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Mikroelektronikund Datentechnik

Selected Topics in VLSI Design(Module 24513)

Vincent Wiese

Adder Structures on FPGA and ASIC

26.04.23 © 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik 1

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Content

1 Classification of Adders

2 Adder Structures and Characteristics1 Ripple-Carry Adder2 Carry-Select Adder3 Carr-Look-Ahead Adder4 Carry-Save Adder

3 On-Road Test with our FIR-Filter1 Procedural Method2 FPGA Results3 ASIC Results

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1 Classification of Adders

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2 Adder Structures

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Ripple-Carry Adder

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+ easy implementation+ small

- slow

Source: Timmermann (2008): Script „Algorithmen der Datentechnik“

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Carry-Select Adder

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+ faster than RCA+ decent size

- about twice as much FA as RCA- extra hardware for multiplexers and wires

Source: http://www.imd.uni-rostock.de/lehre/add/Addierer.pdf

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Carry-Look-Ahead Adder

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+ fastest CPA - very large

Source: http://www.imd.uni-rostock.de/lehre/add/Addierer.pdf

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Carry-Save Adder

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- results must be converted into non-redundant number system

- redundant numbers are bad for relational operations

Source: Timmermann (2008): Script „Algorithmen der Datentechnik“

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On-Road Test with our FIR-Filter

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Procedural Method

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•used design of phase 1

•Direct Form I

•14 adders

•14 multipliers a 16 serial adders

•40 Bit numbers in each adder

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FPGA Results

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Adder f / MHz #R #LUT #LUT single

Ripple-Carry 53,378 762 5.321 60

Carry-Look-Ahead 52,440 769 5.145 61

Carry-Save* 63,084 825 8.385 79

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ASIC Results

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Adder f / MHz A / µm² P (dynamic) / mW P (leakage) / µW

Ripple-Carry 100 51.254 2,27 0,51

Carry-Look-Ahead 100 70.919 2,51 0,70

Carry-Save* 100 86.604 3,21 1,03

Adder f (max) / MHz A / µm² P (dynamic) / mW P (leakage) / µW

Ripple-Carry 153 - 4,39 1,01

Carry-Look-Ahead 130 111.351 5,37 1,45

Carry-Save* 156 124.173 6,70 1,70

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