I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  14 ,   No .   2 J u ly   20 25 ,   p p .   398 ~ 4 1 1   I SS N:  2089 - 4864 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 1 4 . i 2 . p p 3 9 8 - 411          398       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   Desig n and  eva lu a tion o clo c k - g a ti ng - ba sed a ppro x im a te   m ul tiplier  f o r e rr o r - tolera nt  a ppli c a tions             Cho w da m   Ven k a t a   Su dh a ka r 1 ,   Su re s h B a bu   P o t la du rt y 2 ,   P ra s a d Re dd y   K a ripiredd y 3   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   S c h o o l   o f   En g i n e e r i n g ,   M o h a n   B a b u   U n i v e r si t y   ( Er st w h i l e   S r e e   V i d y a n i k e t h a n   E n g i n e e r i n g   C o l l e g e ) ,   T i r u p a t i ,   I n d i a     2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   S r i   V e n k a t e s w a r a   C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g ,   T i r u p a t i ,   I n d i a   3 F u n c t i o n a l   S a f e t y   Ex p e r t Esp o o ,   F i n l a n d           Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   2 3 ,   2 0 2 4   R ev i s ed   A p r   1 8 ,   2 0 2 5   A cc ep ted   J u n   1 0 ,   2 0 2 5       T h e   m u lt ip li e is   a n   e ss e n ti a l   c o m p o n e n t   in   re a l - ti m e   a p p li c a ti o n s.   Ev e n   th o u g h   a p p r o x im a ti o n   a rit h m e ti c   a ffe c ts  o u tp u a c c u ra c y   in   m u lt ip li e rs,  it   o f fe rs  a   re a li stic  a v e n u e   to   c o n stru c ti n g   p o w e a re a   a n d   s p e e d - e ff icie n d ig it a c ircu i ts.  T h e   a p p r o x im a ti o n   c o m p u ti n g   tec h n i q u e   is   c o m m o n l y   u se d   in   e rro r - t o lera n a p p li c a ti o n su c h   a sig n a l,   im a g e ,   a n d   v id e o   p ro c e ss in g .   In   th is  p a p e r,   a p p ro x im a te  m u lt ip li e rs  (A M s)  a re   d e sig n e d   u sin g   b o t h   c o n v e n ti o n a a n d   a p p ro x im a te  h a lf   a d d e rs  (A - H A a n d   f u ll   a d d e rs  (A - F A ),   w h ich   a re   stra te g ica ll y   p lac e d   to   a d d   p a rti a p r o d u c ts  a th e   m o st  s ig n if ica n b it   (M S B)   p o siti o n s,   a n d   OR   g a tes   a re   u se d   to   a d d   p a rti a l   p r o d u c ts  a t h e   lo w e sig n if ic a n b it   (L S B) .   I n   a d d it i o n ,   t h is  re se a rc h   a rti c le  d e m o n stra tes   u n sig n e d   a n d   sig n e d   m u lt ip li e rs  u sin g   th e   ri p p le  c a rry   a d d e (RCA ),   c a rr y   sa v e   a d d e (CS A ),   c o n d it io n a l   su m   a d d e (COSA ),   c a rr y   se lec a d d e (CS LA ),   a n d   c lo c k   g a ti n g   tec h n iq u e T h e   p ro p o se d   m u lt ip li e rs  a re   im p le m e n ted   in   V e ril o g   h a r d w a re   d e sc rip ti o n   lan g u a g e   ( HDL )   a n d   sim u late d   o n   t h e   X i l in x   V IV A DO   2 0 2 1 . 2   d e sig n   to o w it h   targ e p latf o rm   A rti x - A C7 0 1   F P GA .   T h e   si m u latio n   re su lt f o u n d   th a u n sig n e d   a n d   sig n e d   a p p ro x im a te  m u lt ip li e p o w e c o n su m p ti o n   w a re d u c e d   b y   1 3 %   a n d   1 8 . 1 8 %   re sp e c ti v e ly   a n d   e n h a n c e d   a c c u ra c y .   K ey w o r d s :   A p p r o x i m ate  ad d er s     A p p r o x i m ate  co m p u tin g   C lo ck - g a tin g   m u ltip lier     Field - p r o g r a m m ab le  g ate  ar r ay   i m p le m en ta tio n     P o w er   e f f ic ien c y   Ver ilo g   h ar d w ar d escr ip tio n   lan g u a g e   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ven k ata  S u d h a k ar   C h o w d a m     Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   Sch o o l o f   E n g i n ee r in g   Mo h an   B ab u   U n iv er s it y   ( E r s t w h ile  Sre Vid y an i k et h a n   E n g in ee r in g   C o lle g e)   T ir u p ati - 5 1 7 1 0 2 ,   I n d ia   E m ail: a d r ian at @ it m o r elia. ed u . m x       1.   I NT RO D UCT I O N     An   e f f ec ti v m u ltip lier   o u g h to   h av e   s m al ar ea   a n d   h i g h   co n ce r t   [ 1 ] .   w ell - k n o w n   s t r ateg y   f o r   i m p r o v i n g   cir cu it  co n ce r w it h o u i n cr ea s i n g   h ar d w ar co m p licatio n   i s   to   u s ap p r o x im atio n s   r ath er   th a n   ex ac co m p u tatio n s   f o r   t h h a r d w ar i m p le m e n tatio n   o f   m u ltip lier s   [ 2 ] .   W h en   d e v elo p in g   m u ltip lier   u s in g   th ap p r o x i m ate  m et h o d ,   ab ate  d esig n   ch ar ac ter is tics   s u ch   as  d ela y   a n d   p o w er   n ee d s   w h ile  s ac r if ici n g   p r ec is io n .   T h is   tech n iq u m a y   d i m in i s h   r esu l ts   ac c u r ac y ,   b u it  is   ap p r o p r iate  f o r   er r o r - r esil ien ce   a p p licatio n s   s u c h   as  s i g n a l,  i m a g e,   an d   v i d eo   p r o ce s s in g   [ 3 ] .   T h ap p r o x i m ate  m u ltip lica tio n   is   p o ten tiall y   s ig n i f ica n in   h ar d w ar co m p le x it y   r ed u ctio n ,   p o w er   co n s u m p tio n ,   an d   p r o ce s s in g   ti m r ed u ctio n   [ 4 ] .   T h er ar e   v ar io u s   tech n iq u e s   an d   s tr ateg ies  e m p lo y ed   in   d esig n i n g   ap p r o x i m ate  m u l t ip lier s   f o r   r ed u cin g   h ar d w ar co m p le x it y ,   p o w er   co n s u m p tio n ,   a n d   d ela y   w h ile  ac ce p ti n g   a   ce r tain   l ev el  o f   er r o r   in   t h e   r esu lt  [ 5 ] ,   [ 6 ] .   So m co m m o n   tech n iq u es  an d   s tr ate g ies  e m p lo y ed   in   d esig n i n g   ap p r o x i m ate  m u l tip lier s   in cl u d ap p r o x im ate  ar it h m e ti tech n iq u e s tr u n ca ted   m u l tip licatio n ,   p ar allelis m   a n d   p ip elin i n g ,   ap p r o x i m ate   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   ev a lu a tio n   o f c lo c k - g a tin g - b a s ed   a p p r o xima te  m u ltip lier   fo r     ( C h o w d a V en ka ta   S u d h a k a r )   399   ca r r y - s a v an d   s u m   ( C S A )   tr ee s ,   ap p r o x i m ate  b o o th   en co d in g ,   ap p r o x i m ate  m u ltip li ca tio n   alg o r ith m s ,   d y n a m ic  v o ltag a n d   f r eq u en c y   s ca lin g ,   er r o r   esti m atio n   an d   co m p e n s a tio n ,   ap p licatio n - s p ec i f i cu s to m izatio n ,   h ar d w ar e - s o f t w ar co - d esi g n   [ 7 ] .   T h ese  m et h o d s   ar u s ed   w it h   v ar iet y   o f   m u ltip lier   ar ch itect u r es,  s u c h   as  ar r a y   m u ltip lier s ,   b o o th   m u ltip lier s ,   an d   W allac e   tr ee   m u lt ip lie r   ( W T A )   [ 8 ] .   T h e   tech n iq u c h o s en   f o r   th m u lti p lier   d esig n   w i ll  b d eter m i n e d   b y   t h ap p licatio n ' s   s p ec if ic  r eq u ir e m en ts ,   s u c h   as th le v el  o f   p r ec is io n   r eq u ir ed ,   p o w er   co n s u m p tio n   co n s tr ain ts ,   a n d   a v ailab le  h ar d w ar r eso u r ce s .     T h o b j ec tiv o f   th r esear c h   is   to   d esig n   an d   e v al u atio n   o f   ap p r o x im a tio n   m u ltip lier s   f o r   ac h iev in g   lo w   p o w er   co n s u m p tio n ,   lo w   ar ea ,   an d   d ela y   b y   u s in g   clo c k - g ati n g ,   ap p r o x i m ate  ar it h m etic  cir cu it s .   I n   t h i s   p ap er ,   A Ms  ar d es i g n ed   u s in g   b o th   co n v e n tio n al  a n d   A - H As  an d   A - F A s ,   w h ic h   ar s tr ateg icall y   p lace d   to   ad d   p ar tial p r o d u cts at  th m o s t si g n if ican t b it  ( M SB )   p o s itio n s ,   an d   O R   g ate s   ar u s ed   to   ad d   p ar tial p r o d u cts  at  th lo w er   s ig n i f ica n t b it  ( L S B ) .   Saleh i   [ 4 ]   d esig n ed   an d   s y n t h esized   4 - to - 128 - b it  m u l tip lie r s   u s i n g   s y s te m   Ver ilo g   an d   S y n o p s y s   d esig n   co m p ile r.   A cc o r d in g   t o   p o s t - s y n th e s is   s t u d ies,  1 2 8 - b it  m u lt ip lier   h o ar d ed   en er g y ,   6 5 l es s   cr itica l   d elay ,   a n d   ar o u n d   4 5 ch ip   ar ea   th an   a n   ac cu r ate  eq u i v al en t.  I n   e v al u atin g   t h e f f icien c y   o f   t h m eth o d ,   a   r ea l - w o r ld   i m a g a n al y s i s   ap p licatio n   r e v ea led   u p   to   6 8 . 3 en er g y   r ed u ctio n   w it h   m i n i m al  lo s s es.  1 6 - b it   ap p r o x im a tio n   m u ltip lier   co n s t r u cted   in   2 8   n m   C MO tech n o lo g y   ex h ib it s   2 0 an d   u p   to   6 9 r ed u ctio n   in   d ela y   an d   p o w er ,   r esp ec tiv el y ,   w h en   co m p ar ed   to   t h e   W T A   [ 9 ] Ven k atac h a la m   a n d   Ko   [ 1 0 ]   s u g g e s ted   t w o   ap p r o x i m ate  m u ltip lier s   w it h   p o w er   s a v i n g   b y   7 2 an d   3 8 %,  r esp ec tiv el y .   W h e n   co m p ar ed   to   cu r r en t   ap p r o x im a tio n   m u ltip lier s ,   t h e y   ex h ib it  g r ea ter   p r ec is io n .   T h s u g g ested   ap p r o x i m at io n   m u ltip lier s   h a v e   m ea n   r elati v er r o r   esti m ate s   as  lo w   as  7 . 6 an d   0 . 0 2 %,  r esp ec tiv el y ,   w h ic h   is   b etter   th a n   th p r io r   w o r k s .   I n   r ec en y ea r s ,   ap p r o x i m ate  co m p u ti n g   m et h o d s   s i g n if ica n tl y   i n cr ea s e n er g y   ef f ic ien c y   b y   r e m o v in g   t h e   r eq u ir e m en t f o r   to tall y   e x ac t o r   co m p letel y   d eter m i n i s tic  co m p u tat io n s   [ 1 1 ] I m m ar ed d y   a n d   Su n d ar a m o o r th y   [ 1 2 ]   p r o p o s ed   a   tu n ea b le  er r o r   ch ar ac ter is tics   m u ltip lier   w it h   an   av er ag er r o r   o f   1 . 3 9 % - 3 . 3 2 %,  th ese  in ac cu r ate  m u ltip lier s   s a v a n   av er a g o f   3 1 . 7 8 % - 4 5 . 4 in   p o w er   w h e n   co m p ar ed   t o   s i m ilar   ac c u r ate   m u ltip lier   d esig n s .   R aj o   an d   R ao   [ 1 3 ]   d is cu s s ed   th h is to r y   a n d   ad v an ce m en t s   o f   ap p r o x i m atio n   m u l tip lier   ar ch itect u r al  d esig n ,   as  w ell  as  p r o s p ec tiv an al y s is   f o r   f u tu r ad v a n ce m en t s .   R a m asa m y   a n d   Nag ar aj an   [ 1 4 ]   d ev elo p ed   an   8 - b it  h y b r i d   s eg m en ap p r o x i m ate   m u ltip lier   ( HS - AM )   an d   a n   e x ten d e d   HS - A M   f o r   i m a g e   co m p r es s io n   w it h   ac cu r ac y   9 9 . 8 5 an d   9 9 . 9 9 9 %,  r esp ec tiv el y ,   f o r   v ar ied   in p u ts .   Ost e a l.  [ 1 5 ]   co n s tr u cted   an   ap p r o x i m ate  m u lt ip lier   b ased   o n   in ex ac ad d er   cir cu its   an d   ac h iev ed   p o w er   s av in g s   o f   u p   to   1 7 . 3 9 w h ile  i m p r o v i n g   ti m d ela y   b y   1 3 . 4 9 % a t a   co s t o f   less   th a n   5 % a cc u r ac y   lo s s   [ 1 6 ] .   T h is   r esear ch   a s s i s ts   V L SI  e n g in ee r s   i n   d ev elo p i n g   p o w er ,   ar ea ,   an d   d ela y   e f f icie n cir cu its   at  t h e   co s o f   ac c u r ac y   i n   er r o r   to ler an ce   ap p licatio n s   s u c h   a s   au d io   an d   v id eo   p r o ce s s in g   e m p lo y i n g   m ac h i n e   lear n in g   m et h o d s ,   co m p u ter   g r ap h ics,  w ir eles s   co m m u n icati o n ,   r o b o tics ,   an d   i n ter n et   o f   t h in g   ( I o T )   d ev ices.  T h r est  o f   th ar ticle  is   o r g an ized   as  f o llo w s s ec tio n s   2   an d   3   elab o r ated   o n   m ater ial s   an d   m et h o d s   u s ed   f o r   d esig n in g   ap p r o x i m atio n   m u lt ip lier s   ( r esp ec tiv el y ) .   Sectio n   4   illu s tr ates  r es u lt s   an d   d i s cu s s io n s   f o llo w ed   b y   co n clu s io n s   an d   r ef er en ce s   in   s ec tio n   5       2.   RE S E ARCH   M AT E R I AL   A   t y p ical  ap p r o x i m ate  m u lti p lier   is   i m p le m en ted   in   t h r ee   s tag e s .   T h 1 st   s tag in c lu d es  p ar tial   p r o d u ct  g en er atio n   u s in g   A N g ates.  I n   th 2 nd   s ta g e,   p ar tial  p r o d u cts   ( PP s )   ar a d d ed   u s i n g   ap p r o x i m ate   ar ith m etic  cir c u its   to   d i m i n is h   th n u m b er   o f   ad d itio n s   alo n g   w it h   s p ee d in g   u p   t h m u lti p licatio n ,   in   th e   3 rd   s tag f i n al  p r o d u ct  is   o b tain ed   u s i n g   f o u r   d if f er en ad d er s   n a m el y   r ip p le  ca r r y   ad d er   ( R C A) co n d itio n al  s u m   ad d er   ( C OS A ) ca r r y   s av ad d er   ( C SA ) ,   an d   ca r r y   s el ec ad d er   ( C SLA ) ,   an d   co m p u ted   m u ltip lier s   p ar am eter s   p o w er ,   ar ea ,   an d   d ela y .   T h r esu lts   ar r elate d   to   f in d   w h ic h   is   e f f ic ien t a m o n g   th e m .       2 . 1 .     Appro x i m a t a dd er s   A p p r o x i m atio n   ad d er s   ar d e s ig n ed   an d   i m p le m en ted   to   m i n i m ize  th m u l tip lier   co m p lex it y   a n d   p o w er   in g e s ti n g   i n   er r o r - to ler an t   ap p licatio n s .   A p p r o x i m ate   ad d er   cir cu its   ar u s ed   in   m u ltip lier s   to   p er f o r p ar tial  p r o d u ct  ad d itio n   o p er a tio n s   w it h   s o m lev el  o f   ap p r o x i m at io n ,   o f ten   s ac r i f ici n g   a cc u r ac y   f o r   g ain s   in   p er f o r m a n ce ,   p o w er   e f f ic ien c y ,   laten c y ,   an d   ar ea   r ed u ctio n   [ 1 6 ]     2 . 1 . 1 .   H a lf   a dd er s   A p p r o x i m ate   h al f   ad d er   (A - H A )   is   co m p o n en u s ed   in   d ig ital  cir cu its   to   ex ec u te  an   ad d itio n   o f   t w o   s in g le  b i n ar y   b it s   w it h   s o m e   lev el  o f   ap p r o x i m atio n   [ 1 7 ] .   Fig u r 1 ( a)   s h o w s   co n v e n tio n al   h al f   ad d er     (C - H A )   in   w h ich   o u tp u s u m   ( S)  is   i m p le m e n ted   u s i n g   an   ex clu s i v el y - OR   ( XO R )   g ate  an d   its   B o o lean   ex p r ess io n   r ep r ese n ted   in   ( 1 )   an d   ca r r y   ( C )   o u tp u i m p le m en ted   w i th   lo g ic  A ND  g at an d   its   B o o lean   ex p r ess io n   i s   g iv e n   i n   ( 2 ) :     S =   A B   ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 398 - 4 1 1   400     C =   A   · B   ( 2 )     w h er   s ig n i f ie s   th XO R   o p er atio n   an d   p er io d   ·   s ig n i f ie s   th A ND  o p er atio n .   Fig u r 1 ( b )   s h o w s   an   A - H A   in   w h ic h   o u tp u SUM( S)  i s   i m p le m e n ted   u s in g   lo g ic  O R   g ate  a n d   C A R R ( C )   o u tp u i m p le m e n ted   w it h   lo g ic   A ND  g ate.   T h o u tp u lo g ic   ex p r ess io n s   o f   A - H A   ar g i v en   i n   ( 3 )   an d   ( 4 ) .   I n   th A - H A ,   t h XOR g a te  is   r ep lace d   b y   a n   O R   g ate   to   o b tain   t h s u m   o u [ 1 8 ] :     SUM =     A +   B   ( 3 )     C A R R Y =   A   ·   B   ( 4 )     w h er +   r ep r ese n ts   t h OR   o p er atio n .           ( a)   ( b )     Fig u r 1 .   Half   ad d er   lo g ic  cir cu its :   ( a)   C - H A   a n d   ( b )   A - HA       T ab le   1   p r esen ts   th tr u t h   tab l f o r   C - H A   an d   A - H A ,   w it h   o n ab s o lu te  d if f er en ce   h ig h li g h ted   i n   r ed .   I n   C - H A   th e   o u tp u t   is   ca lcu lated   w i th   th e   XO R   g ate,   w h ic h   r et u r n s   h i g h   ( o r   1 )   o n ly   w h e n   t h n u m b er   o f   h i g h   i n p u t s   i s   o d d .   T h A N g ate  is   u s ed   to   ca lc u late   th e   C   o u tp u t,  w h ic h   o n l y   r et u r n s   h ig h   ( o r   1 )   if   b o th   in p u t s   ar h i g h .       T ab le  1 .   Half   ad d er   tr u th   tab le  w it h   an   ab s o l u te  d if f er e n ce   I n p u t s   O u t p u t s   A b so l u t e   d i f f e r e n c e   C - HA   A - HA   A   B   S   C   S U M   C A R R Y   0   0   0   0   0   0   0   0   1   1   0   1   0   0   1   0   1   0   1   0   0   1   1   0   1   1   1   1       2 . 1 . 2 .   F ull   a dd er s     Fig u r 2 ( a)   s h o w s   co n v e n ti o n al  f u ll  ad d er   (C - F A ) ,   I ad d s   th r ee   b in ar y   b its ,   u s u all y   d en o ted   as  A B ,   an d   C ,   an d   p r o d u ce s   Su m ( S)  b it  an d   a   C ar r y   b it  as  o u tp u t.  I n   C - F A   o u tp u Su m ( S)  is   i m p le m en ted   u s i n g   XOR  g ate  an d   o u tp u C ar r y   ( C )   i m p le m en ted   w ith   AN lo g ic  f o llo w ed   b y   OR   lo g ic  g ates.  T h lo g ic   ex p r ess io n s   o f   S u m ( S)  an d   C a r r y   ( C )   ar g i v e n   in   ( 5 )   an d   ( 6 )   r esp ec tiv el y .       Sum = A     B   C     ( 5 )     C o ut = A · B + ( C   · ( A   B ) )   ( 6 )     Fig u r 2 ( b )   s h o w s   an   ap p r o x im ate  f u ll  ad d er   (A - F A )   i n   w h i ch   SUM   is   a   co m p le m en o f   C AR R Y   an d   C AR R Y   i s   i m p le m e n te d   A ND  g ate s .   T h lo g ic  e x p r ess io n s   o f   ad d er s   ar g iv e n   i n   ( 7 )   an d   ( 8 ) .   I n   th AF A ,   th XO R   g ate  o f   t h s u m   is   r ep lace d   b y   a n d - or - in v er t er   ( A OI )   g ates  [ 1 9 ] .     C A R R Y = A · B + B · C + C · A   ( 7 )     SUM = C A R R Y   ( 8 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   ev a lu a tio n   o f c lo c k - g a tin g - b a s ed   a p p r o xima te  m u ltip lier   fo r     ( C h o w d a V en ka ta   S u d h a k a r )   401       ( a)   ( b )     Fig u r 2 .   Fu ll  ad d er   lo g ic  cir cu its :   ( a)   C - F A   a n d   ( b )   A - FA       T ab le   2   illu s tr ates  t h C - F A   an d   A - F A   tr u t h   tab le  w i th   ab s o lu te  d if f er en ce s   in d icate d   w it h   r ed   co lo r .   I n   C - F A   th o u tp u is   ca lc u lated   w ith   t h t w o   XO R   g a t es  co n n ec ted   in   s er ie s ,   w h ic h   r etu r n s   h ig h   ( o r   1 )   o n l y   w h e n   th n u m b er   o f   h i g h   ( o r   1 )   in p u ts   is   o d d .   T h A N lo g ic  f o llo w ed   b y   O R   g ate  c alcu late  t h C .       T ab le  2 .   Fu ll  ad d er   tr u th   tab le  w it h   a n   ab s o lu te  d i f f er e n ce   I n p u t s   O u t p u t s   A b so l u t e   d i f f e r e n c e   C o n v e n t i o n a l   F A   A p p r o x i mat e   F A   A   B   C   S   C o ut   S U M   C A R R Y   0   0   0   0   0   1   0   1   0   0   1   1   0   1   0   0   0   1   0   1   0   1   0   0   0   1   1   0   1   0   1   0   1   0   0   1   0   1   0   0   1   0   1   0   1   0   1   0   1   1   0   0   1   0   1   0   1   1   1   1   1   0   1   1       2 . 2 .     4 - bit  rippl ca rr y   a dd er     Fig u r 3   d ep icts   4 - b it  R C A ,   w h ic h   co n s i s ts   o f   f o u r   co m p lete  ad d er s .   T h f ir s b its   o f   o p er an d s ,   A0   an d   B 0 ,   a r tr an s f er r ed   to   th f ir s f u ll - ad d er   ( FA 0 ) ,   w it h   C in   eq u a to   ze r o   ( C in =0 ) .   T h in it ial  b it  o f   s u m   ( S0 )   is   f o r m ed ,   an d   th o u tp u ca r r y   ( C o )   is   p r o p ag ated   to   th s ec o n d   ad d er   th at  co m e s   b ef o r it.  Si m ilar l y ,   th s ec o n d   f u ll  ad d er   r ec eiv es  th o p er an d 's  s ec o n d   b it,  th th ir d   f u ll  ad d er   r ec eiv es  th th ir d   b it,  an d   th e   f o u r t h   ad d er   r ec eiv es  t h f o u r th   b it.  E ac h   F A   g e n er ates  c o r r esp o n d in g   s u m ,   an d   ca r r y ,   b o th   o f   w h ic h   ar e   ri p p led   to   th f o llo w i n g   F A   as  in p u ca r r y .   T h R C cir cu it  o f f er s   r elat iv el y   s h o r d esig n   ti m e,   b u it   b ec o m e s   r ath er   s lo w   as t h n u m b er   o f   s ta g es i n cr ea s es  [ 2 0 ] .           Fig u r 3 .   4 - b it  R C A       2 . 3 .     4 - bit  ca rr y   s elec t   a dd er     An   R C A   h a s   s m al ler   ar ea   in   d esig n   w h ile  it  h a s   lo w   s p e ed .   A   ca r r y   lo o k   ah ea d   ad d er   ( C L A )   is   f aster   in   o p er atio n   b u it  o cc u p ies  h ig h   ar ea .   C S A   lies   i n   b et w ee n   th s p ec tr u m .   Gen er a ll y ,   C S L A   co n s is t s   o f   R C A   a n d   m u ltip lex er s .   C S L A   is   m u lt i - o p er an d   ad d it io n   cir cu it  t h at  p ick s   t h S u m   an d   C ar r y   o u tp u t   f r o m   s ta g e - 1   R C A   w h e n   th c ar r y   i n p u i s   ' 0 '   an d   t h Su m   an d   C ar r y   o u tp u f r o m   s ta g e - 2   R C A   w h e n   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 398 - 4 1 1   402   ca r r y   i n p u i s   ' 1 ' .   An   N+ 1   m u ltip lex er   co n tr o ls   t h S u m   a n d   C ar r y   o u tp u t s   o f   N - b it  a d d itio n   o p er atio n s .   Fig u r 4   s h o w s   4 - b it  C S L A   u s i n g   t w o   4 - b it R C A   an d   5   n u m b er s   o f   2   to   1   m u ltip le x er s   [ 2 0 ] .           Fig u r 4 .   4 - b it C S L A         2 . 4 .     4 - bit  ca rr y   s a v a dd er   A   4 - b it  C S A   h elp s   in   s u m m at i o n   o f   th r ee   4 - b it  o p e r an d s   in   w a y   th a r ed u ce s   th p r o p ag atio n   d ela y   co m p ar ed   to   tr ad itio n a r ip p le - ca r r y   ad d er s   [ 2 0 ] .   C S As  ar u s ed   in   th e   ca lcu latio n   o f   t h ac c u m u lat io n   o f   p ar tial  p r o d u cts  in   i n teg er   m u ltip licatio n   [ 2 1 ] .   A   4 - b it  C S ad d s   th r ee   4 - b it  b in ar y   v al u e s ,   A   [ 3 :0 ] ,   B   [ 3 :0 ] ,   an d   C   [ 3 :0 ] ,   to   p r o d u ce   4 - b it  p ar tial  s u m 1 ,   [ 3 :0 ] ,   an d   4 - b it  ca r r y ,   [ 4 :1 ] ,   w ith o u i m m ed iatel y   p r o p ag atin g   t h ca r r y   r esu l t.  T h ca r r y   b its   f r o m   ea c h   b it   lo ca tio n   ar p r eser v ed   an d   ap p lied   to   th n ex t   s ig n i f ica n t p o s itio n   i n   n e x t s te p .   Fig u r 5 ( a)   illu s tr ate s   h o w   i w o r k s .   Fig u r 5 ( b )   d ep icts   th tw o   s tep s   o f   im p le m e n tatio n   f o r   th 4 - b it  C SA .   I n   th f ir s s tep ,   f o u r   f u l l   ad d er s   ar p lace d   in   p ar allel.   E ac h   f u ll  ad d er   p r o ce s s es  o n b it  o f   o p er an d s   A   [ 3 :0 ] ,   B   [ 3 :0 ] ,   an d   C   [ 3 :0 ] ,   r esu lti n g   i n   p ar tial  s u m 1   [ 3 :0 ]   an d   ca r r y   N   [ 4 :1 ] .   Stag 2   is   id en tical   to   R C A   i n   t h at  t h s to r ed   ca r r y   a n d   s u m 1   b its   ar co m b in ed   to   p r o d u ce   th f in a l su m   S   [ 4 :0 ]   an d   ca r r y - o u t.       1 st   O p e r a n d     A3   A2   A1   A0   2 nd   O p e r a n d     B3   B2   B1   B0   3 rd   O p e r a n d     C3   C2   C1   C0   S u m1     M3   M2   M1   M0   C a r r y   N4   N3   N2   N1     F i n a l   S u m   S4   S3   S2   S1   S0   ( a)     F A H A F A F A F A F A F A F A B 0 A 0 B 3 C 1 A 2 B 2 C 2 A 1 A 3 C 0 B 1 C 3 N 4 N 3 N 2 N 1 M 0 M 1 M 2 M 3 S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 C o u t 0   ( b )     Fig u r 5 4 - b it ( a)   ca r r y   s av a d d er   lo g ic   an d   ( b )   ca r r y   s a v ad d er       2 . 5 .     4 - bit  co nd it io na l su m   a dd er     I n   th i s   4 - b it   C OS A ,   t h f ir s F A   ta k es  i n p u ts   X 0,   Y 0,   an d   C in   an d   g e n er ates  C ou t .   Fo r   in p u t s   X 1   an d   Y 1 th er ar t w o   ad d er s   w it h   ca r r y - i n s   o f   0   an d   1 ,   r esp ec tiv e l y .   T h s u m   S 1   is   t h o u tco m o f   m u ltip le x i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   ev a lu a tio n   o f c lo c k - g a tin g - b a s ed   a p p r o xima te  m u ltip lier   fo r     ( C h o w d a V en ka ta   S u d h a k a r )   403   ( MU X)   o p er atio n   b et w ee n   t h e   t w o   s u m s   g e n er ated   u s i n g   th s elec li n es  as  ca r r y - o u f r o m   t h p r ev io u s   F A .   T h s ec o n d   ad d itio n   is   also   m u ltip lex ed   a n d   p r o v id ed   as  s elec s i g n al  to   s e lect  g r ea t er   b it  ad d itio n s ,   as  illu s tr at ed   in   Fi g u r 6 .   T h i n ter co n n ec to r   ess e n tiall y   ag g r eg ates  t h i n p u b it  li n es  i n to   lar g er   s u m   b u s .     T h ad d itio n   is   s u b s ta n tial l y   q u ick er   s in ce   h i g h er   b it  ad d itio n   o p er atio n s   d o   n o r el y   o n   ca r r y   p r o p ag atio n   ( C P )   [ 2 0 ] .   Ho w e v er ,   s elec tin g   th p r o p er   r esu lt  r eq u ir es  th e   p r ec e d in g   ca r r y - o u to   b e   estab lis h ed .   T h is   is   a   s o m e w h at  a f f l u e n d esi g n   b ec au s N= 2 n - b it  s u m m atio n   r eq u ir es  2 N - 1   F As  an d   ( 2 n 2 )   MU Xs,  w h ic h   ar n o t e n co u n ter ed   in   R C A s   [ 2 2 ] .           Fig u r 6 .   4 - b it  C OS A         3.   RE S E ARCH   M E T H O D   Mu ltip lier s   co m in   t w o   v ar ie ties u n s ig n ed   an d   s i g n ed .   Un s ig n ed   m u ltip licat io n   u s es  all   N - b its   t o   ex p r ess   t h m ag n it u d o f   t h o p er an d .   I n   s ig n ed   m u ltip lica tio n ,   th o p er an d ' s   M SB   b it  ( Nth   b it)  r ep r esen t s   th s ig n   b it,  w h ile  th r e m ai n in g   N− 1   b its   r e f lect  t h o p er an d 's  m ag n it u d e.   T h r ec ital  o f   th e   m u lt ip lier   in   ter m s   o f   s p ee d ,   ar ea ,   an d   p o w er   u tili za tio n   is   f u r t h er   in f lu e n ce d   b y   t h n u m b er   o f   b its   u tili ze d   [ 2 3 ]   Fix ed - p o in s i g n ed   n u m b er s   ar r ep r esen ted   w id el y   u s in g   Sig n - m a g n it u d r ep r esen tati o n   o r   co m p le m en t   re p r esen tatio n   [ 2 0 ] ,   [ 2 4 ] .     3 . 1 .     4 - bit  a pp ro x i m a t m u lt i pli er     Un s i g n ed   an d   s ig n ed   4 - b it  ap p r o x i m ate  m u ltip lier s   ar cr af ted   w ith   A ND  g ates  f o r   p r o d u cin g   p ar tial   p r o d u cts,  OR   g a tes  u tili ze d   i n   t h p ar o f   t h p r o d u cts  ac cu m u lat io n   s tag to   m i n i m iz ar ea   an d   en er g y   co n s u m p tio n .   I n e x c at  h al f   ad d er s   ( in H A )   a n d   i n e x ac f u l ad d er s   ( in F A )   [ 6 ]   ar u s ed   i n   t h m u ltip lier ' s   u p p er   h al f   p ar t ( MSB   p o s itio n s ) ,   OR   g ates  [ 2 5 ]   ar ap p lied   in   th l o w er   p ar t ( L SB   p o s itio n s ) ,   w h er p ar tial p r o d u cts   ar s eg r eg ated   as  lo w er   an d   u p p er   p ar ts   u s in g   th cr itical  co lu m n   as  s h o w n   i n   Fi g u r 7 .   tr ad itio n al  R C A   is   u tili ze d   as t h b asic a d d er   b lo ck   f o r   th f i n al  S u m   [ 2 6 ]           Fig u r 7 .   Do t d iag r a m   o f   ap p r o x i m ate  4 × 4   m u ltip lier       An   ap p r o x i m ate  4 - b it  m u lti p lier   s h o w n   in   Fi g u r 8   is   i m p le m e n ted   u s i n g   an   ap p r o x i m ate   ar ith m etic  lo g ic  o f   Gate s   an d   cir cu its   to   ac co m p lis h   th m u l tip licatio n   o p er atio n   b et w ee n   t w o   4 - b it  n u m b er s   th at  i s   A [ 3 :0 ]   an d   B [ 3 :0 ] .   A f ir s t,  th p ar tial  p r o d u cts  ar p r o d u ce d   b y   AND  Gate s   b et w ee n   all  t h i n p u b it s .   I n   th s ec o n d   s tep ,   1 6   p a r tial  p r o d u cts  P [ 1 5 :0 ]   ar e   r ed u ce d   u s i n g   f u ll  ad d er s ,   h alf   ad d er s ,   an d   OR   g ates  to   g e t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 398 - 4 1 1   404   th f in al  p r o d u ct.   Fig u r 8   s h o w s   t h ar ch itec tu r o f   t h ap p r o x im ate  4 - b it  m u ltip li er .   T w o   F As,  o n e     h al f - ad d er ,   an d   t h r ee   OR   g ate s   ar u s ed   to   m i n i m ize  t h p a r tial  p r o d u cts.  A f ter   t w o   s ta g e s   o f   r ed u ct io n ,   w e   g et  th t h r ee   L SB s   o f   t h o u tp u t,  Y[ 2 :0 ] ,   an d   t w o   4 - b it  v al u es  t h at  ar ac cu m u lated   u s in g   R C A/C O S A / C /C S L A /C S A   to   p r o d u ce   th MSB   p ar o f   t h o u tp u t,  Y[ 7 :3 ]   [ 2 7 ] .   A n   ap p r o x i m atio n   m u ltip lier   w it h   i n ex ac H A ,   F A ,   OR   co m p r e s s o r s   is   s i m p le  a n d   ef f i cien ap p r o ac h   to   ap p r o x i m ate   th p r o d u ct  o f   t w o   b in ar y   v a lu e s .   T h is   esti m ated   d esig n   p r o v id es lo w er   cir cu it  co m p le x it y   b u h as t h p o o r est er r o r   p er f o r m a n ce .           Fig u r 8 .   A r ch itectu r o f   4 - b it   ap p r o x im ate  m u ltip lier       3 . 2 .     8 - bit  a pp ro x i m a t m u lt i pli er     Fig u r 9   r ep r esen t s   a n   ap p r o x i m ate  8 - b it  m u ltip lier   ar ch itect u r co n s tr u cted   b y   u s in g   f o u r   ap p r o x im a te  4 × 4   m u lt ip lier   b l o ck s   ar s h o w n   in   Fi g u r 8   [ 1 0 ] .   T h L SB   p ar t   o f   p r o d u ct  Z [ 6 :0 ]   is   ac h iev ed   th r o u g h   O R   g ates,  w h ile  C S A   p r o v id es  th MSB   p o r tio n   o f   p r o d u ct  Z [ 1 5 :7 ] .   T h f in al  p r o d u ct  ( Z [ 1 5 :0 ] )   is   o b tain ed   b y   co m b i n i n g   th e   L SB   p ar ( Z [ 6 :0 ] )   an d   th MS B   p ar ( Z [ 1 5 :7 ] ) .   T h ar ch itectu r is   d esi g n ed   to   p r o v id an   ap p r o x im ate  r es u lt  w h ile  r ed u ci n g   co m p u ta tio n al  co m p le x it y   an d   p o w er   co n s u m p tio n   [2 8]           Fig u r 9 .   A r ch itectu r o f   8 - b it   ap p r o x im ate  m u ltip lier   u s i n g   4 - b it  m u ltip lier s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   ev a lu a tio n   o f c lo c k - g a tin g - b a s ed   a p p r o xima te  m u ltip lier   fo r     ( C h o w d a V en ka ta   S u d h a k a r )   405   3 . 3 .     16 - bit  a pp ro x i m a t m ul t ipl iers w it h c lo ck - g a t ing     T h clo ck - g a tin g   ap p r o ac h   u s ed   in   m u ltip lier s   r ed u ce s   b o th   p o w er   a n d   cir cu it  ar ea .   Ap p ly i n g   a   clo ck - g ati n g   lo g ic  p r ev e n ts   u n n ec e s s ar y   s w itc h i n g   o f   ad d er s   d u r in g   clo ck   c y c les  w h ile  s to r ed   d ata  is   in tact  [ 2 9 ] .   T h s u g g ested   ar ch itec t u r r ed u ce s   d y n a m ic  p o w er   d is s ip atio n   b y   s u p p r ess i n g   s i g n al  ac ti v itie s   w it h   clo ck - g ati n g   w h en   t h e y   ar n o r eq u ir ed .   Fig u r 1 0   s h o w s   b lo ck   d iag r am   o f   m u ltip lier   w it h   a     f lip - f lo p - b a s ed   clo ck   g ati n g   m u ltip lier   [ 3 0 ] .       P a r t i a l   P r o d u c t s   D - F F   R e g i s t e r A p p r o x i m a t i o n   U s i n g   O R   G a t e s L o w   P o w e r ,   A r e a ,   D e l a y   A d d e r   C i r c u i t s   O p e r a n d s L S B   p a r t M S B   p a r t L S B   O u t p u t M S B   O u t p u t E n a b l e R e s e t C l k F i n a l   P r o d c t Q o u t G a t e d - C l k A N D   [ M S B , L S B ]     Fig u r 1 0 .   Gen er alize d   f lip - f lo p   b ased   clo ck   g atin g   ap p r o x i m ate  m u ltip lier       I n   Fi g u r 1 0 ,   th g ated - cl k   g o es  to o   h ig h   d u r i n g   D - FF   o u tp u an d   t h clo ck   in p u is   i n   h ig h   s tat e   o th er w is g ated   clo ck   is   a z er o   s tate.   I n   th e x is tin g   ap p r o x i m ate  m u ltip lier ,   t h ap p r o x i m atio n   m et h o d   is   ap p lied   o n   eith er   s id o f   th cr itical  co lu m n ,   w h ic h   is   n a m ed   th L SB   an d   MSB .   I n   th s u g g ested   n e w   d e s ig n ,   th ap p r o x i m a tio n   o v er   t h L SB   s id r e m ai n s   t h s a m e,   an d   t h ap p r o x i m a tio n   at   t h MSB   s id e,   th e   ap p r o x im a te   H A s   a n d   F A s   h a v b ee n   s w ap p ed   o u w it h   ex ac h al f - f u ll  ad d er s   at  th ap p r o p r iate  p lace s   [ 1 6 ]   to   en h a n ce   t h p r ec is io n   o f   t h est i m a ted   m u lt ip lier .   T h o u tco m o f   t h L SB   p ar is   e n ab led   b y   t h g ated   clo ck   t h u s ,   th e   p o w er   u tili za t io n   o f   t h m u ltip lier   i s   m i n i m ized .   Fi g u r 1 1   d ep icts   th e   ap p r o x i m ate  4 - b it   m u ltip lier ,   in   w h ich   t h MS B   p ar tial  p r o d u cts  ar ag g r eg ated   u s in g   ex ac f u ll  ad d er   ( ex ca t   F A )   an d   h al f   ad d er s   ( ex ac HA ) ,   r esu ltin g   i n   in cr ea s ed   ac c u r ac y   i n   th f i n al  p r o d u ct  [ 3 1 ] .           Fig u r 1 1 .   Do t d iag r am   o f   ap p r o x i m ate  4 - b it  m u ltip lier   w it h   ex ac H A   an d   F A       T h ap p r o x i m ate  1 6 - b it  m u l t ip lier   ar ch itectu r ill u s tr ated   in   Fi g u r 1 2   is   cr af ted   u s i n g   th f o u r   ap p r o x im a te  8 - b it  m u ltip lier   b lo c k s   f r o m   F ig u r 9 .   I n   Fig u r 1 2   th clo ck - g ati n g   cir c u i co n tr o ls   th L A B   p ar o f   th f in al  p r o d u ct  w h ic h   is   Z [ 1 4 :0 ] .   1 6 - b it  ad d e r   g en er ates  th MSB   p ar t   Z [ 3 2 :1 5 ] .   T h f in al  p r o d u ct  is   th co m b i n atio n   o f   Z [ 1 4 :0 ]   an d   Z [ 3 2 :1 5 ] .   T h C S A   e f f i cien tl y   co m b i n es   th e   p ar tial  p r o d u cts  f r o m   th e   ap p r o x im a te  8 - b it  m u l tip lier   b lo ck s   to   p r o d u ce   th h ig h er   b its   o f   th r esu lt  w it h o u i n tr o d u cin g   s ig n i f ica n t   o v er h ea d .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 398 - 4 1 1   406       Fig u r 1 2 .   A r ch itect u r o f   1 6 - b it a p p r o x im ate  m u ltip lier   u s i n g   8 - b it  m u ltip lier   a n d   clo ck   g atin g       4.   RE SU L T S   AND  D I SCU SS I O N   T h s i m u lat io n   r esu lt  o f   u n s i g n ed   as  w ell  as  s i g n ed   1 6 - b it  m u ltip lier s   u s i n g   i n ex ac ad d er s   is   s h o wn   in   Fi g u r e s   13   an d   1 4 .   Fig u r 1 3   illu s tr ates   th s i m u latio n   r esu lt s   o f   1 6 - b it  u n s i g n ed   ap p r o x i m ate  m u ltip lier   w it h   m u ltip lica n d   a[ 1 5 :0 ] = 1 6 d   2 9 8 7   an d   m u ltip lie r   b [ 1 5 :0 ] = 1 6 d   5 0 7 6 3   an d   t h f i n al  p r o d u ct  is     (C out ,   z[ 3 1 :0 ] ) = 3 2 d   2 1 5 1 3 8 3 0 2 9 .   Fig u r 1 4   illu s tr ate s   t h e   s i m u lat io n   r es u lts   o f   1 6 - b it  s ig n ed   ap p r o x i m ate   m u ltip lier   w ith   m u lt ip lican d   a[ 1 5 :0 ]  ̶   1 6 d   6 5 4 3   an d   m u lt ip lier   b [ 1 5 : 0 ] =    ̶   16’ d   9 7 7 6   an d   th f in al   p r o d u ct  is   ( C out ,   z[ 3 1 :0 ] ) = 3 2 d   3 2 5 3 8 4 6 9 6 .           Fig u r 1 3 .   1 6 - b it  u n s i g n ed   ap p r o x i m ate  m u l tip lier   o u tp u with   ap p r o x i m ate  a d d er s           Fig u r 1 4 .   1 6 - b it  s ig n ed   ap p r o x i m ate  m u lt ip lier   o u tp u w it h   ap p r o x im a te  ad d er s       T h s i m u latio n   r es u lts   o f   u n s i g n ed   a n d   s i g n ed   1 6 - b it  ap p r o x i m ate  m u ltip lier s   u s in g   clo c k   g ati n g   a n d   ex ac ad d er s   f o r   MSB   p ar ad d itio n   ar illu s tr ated   in   Fi g u r e s   15   an d   1 6 .   Fig u r 1 5   illu s tr ates  th s i m u lat io n   r esu lt s   o f   1 6 - b it  clk - g a tin g   u n s i g n ed   ap p r o x i m ate  m u lt ip li er   w i th   m u ltip lica n d   a[ 1 5 :0 ] =1 6 d   2 9 8 7   an d   a   m u ltip lier   b [ 1 5 :0 ] = 1 6 d   5 0 7 6 3   an d   th f in al  p r o d u ct  is   ( C ou t ,   z[ 3 1 : 0 ] ) = 3 2 d   2 1 0 1 4 1 0 5 5 .   F ig u r 1 6   illu s tr ate s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   ev a lu a tio n   o f c lo c k - g a tin g - b a s ed   a p p r o xima te  m u ltip lier   fo r     ( C h o w d a V en ka ta   S u d h a k a r )   407   th s i m u latio n   r es u lts   o f   1 6 - b i s ig n ed   ap p r o x im ate  m u l tip li er   w ith   m u ltip lica n d   a[ 1 5 :0 ] =  ̶   16’ d   6 5 4 3   an d   a   m u ltip lier   b [ 1 5 :0 ] =  ̶ 16’ d   9 7 7 6   an d   th f in al  p r o d u ct  is   ( C o ut ,   z[ 3 1 :0 ] ) 32’ d   3 1 5 8 5 0 5 7 6 .           Fig u r 1 5 .   1 6 - b it  u n s i g n ed   ap p r o x i m at e   m u l tip lier   o u tp u with   cl k - g ati n g   an d   i n ex ac t a d d er s           Fig u r 1 6 .   1 6 - b it  s ig n ed   ap p r o x i m ate   m u lt ip lier   o u tp u w it h   clk - g at in g   an d   e x ac t a d d er s       4 . 1 .     Q ua ntit a t iv c o m pa riso n a m o ng   m u lt ipl ier s   I n   th i s   s ec tio n ,   w co m p ar ed   ap p r o x im a te  m u ltip lier s   ( AM )   d escr ib ed   in   p r ev io u s   s ec t io n s   in   ter m s   o f   p o w er ,   ar ea ,   an d   laten c y .   T h u s ,   th n e x s u b s ec tio n s   co m p ar t h d esig n s   i n   t w o   ca teg o r ies:   f i x ed - p o i n t   u n s i g n ed   a n d   s ig n ed   m u lt ip lie r s ,   it  s h o u ld   b e m p h a s ized   th at  all  o f   t h d esig n s   w er ass e s s ed   u s in g   t h s a m e   en v ir o n m e n t.  W ap p lied   ap p r o x i m atio n   at  t h p ar tial  p r o d u ct  ac cu m u latio n   s ta g to   ac h iev le s s   d ela y ,   lo w er   p o w er   co n s u m p tio n ,   a n d   in cr ea s ed   ar ea   e f f ic ien c y ,   as  w ell  as  to   i m p r o v t h p r ec is io n   o f   th f i n al   p r o d u ct  o b tain ed   w it h   C OS A/C S L A / R C A /C AS.  T ab les  3   an d   4   s h o w   th d ela y /p o w er / ar ea   co m p ar is o n   o f     4 - b it,  8 - b it,  an d   1 6 - b it  s ig n ed   an d   u n s i g n ed   m u lt ip lier s   a m o n g   f o u r   t y p es  o f   ad d er s .   T h r esu lt s   f o u n d   th a th e   ca r r y   s elec ts   ad d er   g av b ette r   r esu lts   i n   s o m ca s e s   th a ar h ig h li g h ted   in   g r ee n   co lo r .   I n   g e n er al,   at  th e   s a m ap p r o x i m a tio n   le v el,   C L S A   h a s   lo w   d ela y ,   R C A   h as  lo w   ar ea ,   an d   C O S A   h as  lo w   p o w e r   co n s u m p tio n   th a n   an o t h er   ad d er .       T ab le  3 .   Un s ig n ed   ap p r o x i m at e   m u l tip lier   p ar a m eter s     A d d e r s   P o w e r   ( w )   A r e a   ( L U T )   C r i t i c a l   p a t h   d e l a y   ( n s)   4 - b i t   8 - b i t   16 - b i t   4 - b i t   8 - b i t   16 - b i t   4 - b i t   8 - b i t   16 - b i t   C O S A   0 . 1 4 1   0 . 1 7   0 . 2 3 7   11   67   3 0 5   5 . 3 4 3   7 . 8 9 4   1 0 . 6 9 3   C S L A   0 . 1 4 1   0 . 1 7   0 . 2 5 8   11   61   2 7 5   5 . 3 3 6   6 . 9 1 1   9 . 8 1 6   RCA   0 . 1 4 1   0 . 1 7 4   0 . 2 7 7   11   60   2 6 0   5 . 3 4 3   7 . 3 0 2   1 0 . 7 7 6   C S A   0 . 1 4 2   0 . 1 7 8   0 . 3 1 6   11   66   2 9 3   5 . 3 4 3   7 . 5 6 5   1 1 . 6 7     * L U T s:   l o o k u p   t a b l e s       T ab le  4 .   Sig n ed   ap p r o x i m ate   m u ltip lier   p ar a m eter s     A d d e r s   P o w e r   ( w )   A r e a   ( L U T )   C r i t i c a l   p a t h   d e l a y   ( n s)   4 - b i t   8 - b i t   16 - b i t   4 - b i t   8 - b i t   16 - b i t   4 - b i t   8 - b i t   16 - b i t   C O S A   0 . 1 4 1   0 . 1 8 2   0 . 2 7   10   71   3 2 1   5 . 3 4 3   7 . 7 9 2   1 1 . 3 9   C S L A   0 . 1 4 1   0 . 1 8 6   0 . 2 8 9   10   74   3 1 0   5 . 3 4 3   7 . 5 8 8   1 0 . 4 5 3   RCA   0 . 1 4 1   0 . 1 8 7   0 . 3 1 5   12   65   3 1 5   5 . 7 9 5   7 . 3 5   1 1 . 1 2 8   C S A   0 . 1 4 1   0 . 1 8 1   0 . 3 1 3   11   68   2 9 4   5 . 3 4 3   7 . 5 7 5   1 1 . 5 7 9       Fig u r es  1 7   to   1 9   co m p ar th m u lt ip lier   cir cu it  p ar a m e t er s   o f   u n s i g n ed   an d   s i g n ed   m u ltip lier s   d esig n ed   u s i n g   d if f er en ad d er s   at  th f i n al  s ta g e.   T h is   co m p ar is o n   f o u n d   th at  t h s en s i tiv it y   o f   th e   ap p r o x im a tio n   ap p r o ac h es  to   t h s y n t h esi s   m o d e,   h as  n o b e en   e x ten s i v e l y   d e m o n s tr ated   i n   p r ev io u s   s tu d ie s .   Fig u r 1 7   d ep icts   th p o w e r   co n s u m p tio n   o f   s ig n ed   an d   u n s ig n ed   f o u r - b it,  ei g h t - b i t,  an d   s i x tee n - b it   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.