Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng phát triển của công nghệ vi mạch và hệ thống nhúng, mức tiêu thụ năng lượng của các hệ thống tính toán đang gia tăng nhanh chóng nhằm đáp ứng nhu cầu xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ. Mặc dù công nghệ bán dẫn không ngừng cải tiến và nhiều chiến lược thiết kế tiết kiệm năng lượng đã ra đời, bài toán năng lượng vẫn là thách thức hàng đầu đối với các kỹ sư thiết kế VLSI (Very-Large-Scale Integration). Sự bùng nổ của các thiết bị di động, thiết bị IoT (Internet of Things) và các trung tâm dữ liệu quy mô lớn đòi hỏi các khối xử lý số phải đạt hiệu quả năng lượng cao, kích thước nhỏ gọn và độ trễ thấp.

Đặc biệt, nhóm ứng dụng RMS (Recognition, Mining, and Synthesis - Nhận dạng, Khai phá và Tổng hợp dữ liệu) đang chiếm phần lớn tài nguyên tính toán hiện nay. Các ứng dụng này mang đặc tính tự chống chịu sai số (error-resilience) do xử lý dữ liệu đầu vào vốn đã dư thừa hoặc chứa nhiễu từ các cảm biến thế giới thực. Hơn nữa, thuật toán xử lý thường mang tính ngẫu nhiên và không đòi hỏi kết quả số học chính xác tuyệt đối mà chỉ cần kết quả nằm trong ngưỡng "chấp nhận được".

Khi công nghệ chế tạo CMOS tiến sâu vào kích thước nanomet với điện áp nguồn thấp và mật độ tích hợp cao, các mạch tích hợp trở nên cực kỳ nhạy cảm với sự biến thiên tham số quy trình. Trong mô hình tính toán chính xác truyền thống (fault-free computing), việc đảm bảo hoạt động không lỗi đòi hỏi phải bổ sung các dải phòng vệ (guardbands) và phần cứng dự phòng ở nhiều cấp độ, dẫn đến chi phí năng lượng rất lớn. Tính toán xấp xỉ (Approximate Computing) xuất hiện như một hướng tiếp cận đầy triển vọng, chủ động nới lỏng yêu cầu chính xác tuyệt đối về mặt số học nhằm tối ưu hóa vượt bậc về công suất, diện tích và tốc độ xử lý.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Khảo sát các phương pháp thực hiện phép toán cộng/nhân tích lũy và tìm kiếm các cấu trúc bộ cộng hiệu năng cao.
  2. Tối ưu hóa các khối logic cơ bản (XOR, XNOR và Full Adder) nhằm giảm số lượng transistor, hạn chế tổn hao công suất và giảm trễ truyền lan.
  3. Thiết kế và tối ưu hóa các kiến trúc bộ cộng xấp xỉ như bộ cộng OR phần trọng số thấp (Low-part OR Adder - LOA) và bộ cộng xấp xỉ hiệu quả phần cứng (Hardware Efficient Approximate Adder - HEAA).
  4. Thực hiện mô phỏng, đo đạc thông số trên phần mềm Cadence Virtuoso dựa trên thư viện công nghệ CMOS GPDK 90nm và GPDK 180nm để chứng minh tính tối ưu của các thiết kế.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là các bộ cộng toàn phần (Full Adder) chính xác, các cổng logic XOR/XNOR ít transistor và các cấu trúc bộ cộng xấp xỉ nhiều bit (LOA, HEAA, AXA). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô phỏng mức sơ đồ nguyên lý (schematic simulation) trên công nghệ bán dẫn 90nm và 180nm trong khoảng thời gian thực hiện từ ngày 01/09/2023 đến ngày 12/01/2024 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình mạch số

Mạch cộng toàn phần 1-bit (Full Adder) là khối xây dựng cơ bản trong các đơn vị số học và logic (ALU), bộ đếm và thanh ghi. Mạch tiếp nhận ba tín hiệu đầu vào gồm hai toán hạng $A$, $B$, một bit nhớ vào $C_{in}$, và tạo ra hai tín hiệu đầu ra là tổng $Sum$ và bit nhớ ra $C_{out}$. Biểu thức logic chuẩn được tối ưu hóa qua bìa Karnaugh như sau:

$$Sum = A \oplus B \oplus C_{in} = C_{in}(A'B' + AB) + C_{in}'(A'B + AB') = C_{in} \oplus (A \oplus B)$$

$$C_{out} = AB + BC_{in} + AC_{in}$$

Các cấu trúc mạch Full Adder truyền thống và cải tiến được phân loại thành phong cách tĩnh (static) và động (dynamic). Trong đó, các cấu hình tĩnh sử dụng nhiều kỹ thuật logic khác nhau:

  • TG-CMOS (Transmission Gate Adder): Sử dụng các cổng truyền truyền thống (kết hợp song song NMOS và PMOS) với tổng cộng 30 transistor, đảm bảo đặc tính DC tốt và không bị sụt giảm mức điện áp nhưng có diện tích lớn.
  • TFA (Transmission Function Adder): Gồm 16 transistor dựa trên lý thuyết hàm truyền, cân bằng độ trễ giữa $Sum$ và $C_{out}$.
  • Mạch 14T và 16T Full Adder: Sử dụng các khối XOR/XNOR 4 transistor kết hợp logic truyền pass-transistor (PTL), giảm đáng kể công suất tiêu thụ nhưng tồn tại hiện tượng sụt áp ngưỡng hoặc dao động xung đột (glitch).
  • CLRCL (Complementary & Level Restoring Carry Logic): Gồm 10 transistor (5 PMOS, 5 NMOS), tích hợp bộ đảo phục hồi mức logic (level restoration) để tăng tốc độ lan truyền nhớ trong chuỗi cascaded và giảm tổn hao điện áp ngưỡng lặp lại.
  • SERF (Static Energy Recovery Full Adder): Gồm 10 transistor, triệt tiêu đường nối đất (GND) trực tiếp để thu hồi năng lượng tĩnh từ tụ tải đưa về cực cổng điều khiển, giúp hạ thấp công suất tiêu tán tĩnh.
Loại mạch Số lượng Transistor Đặc điểm kiến trúc chính
TG-CMOS 30 Cổng truyền đối xứng, đầy đủ mức điện áp, diện tích lớn
TFA 16 Logic hàm truyền, cân bằng trễ $Sum$ và $C_{out}$
14T Adder 14 Pass-transistor logic, công suất mức $\mu\text{W}$, có sụt áp tĩnh
16T Adder 16 Dựa trên 4T XOR/XNOR, loại bỏ thành phần ngắn mạch
CLRCL 10 Phục hồi mức logic qua bộ đảo, tối ưu chuỗi nhớ cascade
SERF 10 Hồi phục năng lượng, không nối đất trực tiếp, tối giản diện tích

Đối với các bộ cộng xấp xỉ, đề tài phân tích hai mô hình chính:

  1. Low-part OR Adder (LOA): Chia bộ cộng $n$-bit thành phần chính xác $k$-bit (MSB) và phần xấp xỉ $(n-k)$-bit (LSB). Các bit LSB được cộng thô bằng các cổng OR, đồng thời tín hiệu $C_{in}$ cho khối chính xác được dự đoán thông qua phép toán AND giữa hai bit đầu vào tại vị trí $(n-k-1)$. Để giảm sai số, cơ chế giảm lỗi lai (Hybrid Error Reduction) được áp dụng khi kiểm tra trạng thái các bit $(n-k-1)$ và $(n-k-2)$.
  2. Hardware Efficient Approximate Adder (HEAA): Ngắt đứt chuỗi lan truyền nhớ, chia bộ cộng thành hai nửa độc lập trong đó nửa trọng số thấp sử dụng các cổng logic rời rạc nhằm tối đa hóa hiệu quả phần cứng.
  3. Các tế bào cộng xấp xỉ 1-bit dựa trên XOR/XNOR:
    • AXA1: Gồm 8 transistor, $Sum = C_{in}$, $C_{out} = (X \oplus Y)C_{in} + XY$, khoảng cách sai số cực đại (Error Distance - ED) là 4.
    • AXA2: Gồm 6 transistor, $Sum = (X \oplus Y)$, $C_{out} = (X \oplus Y)C_{in} + XY$, khoảng cách sai số cực đại là 4.
    • AXA3: Gồm 8 transistor cải tiến từ AXA2, $Sum = (X \oplus Y)C_{in}$, khoảng cách sai số cực đại giảm xuống 2.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ thực nghiệm

  • Phương pháp mô phỏng vi mạch: Sử dụng phần mềm chuyên dụng Cadence Virtuoso để vẽ sơ đồ nguyên lý (Schematic) và mô phỏng đặc tính quá độ (Transient analysis).
  • Bộ công cụ thiết kế quy trình (PDK):
    • GPDK 90nm (gpdk90): Thư viện tiến trình BiCMOS/CMOS 90nm phục vụ thiết kế IC tùy biến.
    • GPDK 180nm (gpdk180): Thư viện tiến trình 180nm dùng để so sánh sự thay đổi của độ trễ và công suất giữa hai nút công nghệ.
  • Công cụ phần mềm hỗ trợ: Ứng dụng công cụ phần mềm Approximator có giao diện đồ họa (GUI) để tự động sinh mã phần cứng Verilog cho các khối số học xấp xỉ và phân tích các chỉ số sai số gồm Sai số tuyệt đối (AE), Sai số tuyệt đối trung bình (MAE) và Căn bậc hai sai số toàn phương trung bình (RMSE).

Thiết kế và triển khai mô phỏng mạch

Đề tài triển khai thiết kế ở cấp độ transistor cho các phân hệ mạch từ cơ bản đến phức tạp trên môi trường EDA:

1. Tối ưu hóa các khối logic XOR/XNOR

  • Khối 4T XOR/XNOR: Thiết kế bằng 2 PMOS và 2 NMOS theo cấu trúc Pass Transistor. Mạch đạt diện tích nhỏ nhất nhưng đầu ra bị suy giảm điện áp ngưỡng ($V_{DD} - V_{Tn}$ hoặc $|V_{Tp}|$) ở một số tổ hợp đầu vào, gây nhiễu biên độ khi chuyển trạng thái.
  • Khối 8T XOR/XNOR: Sử dụng 4 cổng truyền (Transmission Gates) gồm 5 PMOS và 3 NMOS, hoạt động như các chuyển mạch kết nối có chọn lọc giữa nguồn $V_{DD}$ và $GND$.
  • Khối 10T XOR/XNOR: Dựa trên cấu trúc ghép chéo (cross-coupled) kết hợp Complementary Pass-transistor Logic (CPL). Mạch sử dụng 5 transistor cho nhánh XOR (2 PMOS, 3 NMOS) và 5 transistor cho nhánh XNOR (3 PMOS, 2 NMOS), tạo ra đồng thời cả hai tín hiệu đảo với biên độ điện áp đầy đủ (full-swing) và cân bằng độ trễ.

2. Triển khai các cấu hình bộ cộng Full Adder chính xác

  • Mạch SERF 10T: Xây dựng từ 5 bộ đảo CMOS ghép tầng. Nguồn $V_{DD}$ chỉ cấp trực tiếp cho bộ đảo đầu tiên, các tầng sau thu hồi điện tích từ tụ tải. Thiết kế được triển khai trên cả hai nút công nghệ 90nm và 180nm.
  • Mạch CLRCL 10T: Xây dựng từ khối 2-transistor XOR kết hợp bộ ghép kênh MUX 2:1 và bộ đảo làm bộ đệm khôi phục mức điện áp, giải quyết hiện tượng sụt áp khi ghép tầng nhiều bit.

3. Thiết kế bộ cộng xấp xỉ LOA và HEAA nhiều bit

  • Bộ cộng LOA 6-bit: Kết hợp phần chính xác sử dụng tế bào Full Adder SERF và phần xấp xỉ gồm mảng cổng OR 2 đầu vào. Tín hiệu nhớ $C_{in}$ cấp cho phần chính xác được trích xuất từ cổng AND của hai bit liền kề.
  • Bộ cộng HEAA 6-bit: Cấu trúc tối ưu hóa phần cứng, ngắt hoàn toàn đường truyền carry xuyên suốt, giảm thiểu diện tích silicon và tiêu tán công suất chuyển mạch.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu (Introduction)

Chương 1 trình bày tổng quan về tầm quan trọng của mạch tích hợp CMOS trong các hệ thống điện tử di động và DSP. Tác giả đặt vấn đề về sự gia tăng tiêu thụ năng lượng trong kỷ nguyên dữ liệu lớn và giới thiệu phương pháp tính toán xấp xỉ như một giải pháp dung hòa giữa độ chính xác và hiệu năng phần cứng. Chương này cũng xác định rõ ràng mục tiêu, phương pháp thực nghiệm, phạm vi nghiên cứu tập trung vào hai cấu trúc LOA, HEAA và bố cục 5 chương của đồ án tốt nghiệp.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết (Theoretical Basis)

Chương 2 cung cấp nền tảng lý thuyết chi tiết về:

  • Cấu trúc và bảng chân trị của mạch cộng toàn phần 1-bit và đa bit.
  • Các kiến trúc Full Adder: CLRCL, TG-CMOS (30T), TFA (16T), 14T, 16T và 10T (SERF).
  • Các mạch cổng XOR/XNOR: 4T, 8T, 10T dựa trên logic truyền pass-transistor và CPL.
  • Các mô hình bộ cộng xấp xỉ: LOA kèm giải thuật giảm sai số lai (Hybrid Error Reduction), bộ cộng HEAA, cùng 3 tế bào cộng xấp xỉ mức cổng (AXA1, AXA2, AXA3).
  • Bộ công cụ thiết kế quy trình (PDK) và các bước kiểm tra vật lý vi mạch: Kiểm tra luật thiết kế (DRC), đối chiếu sơ đồ nguyên lý với mặt nạ layout (LVS) và trích xuất tham số ký sinh (LPE) trên GPDK 90nm và 180nm.

Chương 3: Xây dựng bộ cộng xấp xỉ lý tưởng (Construct The Ideal Approximate Adder)

Chương 3 tập trung vào việc mô phỏng và tối ưu hóa các khối mạch thành phần:

  • Tối ưu hóa khối XNOR: Thiết kế schematic, chạy mô phỏng dạng sóng quá độ, đo đạc độ trễ truyền lan ($T_{PHL}$, $T_{PLH}$) và tính toán công suất tiêu thụ trung bình cho các mạch 4T XNOR và 8T XNOR.
  • Khảo sát các sơ đồ Full Adder: Thiết kế và chạy mô phỏng kiểm tra chức năng logic cho SERF, TFA, 14T, 16T và CLRCL trên tiến trình 90nm.
  • Xây dựng sơ đồ nguyên lý cho các bộ cộng hoàn chỉnh: Sơ đồ kết nối bộ cộng LOA 6-bit và HEAA 6-bit.

Chương 4: Kết quả mô phỏng, so sánh, phân tích và tổng hợp (Results of Simulation, Comparison, Analysis and Synthesis)

Chương 4 công bố toàn bộ dữ liệu thực nghiệm đo đạc được từ phần mềm Cadence và công cụ Approximator:

  • So sánh hiệu năng của mạch SERF Full Adder trên hai công nghệ 90nm và 180nm về độ trễ và công suất.
  • Ứng dụng công cụ Approximator để tự động sinh mã Verilog cho bộ cộng xấp xỉ 8-bit với phần không chính xác 3-bit, tính toán các thông số sai số thực nghiệm (AE, MAE, RMSE).
  • Mô phỏng kiểm chứng hoạt động của bộ cộng LOA và HEAA trên phần mềm Cadence với các vector kiểm thử đầu vào cụ thể.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển (Conclusion and Development Direction)

Chương 5 tóm tắt các kết quả đạt được trong việc tối ưu hóa mạch cộng xấp xỉ trên công nghệ CMOS tiên tiến, chỉ ra các hạn chế còn tồn tại và vạch ra định hướng nghiên cứu tiếp theo.


Kết quả và đóng góp

1. Kết quả mô phỏng đo đạc từ văn bản

Kết quả mô phỏng trên phần mềm Cadence cho các khối logic cơ bản và bộ cộng toàn phần ghi nhận các số liệu thực nghiệm sau:

Đo đạc độ trễ của khối XNOR:

  • Mạch 4T XNOR: Thời gian trễ mức cao xuống thấp ($T_{PHL}$) là $12{,}034\text{ ns}$, thời gian trễ mức thấp lên cao ($T_{PLH}$) là $16{,}177\text{ ns}$. Độ trễ trung bình tính được:

$$\text{Delay}{4\text{T}} = \frac{T{PHL} + T_{PLH}}{2} = \frac{12{,}034 + 16{,}177}{2} = 14{,}105\text{ ns}$$

  • Mạch 8T XNOR: Thời gian trễ $T_{PHL} = 12{,}037\text{ ns}$, $T_{PLH} = 16{,}829\text{ ns}$. Độ trễ trung bình tính được:

$$\text{Delay}{8\text{T}} = \frac{T{PHL} + T_{PLH}}{2} = \frac{12{,}037 + 16{,}829}{2} = 14{,}433\text{ ns}$$

Phân tích sai số các tế bào cộng xấp xỉ 1-bit:

Bảng chân trị và sai số của các tế bào AXA so với bộ cộng chính xác:

$X$ $Y$ $C_{in}$ $Sum_{\text{Acc}}$ $C_{out\text{,Acc}}$ $Sum_{\text{AXA1}}$ $C_{out\text{,AXA1}}$ $Sum_{\text{AXA2}}$ $C_{out\text{,AXA2}}$ $Sum_{\text{AXA3}}$ $C_{out\text{,AXA3}}$
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0
0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0
0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
Khoảng cách sai số cực đại (Max ED) 4 4 2
  • Phân tích cơ chế giảm sai số của LOA: Với đầu vào 16-bit mẫu (8-bit chính xác, 8-bit xấp xỉ), ngõ ra của LOA thông thường cho khoảng cách sai số là $1110000_2$ ($112$ ở hệ thập phân), trong khi bộ cộng LOA có cơ chế sửa lỗi giảm khoảng cách sai số xuống còn $10000_2$ ($16$ ở hệ thập phân), tương ứng mức giảm sai số $2^{n-k-2}$.

2. Đóng góp khoa học và kỹ thuật

  • Hệ thống hóa toàn diện các kỹ thuật thiết kế bộ cộng ít transistor (10T SERF, 10T CLRCL, 14T, 16T) và đánh giá chi tiết ưu nhược điểm của từng phương pháp.
  • Thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ nguyên lý cho các bộ cộng xấp xỉ LOA và HEAA trên phần mềm Cadence, kết hợp sử dụng công cụ tự động hóa Approximator để phân tích định lượng sai số số học.
  • Thực hiện kiểm chứng hoạt động trên công nghệ GPDK 90nm và 180nm, cung cấp dữ liệu mô phỏng dạng sóng chính xác cho các khối chức năng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phiếu đánh giá của Giảng viên hướng dẫn (PhD. Phạm Văn Khoa) và các thành viên Hội đồng chấm bảo vệ tốt nghiệp, đề tài có những điểm hạn chế và hướng phát triển được ghi nhận như sau:

Hạn chế:

  • Chưa thực hiện việc so sánh định lượng trực tiếp và toàn diện về mặt hiệu năng (công suất tiêu thụ, độ trễ, diện tích layout) giữa hai kiến trúc bộ cộng xấp xỉ LOA và HEAA với nhau.
  • Nghiên cứu khảo sát về các kiến trúc bộ cộng xấp xỉ tiên tiến khác ngoài LOA và HEAA vẫn chưa được hoàn thiện đầy đủ do giới hạn thời gian thực hiện đề tài.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng khảo sát và thiết kế thêm các dạng kiến trúc bộ cộng xấp xỉ khác nhau trong tính toán số học.
  • Hoàn thiện việc đo đạc chỉ số tích số công suất - độ trễ (Power-Delay Product - PDP) đồng bộ cho toàn bộ các thiết kế xấp xỉ đa bit.
  • Triển khai quy trình thiết kế vật lý hoàn chỉnh (Physical Layout), thực hiện kiểm tra luật thiết kế (DRC), đối chiếu sơ đồ (LVS) và trích xuất ký sinh (LPE) để tiến hành mô phỏng hậu thiết kế (Post-layout simulation).

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các chuyên ngành:

  • Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông và Kỹ thuật Máy tính: Nắm vững nguyên lý hoạt động, cấu trúc mạch mức transistor của các cổng logic XOR/XNOR ít linh kiện (4T, 8T, 10T) và các tế bào Full Adder hiệu năng cao (SERF, CLRCL, TFA, 14T, 16T).
  • Thiết kế vi mạch tích hợp (VLSI/ASIC Design): Tham khảo phương pháp xây dựng schematic, thiết lập môi trường mô phỏng trên phần mềm Cadence Virtuoso sử dụng thư viện Generic Process Design Kit (GPDK 90nm và 180nm).
  • Nghiên cứu Tính toán xấp xỉ (Approximate Computing): Cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp luận phân tích sai số (Truth Table, Error Distance, AE, MAE, RMSE), cơ chế giảm lỗi lai trong bộ cộng LOA và cách thức triển khai bộ cộng HEAA ứng dụng trong các hệ thống xử lý ảnh và DSP chịu lỗi.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu trúc SERF Full Adder (10T) hoạt động dựa trên nguyên lý nào để tiết kiệm năng lượng?

Mạch SERF (Static Energy Recovery Full Adder) chỉ sử dụng 10 transistor cấu thành từ 5 bộ đảo CMOS. Điểm đặc biệt của SERF là không có đường kết nối trực tiếp từ nguồn xuống đất (GND). Điện tích cung cấp cho tụ tải ở mức logic cao không bị xả trực tiếp xuống đất ở mức logic thấp mà được tái sử dụng để nạp lại vào các cực cổng điều khiển, giúp loại bỏ thành phần công suất ngắn mạch $P_{sc}$ và hạ thấp mức tiêu thụ năng lượng tĩnh.

2. Sự khác biệt cơ bản giữa ba tế bào cộng xấp xỉ AXA1, AXA2 và AXA3 là gì?

  • AXA1: Gồm 8 transistor, hàm $Sum = C_{in}$ và $C_{out} = (X \oplus Y)C_{in} + XY$, có 4/8 trạng thái ngõ ra đúng, khoảng cách sai số cực đại là 4.
  • AXA2: Gồm 6 transistor (gồm khối XNOR 4T và pass transistor), hàm $Sum = X \oplus Y$, $C_{out}$ đúng ở mọi trường hợp nhưng $Sum$ chỉ đúng 4/8 trường hợp, khoảng cách sai số cực đại là 4.
  • AXA3: Cải tiến từ AXA2 bằng cách thêm 2 transistor (tổng 8 transistor), hàm $Sum = (X \oplus Y)C_{in}$, nâng số trường hợp $Sum$ chính xác lên 6/8, giảm khoảng cách sai số cực đại xuống còn 2.

3. Cơ chế giảm sai số lai (Hybrid Error Reduction) trong bộ cộng LOA hoạt động như thế nào?

Cơ chế này kích hoạt khi cả hai bit đầu vào tại vị trí $(n-k-2)$ đều bằng 1. Bộ cộng kiểm tra bit đầu ra trung gian thứ $(n-k-1)$:

  • Nếu hai bit đầu vào $(n-k-1)$ giống nhau (ngõ ra XOR bằng 0), mạch ép các ngõ ra $S_{n-k-1:n-k-2}$ về giá trị "10".
  • Nếu hai bit đầu vào $(n-k-1)$ khác nhau (ngõ ra XOR bằng 1), mạch ép toàn bộ các bit từ $S_{n-k-3}$ đến $S_0$ lên mức "1" để bù đắp cho lượng carry không được truyền lên phần chính xác, giúp giảm khoảng cách sai số từ $2^{n-k-2}$ đến $2^{n-k-2}-1$.

4. Vai trò của thư viện GPDK 90nm và GPDK 180nm trong đồ án là gì?

GPDK (Generic Process Design Kit) là bộ thư viện thiết kế quy trình chuẩn mở do Cadence cung cấp, chứa đầy đủ các mô hình SPICE/Verilog-A, thông số lớp vật lý và quy tắc kiểm tra DRC/LVS. Đề tài sử dụng GPDK 90nm và 180nm để mô phỏng đánh giá hiệu năng mạch, làm cơ sở so sánh độ trễ và công suất tiêu thụ giữa hai thế hệ công nghệ bán dẫn.

5. Những thiếu sót chính được chỉ ra trong phiếu đánh giá của Hội đồng đối với đồ án này là gì?

Hội đồng và Giảng viên hướng dẫn ghi nhận hai điểm hạn chế chính: đồ án chưa thực hiện việc so sánh hiệu năng trực tiếp giữa hai bộ cộng xấp xỉ LOA và HEAA đã thiết kế; đồng thời phần nghiên cứu và khảo sát các kiến trúc bộ cộng xấp xỉ khác vẫn chưa được hoàn thành đầy đủ.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Design and optimization of approximate adder using advanced CMOS technology" đã nghiên cứu thành công các giải pháp tối ưu hóa bộ cộng xấp xỉ trên nền tảng công nghệ CMOS 90nm và 180nm. Nhóm tác giả đã phân tích sâu các cấu trúc mạch cộng toàn phần ít transistor như SERF, CLRCL, 14T, 16T cùng các khối XOR/XNOR 4T, 8T, 10T, đồng thời thiết kế hoàn chỉnh hai cấu trúc bộ cộng xấp xỉ LOA và HEAA trên phần mềm Cadence. Kết quả mô phỏng đã chứng minh tiềm năng vượt trội của tính toán xấp xỉ trong việc cắt giảm năng lượng và số lượng transistor, đóng góp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao cho lĩnh vực thiết kế vi mạch tích hợp tiết kiệm năng lượng.