[發(fā)明專利]一種基于查表操作的高速浮點(diǎn)除法部件裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510081089.3
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104615404A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒曉峰;童元滿;李仁剛;李拓;劉金廣;李國川
• 申請（專利權(quán)）人: 浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司
• 主分類號: G06F7/52
• 分類號: G06F7/52
• 代理公司: 濟(jì)南信達(dá)專利事務(wù)所有限公司 37100
• 代理人: 姜明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于查表操作的高速浮點(diǎn)除法計(jì)算部件裝置。

背景技術(shù)

隨著高速通信、多媒體處理等更多新的應(yīng)用算法出現(xiàn)，浮點(diǎn)除法已經(jīng)成為一種基本的浮點(diǎn)操作，但也是浮點(diǎn)四則運(yùn)算中最為復(fù)雜的。浮點(diǎn)除法有三種實(shí)現(xiàn)方法：基于查找表法、函數(shù)迭代法和數(shù)字迭代法。雖然現(xiàn)代大多數(shù)通用微處理器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了浮點(diǎn)除法，但除法卻仍然是這些處理器實(shí)現(xiàn)的性能瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

考慮到浮點(diǎn)除法的本身算法具有較高的復(fù)雜性，單獨(dú)實(shí)現(xiàn)除法指令模塊硬件資源開銷較大，為提高提高應(yīng)用中浮點(diǎn)除法的計(jì)算性能，降低硬件資源開銷和功耗，本發(fā)明將浮點(diǎn)求倒數(shù)和求平方根倒數(shù)運(yùn)算采用基于查找表的實(shí)現(xiàn)，并加入SIMD操作。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)雙/單精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)求倒數(shù)和雙/單精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)求平方根倒數(shù)操作。

本發(fā)明包括：（1）12位復(fù)用定點(diǎn)加法器；（2）12位定點(diǎn)加法器；（3）倒數(shù)查找表；（4）平方根倒數(shù)查找表；（5）指數(shù)生成邏輯；（6）尾數(shù)生成邏輯。其中：

（1）、12位復(fù)用定點(diǎn)加法器：計(jì)算SIMD高位數(shù)據(jù)的結(jié)果浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)；

（2）、12位定點(diǎn)加法器：計(jì)算SIMD低位數(shù)據(jù)的結(jié)果浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)；

（3）、倒數(shù)查找表：查找并生成浮點(diǎn)數(shù)據(jù)倒數(shù)的尾數(shù)部分；

（4）、平方根倒數(shù)查找表：查找并生成浮點(diǎn)數(shù)據(jù)平方根倒數(shù)的尾數(shù)部分；

（5）、指數(shù)生成邏輯：根據(jù)前期計(jì)算結(jié)果修正并生成結(jié)果浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)部分；

（6）、尾數(shù)生成邏輯：生成結(jié)果浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)雙/單精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)求倒數(shù)和雙/單精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)求平方根倒數(shù)操作。

查表求倒數(shù)和平方根倒數(shù)大致計(jì)算過程主要包含兩步，如下：

第一步：計(jì)算結(jié)果的指數(shù)。對于求倒數(shù)，結(jié)果指數(shù)為源操作數(shù)實(shí)際指數(shù)的相反數(shù)，對于平方根倒數(shù)，結(jié)果指數(shù)為源操作數(shù)實(shí)際指數(shù)的????????????????????????????????????????????????倍；

第二步：根據(jù)源操作數(shù)的尾數(shù)高8位，查表得到結(jié)果尾數(shù)的高8位。

在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)計(jì)算精度要求不高時(shí)，可以直接將查表得到的結(jié)果作為計(jì)算結(jié)果，而對于精度要求較高的應(yīng)用算法，則需要進(jìn)行函數(shù)迭代提高結(jié)果的精度。做法是通過上述查表法為乘法迭代提供一個(gè)近似的除數(shù)倒數(shù)或平方根倒數(shù)值。

本發(fā)明中，本發(fā)明根據(jù)浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)部分的高8位，通過查表可以得到精確度為精度的結(jié)果，然后將這個(gè)結(jié)果利用牛頓-拉夫森方法（Newton-Raphson），也就是利用泰勒級數(shù)前幾項(xiàng)求函數(shù)根的方法。求浮點(diǎn)倒數(shù)增加精度的迭代公式如公式1，平方根倒數(shù)如公式2所示。

?????????????????公式1

???公式2

其中，V的倒數(shù)或者平方根倒數(shù)已經(jīng)查表得到。通過上述迭代公式，每迭代一次結(jié)果精度增加一倍。基于上述算法可以實(shí)現(xiàn)任意和形式的浮點(diǎn)運(yùn)算。

倒數(shù)的查找表決定著浮點(diǎn)倒數(shù)的性能、硬件資源開銷和計(jì)算精度，其容量是隨著尾數(shù)的寬度和精度呈指數(shù)增長的。因此，對于浮點(diǎn)倒數(shù)的查找表實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是查找表的構(gòu)造，需要在精度和硬件資源開銷之間獲得平衡。

目前，浮點(diǎn)倒數(shù)查找表的構(gòu)造方法主要包括三種：直接近似法、線性近似法和部分積陣列法。本發(fā)明中的查找表使用的是直接近似法。這種方法也是基于查找初始倒數(shù)值除法中最常用的方法。查找表的構(gòu)造過程也就是產(chǎn)生具有一定精度的倒數(shù)值序列。

對于給定的符合IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)的單精度浮點(diǎn)數(shù)X，對于求倒數(shù)和平方根倒數(shù)，結(jié)果的指數(shù)可以很快通過源操作數(shù)指數(shù)求出，而尾數(shù)位則要通過查找表得到。例如，對于浮點(diǎn)求倒數(shù)指令，本發(fā)明采用尾數(shù)的高8位來索引倒數(shù)查找表，查表得到的倒數(shù)近似值也取8位，因此，本發(fā)明的倒數(shù)查找表容量為2048位，即2048bits，查詢?nèi)肟趇可以通過公式3得到倒數(shù)的近似值：

??????公式3

其中，m為查詢?nèi)肟谖粩?shù)，n為輸出近似值位數(shù)。

通過上述計(jì)算方法能夠得到高8位尾數(shù)全部情況下的倒數(shù)的查找表入口值。通過這一方法也可以得到浮點(diǎn)平方根倒數(shù)的查找表入口值，對于浮點(diǎn)平方根倒數(shù)，本發(fā)明選取的是尾數(shù)的高9位來索引，查表得到的近似值也取8位，因此，浮點(diǎn)平方根倒數(shù)的查找表容量為4096位，即4096bits。通過上述方法構(gòu)造的倒數(shù)查找表，可以得到精確度為精度的結(jié)果。同樣可以用類似方法可以構(gòu)造雙精度倒數(shù)和平方根倒數(shù)的查找表。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式