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X-DSP芯片是一款采用45nmCMOS工艺，在最坏条件下目标工作频率为1GHz的高性能DSP。ALU部件的设计优化是提升DSP内核频率的关键技术之一，研究针对ALU部件的电路设计与物理实现具有重要的现实意义。本文以X-DSP芯片内核ALU运算部件设计优化为项目背景，采用层次化定制电路设计与优化方法，结合层次化物理设计与手工半定制物理设计方法设计并实现了高性能ALU部件。论文主要内容包括：设计与实现了ALU部件定点运算电路。基于前端设计ALU部件定点运算功能，以标准单元为基础针对定点运算完成了定制电路设计；采用层次化的设计方法完成电路设计，成功实现定点运算功能；通过静态时序分析，迭代优化电路，使得定点运算电路的绝对延时达到590ps；在电路优化中，创新性地设计了一种新的高速比较器，使得比较类指令功能的电路实现延时减小了23%。采用手工半定制和层次化相结合的设计方法完成ALU部件物理设计。采用手工半定制的方法完成定点部分物理设计工作，自主开发了基于perl程序语言的脚本完成了I/O接口的位置文件并结合层次化物理设计完成整个ALU部件的物理设计，实现的版图实现绝对延时为760ps，功耗为38.83mW，面积为76270平方微米；相比自动化的物理设计方法实现的ALU部件版图结果在功耗上减小了5.6%，在面积上减小了14%,在延时上减小了4.8%。版图结果证明通过手工半定制和层次化相结合的设计流程，能够提高设计的质量和并行性，缩短设计周期。完成了ALU部件的模拟验证。研究了ALU部件的模拟验证方法，通过模拟验证平台针对ALU部件操作数定点部分的电路模块，进行了功能性的验证；主要验证了定点运算指令在各个子模块的实现功能正确性，验证结果表明所设计的ALU部件满足系统设计要求。