集成电路算子设计方法的研究和H.264高清编码器的设计

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集成电路工艺加工能力基本是按照摩尔定律的预测不断提高的,平均每年的增长率为58%。但集成电路设计能力每年的增长率为20%~21%。另一方面,在IC设计领域,不可再用的工程开支(NRE)和面市时间起着越来越重要的作用。因此需要提出新的集成电路设计方法来增强设计效率,缩短设计周期。  本论文对从计算机高级语言(例如C语言或MATLAB的M语言)描述到集成电路版图实现的过程进行研究,采用算予的概念和算子设计方法,以H.264高清编码器为实证,采用SMIC65nm工艺,完成了从C程序描述到版图实现的整个设计流程。最后在同等条件下与当前传统ASIC设计进行对比,得出两者在硬件资源方面消耗相当。设计工程实现部分约用15人月(不包括验证部分)。本论文主要工作和创新点总结如下:  本文基于集成电路算子设计的概念和方法,完成了运算类算子、存储类算子、路径类算子、控制类算子(包括时钟类算子)的设计,每一类算子又由基本类算子和扩展类算子组成。其中本文扩展类算子是针对媒体类算法特殊设计的单元,可以提升媒体算法的实现效率。在H.264高清编码器设计实例中,抽取相应子算法算子结构作为算子IP。  本文设计了集成电路算子设计方法的流程。算子设计流程可以概括为将C、Matlab等高级语言或者流程图的算法描述转化为算子描述并在算子结构上进行优化设计。  本文以H.264高清编码器作为实例,采用算子设计方法实现。本文设计的H.264高清编码器,时钟约束300MHz,实现720p@60fps的视频编码,在量化参数QP为31时,平均压缩比CR可达到3.56%。其规模约1.68M门,采用SIMC65nm工艺库SCC65NLL-HS-RVT-v1p1,芯片面积2.4mm×2.4mm(包括PAD),引脚数214。并采用Xilinx Virtex6 XC6VLX240T FPGA完成了原型验诞。  本文在同等视频规格和工艺条件下把集成电路算子设计方法与当前传统ASIC设计进行对比,在硬件资源消耗方面两者相当。本设计工程实现部分约用15人月(不包括验证部分),而业界所完成同规格H.264高清编码器大约在14-24人月。说明利用此方法可以提高设计速度。
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