8/2/2019 Improved Design of Low-Power Register File

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Improved Design of Low-Power R e g i s t e r FileUsing P - t y p e A d i a b a t i c Line Drivers

Hong L i , J i a n p i n g H u , a n d Cheng ZhangN i n g b o U n i v e r s i t yN i n g b o C i t y , Z h e j i a n g , C h i n an b h j p g y a h o o . c o m . c nA b s t r a c t - A r e g i s t e r f i l e i s o n e o f t h e m o s t p o w e r - c o n s u m i n gb l o c k s i n m i c r o p r o c e s s o r s b e c a u s e i t c o n t a i n s l a r g ec a p a c i t a n c e s o n b i t l i n e s , word l i n e s , a d d r e s s l i n e s , a n d s t o r a g e -c e l l a r r a y , a n d i s f r e q u e n t l y a c c e s s e d . T h i s p a p e r p r e s e n t s an o v e l l o w - p o w e r r e g i s t e r f i l e t h a t i s r e a l i z e d e n t i r e l y b a s e d o na d i a b a t i c l o g i c . The p r o p o s e d r e g i s t e r f i l e c o n s i s t s o f a s t o r a g e -c e l l a r r a y , a d d r e s s d e c o d e r s , r e a d / w r i t e c o n t r o l c i r c u i t s , s e n s ea m p l i f i e r s , and r e a d / w r i t e d r i v e r s . An N - t y p e d u a lt r a n s m i s s i o n g a t e a d i a b a t i c l o g i c (N-DTGAL) i s u s e d t o d r i v er e a d / w r i t e b i t l i n e s a n d r e a d word l i n e s w i t h l a r g ec a p a c i t a n c e s . A P - t y p e d u a l t r a n s m i s s i o n g a t e a d i a b a t i c l o g i c(P-DTGAL) t h a t i s c o m p l e m e n t a r y t o t h e N-DTGAL i s u s e d t od r i v e w r it e word l i n e s a n d power t h e s t o r a g e c e l l s , s o t h a te n e r g y o f t h e s t o r a g e c e l l s c a n b e w e l l r e c o v e r e d b e f o r e newv a l u e s a r e w r i t t e n . HSPICE s i m u l a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h ep r o p o s e d r e g i s t e r f i l e a c h i e v e s c o n s i d e r a b l e e n e r g y s av i n gso v e r s i m i l a r i m p l e m e n t a t i o n s .

I . I N T R O D U C T I O NP o w e r d i s s i p a t i o n h a s b e c o m e a c r i t i c a l c o n c e r n i nVLSI c i r c u i t s , a s d e n s i t y a n d o p e r a t i n g s p e e d o f CMOS

c h i p s i n c r e a s e [ 1 ] . A d i a b a t i c c o m p u t i n g , w h i c h u t i l i z e s ACp o w e r s u p p l i e s t o r e c y c l e t h e e n e r g y o f n o d e c a p a c i t a n c e s , i sa p a r t i c u l a r l y a t t r a c t i v e a p p r o a c h t o r e d u c e p o w e rd i s s i p a t i o n . O v e r t h e p a s t d e c a d e , s e v e r a l a d i a b a t i c l o g i cf a m i l i e s w e r e p r o p o s e d a n d a c h i e v e d c o n s i d e r a b l e e n e r g ys a v i n g s o v e r c o n v e n t i o n a l CMOS c i r c u i t s [ 2 - 9 ] .T h e c u r r e n t a d i a b a t i c c i r c u i t s c a n b e c l a s s i f i e d i n t o t w ot y p e s : f u l l - a d i a b a t i c c i r c u i t s , w h i c h d o n ' t h a v e n o n - a d i a b a t i cl o s s , a n d q u a s i - a d i a b a t i c c i r c u i t s , w h i c h h a v e n o n - a d i a b a t i cl o s s . T h e f u l l - a d i a b a t i c c i r c u i t s a r e m u c h m o r e c o m p l e x t h a nt h e q u a s i - a d i a b a t i c c i r c u i t s . F o r e x a m p l e , t h e c o m p l e x i t y o fa 1 6 - b i t c a r r y - l o o k a h e a d a d d e r ( C L A ) i n a f u l l y r e v e r s i b l em a n n e r i s a b o u t 3 2 t i m e s t h a t o f s t a t i c CMOS C LA [ 2 ] . T h eq u a s i - a d i a b a t i c c i r c u i t s h a v e r e l a t i v e l y s i m p l e a r c h i t e c t u r e

a n d p o w e r c l o c k s y s t e m . M o r e o v e r , t h e q u a s i - a d i a b a t i c l o g i cc a n o p e r a t e a t a h i g h e r f r e q u e n c y , t h u s i t i s a p r o m i s i n gs c h e m e f o r p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s , s u c h a s m u l t i p l i e r s [ 9 ] a n dr e g i s t e r f i l e s [ 1 0 ] .S e v e r a l q u a s i - a d i a b a t i c c i r c u i t s h a v e b e e n r e p o r t e d , s u c h

a s t h e 2 N - 2 N 2 P l o g i c [ 3 ] , t h e c l o c k e d CMOS a d i a b a t i c l o g i c( C A L ) [ 4 ] , t h e e f f i c i e n t c h a r g e r e c o v e r y l o g i c ( E C R L ) [ 5 ] ,a n d t h e p a s s - t r a n s i s t o r a d i a b a t i c l o g i c w i t h NMOS p u l l - d o w nc o n f i g u r a t i o n ( P A L - 2 N ) [ 6 ] . A l t h o u g h t h e s e c i r c u i t sc o n s u m e l o w e r p o w e r t h a n t h e c o n v e n t i o n a l CMOS, t h e yh a v e n o n - a d i a b a t i c e n e r g y l o s s o n o u t p u t n o d e s , a n d t h e i re n e r g y l o s s h i g h l y d e p e n d o n l o a d c a p a c i t a n c e s . Some q u a s i -a d i a b a t i c c i r c u i t s c a n e f f i c i e n t l y r e c o v e r t h e c h a r g e o f o u t p u tc a p a c i t a n c e s b y u t i l i z i n g t h e b o o t s t r a p p i n g t e c h n i q u e [ 7 ] , b u tt h e s i z e o f b o o t s t r a p p i n g s w i t c h m u s t b e s u f f i c i e n t l y l a r g ea n d t h e n o n - a d i a b a t i c l o s s o f i n t e r n a l n o d e s i s n o t s m a l l [ 8 ] .L a r g e m a c r o b l o c k s a r e n e c e s s a r y i n o r d e r t o r e a l i z e ac o m p l e t e s y s t e m s u c h a s a m i c r o p r o c e s s o r . O n e o f t h e s eb l o c k s i s a r e g i s t e r f i l e . A r e g i s t e r f i l e i s o n e o f t h e m o s tp o w e r - c o n s u m i n g b l o c k s i n m i c r o p r o c e s s o r s b e c a u s e i tc o n t a i n s l a r g e c a p a c i t a n c e s o n b i t l i n e s , w o r d l i n e s , s t o r a g e -c e l l a r r a y , a n d a d d r e s s l i n e s , a n d i s f r e q u e n t l y a c c e s s e d [ 1 1 ] .I n r e c e n t y e a r s , s e v e r a l a d i a b a t i c m e m o r i e s h a v e b e e nr e p o r t e d . I n [ 1 0 , 1 2 , 1 3 ] , a d i a b a t i c c i r c u i t s , s u c h a s E C R L ,2 N - 2 N 2 P , a n d PAL-2N e t c . , a r e u s e d t o d r i v e a d d r e s s l i n e s ,b i t l i n e s , a n d w o r d l i n e s . H o w e v e r , t h e r e i s l a r g e n o n -

a d i a b a t i c e n e r g y l o s s o n l a r g e c a p a c i t a n c e n o d e s i n t h e s ed e s i g n s . I n [ 1 4 , 1 5 ] , t h e c h a r g e o f n o d e s w i t h l a r g ec a p a c i t a n c e c a n b e w e l l r e c o v e r e d b y u s i n g t h e b o o t s t r a p p i n gt e c h n i q u e , b u t s t o r a g e c e l l s a r e s t i l l p o w e r e d b y a DC s u p p l y ,s o t h a t s h o r t - c i r c u i t p o w e r c o n s um pt i on i n s t o r a g e c e l l s i sn o t s m a l l f o r w r i t e o p e r a t i o n b e c a u se o f g r a d u a l l y r i s i n g a n df a l l i n g c l o c k e d - s i g n a l s [ 1 5 ] . I n [ 1 6 ] , t h e c h a r g e o f n o d e si n c l u d i n g s t o r a g e c e l l s c a n b e w e l l r e c o v e r e d b y u s i n g P - t y p ea n d N - t y p e d u a l t r a n s m i s s i o n g a t e a d i a b a t i c l o g i c c i r c u i t s ,b u t r e a d a n d w r i t e o p e r a t i o n s c a n n o t c o m p l e t e d w i t h a c l o c kp e r i o d a n d c o n t r o l c i r c u i t s a r e m o r e c o m p l e x t h a n t h e o t h e ri m p l e m e n t a t i o n s .T h i s p a p e r p r e s e n t s a n i m p r o v e d d e s i g n o f a d i a b a t i c

r e g i s t e r f i l e i n [ 1 6 ] . T h e N - t y p e d u a l t r a n s m i s s i o n g a t ea d i a b a t i c l o g i c ( N - D T G A L ) i s u s e d t o d r i v e r e a d / w r i t e b i tl i n e s a n d r e a d w o r d l i n e s w i t h l a r g e c a p a c i t a n c e s , w h i l e t h eP - t y p e d u a l t r a n s m i s s i o n g a t e a d i a b a t i c l o g i c ( P - D T G A L ) i su s e d t o d r i v e w r i t e w o r d l i n e s a n d p o w e r t h e s t o r a g e c e l l s .T h e s t o r a g e c e l l s a r e a l s o m o d i f i e d f o r t h e p r o p o s e d d e s i g n .

1 - 4 2 4 4 - 0 1 7 3 - 9 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 2 0 0 6 I E E E .7 2 8

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R e a d a n d w r i t e o p e r a t i o n s c a n c o m p l e t e d w i t h a c l o c k p e r i o da n d c o n t r o l c i r c u i t s a r e a l s o s i m p l i f i e d .I I . A D I A B A T I C D R I V E R

T h e t y p i c a l a d i a b a t i c c i r c u i t 2 N - 2 N 2 P i s s h o w e d i n F i g .l ( a ) [ 3 ] . C a s c a d e d 2 N - 2 N 2 P g a t e s a r e d r i v e n b y f o u r - p h a s ep o w e r - c l o c k s , a s s h o w n i n F i g . 1 ( b ) . A c o m p l e m e n t a r y l o g i c( 2 P - 2 P 2 N ) a l s o e x i s t s , a s s h o w n i n F i g . l ( b ) [ 1 6 ] . I t ss t r u c t u r e a n d o p e r a t i o n a r e c o m p l e m e n t a r y t o t h e 2 N - 2 N 2 P .C a s c a d e d 2 N - 2 N - 2 P a n d 2 P - 2 P 2 N g a t e s a r e d r i v e n b y t h es a m e f o u r - p h a s e p o w e r - c l o c k s , a s s h o w n i n F i g . l ( c ) . T h es i m u l a t e d w a v e f o r m s f o r t h e t w o c i r c u i t s a r e s h o w n F i g .l ( d ) . I t c a n b e s e e n t h a t t h e y h a v e n o n - a d i a b a t i c e n e r g y l o s so n o u t p u t n o d e s . T h e i r n o n - a d i a b a t i c l o s s i s d e p e n d e n t o n t h el o a d c a p a c i t a n c e . T h e r e f o r e , i f t h e y a r e u s e d f o r d r i v i n g l a r g el o a d c a p a c i t a n c e o n t h e b i t - l i n e s a n d w o r d - l i n e s o f SRAM,n o n - a d i a b a t i c e n e r g y l o s s i s l a r g e .

OUT OUT I N OUTIN - iN N - J N i N 1 b IN

( a ) 2 N - 2 N 2 P a n d s y m b o l

OUTIN

V D D( b ) 2 P - 2 P - 2 N a n d s y m b o l

o 1 out4o3 o u 4INTCL

IN OUT

( f i 2( i , I

T o o v e r c o m e t h i s d i s a d v a n t a g e , a N - t y p e d u a lt r a n s m i s s i o n g a t e a d i a b a t i c l o g i c w a s p r e s e n t e d i n [ 3 ] , a ss h o w n i n F i g . 2 . T h e p o w e r - c l o c k c J c h a r g e s t h e o u t p u t( O U T o r OUT ) t h r o u g h N i a n d P I ( o r N i b a n d P 2 ) b y c o n t r o lo f t h e i n p u t s ( I N a n d I N ) . T h e e n e r g y o f o u t p u t n o d e s i sr e c o v e r e d t o q J t h r o u g h N 1 a n d P 1 ( o r N 2 a n d P 2 ) b y c o n t r o lo f t h e f e e d b a c k s i g n a l s ( F I N a n d F I N ) , w h i c h a r e f r o m t h eo u t p u t s o f t h e n e x t - s t a g e b u f f e r . F o r t h e f i n a l - s t a g e N -DTGAL g a t e i n a p i p e l i n e d c h a i n , a n a d d i t i o n a l 2 N - 2 N 2 P ( o rECRL) b u f f e r i s u s e d a n d i t s o u t p u t s ( F I N 4 a n d F I N 4 )c o n t r o l e n e r g y - r e c o v e r y o f t h e f i n a l - s t a g e N-DTGAL g a t e .A P - t y p e DT GAL a l s o e x i s t s , a s s h o w n i n F i g . 3 [ 1 6 ] ,a n d i t s s t r u c t u r e a n d o p e r a t i o n a r e c o m p l e m e n t a r y t o t h e N -DTGAL. F o r t h e f i n a l - s t a g e P-DTGAL g a t e i n a p i p e l i n e dc h a i n , a n a d d i t i o n a l 2 P - 2 P 2 N b u f f e r i s u s e d a n d i t s o u t p u t s( F I N 4 a n d F I N 4 ) c o n t r o l e n e r g y - r e c o v e r y o f t h e f i n a l - s t a g eP-DTGAL g a t e . C a s c a d e d P-DTGAL a n d N-DTGAL g a t e sa r e d r i v e n b y t h e s a m e f o u r - p h a s e p o w e r - c l o c k s a s t h e 2 N -2 N 2 P .T h e s i m u l a t e d w a v e f o r m s f o r t h e P-DTGAL a n d N -DT GAL c i r c u i t s a r e s h o w n F i g . 4 . I t c a n b e s e e n t h a t N -DT GAL a n d P-DTGAL h a v e n ' t n o n - a d i a b a t i c l o s s o n o u t p u tl o a d s . A l t h o u g h t h e a d d i t i o n a l 2 N - 2 N 2 P ( o r 2 P - 2 P - 2 N )b u f f e r h a s t h e n o n - a d i a b a t i c e n e r g y l o s s c v p ( o r C V 2 N )t h i s e n e r g y l o s s i s s m a l l , b e c a u s e t h e c a p a c i t a n c e C , w h i c hm a i n l y c o n s i s t s o f g a t e c a p a c i t a n c e o f i n p u t t r a n s i s t o r s i n t h eN-DTGAL a n d P-DTGAL b u f f e r s , i s f a r s m a l l e r t h a n t h el o a d c a p a c i t a n c e C L . T h e r e f o r e , t h e y a r e s u i t a b l e f o r d r i v i n gl a r g e c a p a c i t a n c e t o r e a l i z e p o w e r - e f f i c i e n t d e s i g n .

F IN F I NI1r N 1 l P 1 P2lN2HIN ibFN

OUT - p _ OUTN3 I j . i N4

(] )

I N NDO U TFIN

( a ) S c h e m a t i c a n d s y m b o l( c ) B u f f e r c h a i n a n d p o w e r c l o c k

2N-2N2P3

..... 0 42 P - 2 P 2 N

1 _110 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0T i m e ( n s( d ) S i m u l a t e d w a v e f o r m s

, P 1 4 1 ) 2 4 1 3 4 b 4 4 1 )o u t 1 o u t 2 o u t 3 0 1 1 ( 4IN N N N D I N b @ = = C L ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ C/FIN4 CN - D T G A L b u f f e r u s i n gl a r g e s i z e t r a n s i s t o r s 2 N - 2 N 2 P b u f f e r

( b ) N - t y p e DTGAL a d i a b a t i c d r i v e r

F i g u r e 2 . N - t y p e DTGAL b u f f e r .F i g u r e 1 . 2 N - 2 N 2 P a n d 2 P - 2 P - 2 N b u f f e r s .

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F IN F INP 1 I N N 2 P 2IN Pib I a - I NII'V OUT

OUT G OUTFIN

V D D( a ) S c h e m a t i c a n d s y m b o l

4 b 2 c 1 b 3 f i 4out1 out2 out3 out4IN

P-DTGAL b u f f e r usingl a r g e s i z e t r a n s i s t o r s 2P-2P2N b u f f e r( b ) P - t y p e DTGAL a d i a b a t i c d r i v e rF i g u r e 3 . P - t y p e D T G A L b u f f e r .

N - D T G A L3 . . . . . . . , ( f 4- 1

t l o P-DTGALc 3_

A0~~~0t0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0

T i m e ( nsF i g u r e 4 . S i m u l a t e d w a v e f o r m s f o r N-DTGAL a n d P-DTGAL a d i a b a t i cd r i v e r s .

I I I . A D I A B A T I C R E G I S T E R F I L ET h e a d i a b a t i c r e g i s t e r f i l e c o n s i s t s o f a s t o r a g e - c e l l a r r a y ,a d d r e s s d e c o d e r s , r e a d / w r i t e c o n t r o l c i r c u i t s , sensea m p l i f i e r s , a n d r e a d / w r i t e d r i v e r s .

A . S t o r a g e C e l lT h e s t o r a g e - c e l l s t r u c t u r e i s s i m i l a r as a c o n v e n t i o n a l

memory c e l l , as s h o w n i n F i g . 5 . T h e s u p p l y o f s t o r a g e c e l l si s c o n n e c t e d t o c k c e l l , w h i c h i s p o w e r e d b y t h e o u t p u t o f P -DT GAL c i r c u i t s i n s t e a d o f a f i x e d DC s u p p l y . T h e t w o p a i r so f access t r a n s i s t o r s are e n a b l e d b y WWL ( w r i t e w o r d - l i n e )a n d RWL ( r e a d w o r d - l i n e ) f o r w r i t e a n d r e a d o p e r a t i o n s ,r e s p e c t i v e l y . T h e w r i t e access t r a n s i s t o r s are tw o PMOSones, b u t n o t NMOS i n t h e o t h e r i m p l e m e n t a t i o n s . T h ememory array i s c o m p o s e d o f a m u l t i p l i c i t y o f t h e s e c e l l sa r r a y e d h o r i z o n t a l l y a n d v e r t i c a l l y . T h e WWL, RWL a n dc k c e l l o f a row are c o n n e c t e d a l o n g t h e h or i z on t a l a x i s , w h i l et h e r e a d b i t - l i n e s (RBL a n d R B L ) a n d t h e w r i t e b i t - l i n e s(WBL a n d WBL ) are c o n n e c t e d f o r a l l c e l l s i n a c o l u m n .

B . A d d r e s s D e c o d e rS e p a r a t e a d d r e s s d e c o d e r s a r e u s e d f o r r e a d a n d w r i t eo p e r a t i o n s , a s s h o w n i n F i g . 6 . T h e 6 - b i t a d d r e s s i s d i v i d e di n t o t h e t w o - l e v e l a d d r e s s d e c o d i n g . T h e 3 - b i t a d d r e s s e s a r ep r e - d e c o d e d . T h e r e a d / w r i t e a d d r e s s - d e c o d i n g s i g n a l s a r ep r o d u c e d b y u s i n g AND g a t e s w i t h t h e t w o o u t p u t o f t h e p r e -d e c o d i n g a n d t h e r e a d / w r i t e e n a b l e s i g n a l s ( R E a n d W E ) .T h e t w o - l e v e l a d d r e s s d e c o d e r s a r e r e a l i z e d u s i n g 2 P - 2 P 2 Na n d 2 N - 2 N 2 P f o r w r i t e a n d r e a d a d d r e s s - d e c o d i n g ,r e s p e c t i v e l y . T h e w r i t e w o r d - l i n e s (WWL) a r e d r i v e n b y P -DTGAL, w h i l e t h e r e a d w o r d - l i n e s (RWL) a r e d r i v e n b y N -DT GALC . S e n s e C i r c u i t a n d R e a d D r i v e r

T h e s e n s e a m p l i f i e r i s s h o w n i n F i g . 7 . I t s o p e r a t i o n i ss i m i l a r t o N-DTGAL c i r c u i t . T h e c h a r g e o f r e a d b i t - l i n e s i sr e c o v e r e d t o p o w e r - c l o c k ( q t 3 ) t h r o u g h N 1 a n d P 1 ( o r N 2 a n dP 2 ) b y c o n t r o l o f t h e o u t p u t s o f t h e 2 N - 2 N 2 P . T h e w r i t e b i t -l i n e s w o r d - l i n e s ( W B L ) a r e d r i v e n b y N-DTGAL, b e c a u s et h e y c o n t a i n l a r g e c a p a c i t a n c e . R B L i s c h a r g e d w h e n q g o e sh i g h f o r c o r r e c t w r i t e o p e r a t i o n t i m i n g .

/ 0 c e l l

WB LR B L

WWL

WB LR B L

R WLF i g u r e 5 . S t o r a g e c e l l .

A o A 1 A 2 A 3 A 4 A s WE REF i g u r e 6 . A d d r e s s d e c o d e r .

7 3 0

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F i g u r e 7 . S e n s e c i r c u i t a n d r a e d d r i v e r .D . R e a d o p e r a t i o n T i m i n g

T h e t i m i n g d i a g r a m f o r r e a d o p e r a t i o n i s s h o w n i n F i g . 8 .D u r i n g T 1 , r e a d a d d r e s s p r e - d e c o d i n g i s p r o c e s s e d , a n d t h eR E ( r e a d e n a b l e s i g n a l ) i s p r e p a r e d . D u r i n g T 2 , T h e r e a da d d r e s s - d e c o d i n g s i g n a l i s p r o d u c e d . D u r i n g T 3 , T h e RWL( r e a d w o r d l i n e ) i s s e l e c t e d a n d t h e R B L ( r e a d b i t l i n e )f o l l o w s t h e RWL o r s t a y s a t a g r o u n d l e v e l . D u r i n g T 4 , t h eR D ( r e a d d a t a ) i s c a r r i e d o u t . T h e r e a d o p e r a t i o n c a n b ec o m p l e t e d i n o n e c y c l e .E . W r i t e D r i v e r a n d W r i t e o p e r a t i o n T i m i n g

W r i t e d r i v e r a n d t i m i n g d i a g r a m f o r w r i t e o p e r a t i o n i ss h o w n i n F i g . 9 a n d F i g . 1 0 . D u r i n g T 1 , w r i t e a d d r e s s p r e -d e c o d i n g i s p r o c e s s e d . D u r i n g T 2 , T h e w r i t e a d d r e s s -d e c o d i n g s i g n a l i s p r o d u c e d . D u r i n g T 2 , c e l l i s d i s c h a r g e d b yt h e P-DTGAL c i r c u i t s , s o t h a t t h e c h a r g e s t o r e d i n s t o r a g ec e l l s i s r e c o v e r e d b e f o r e new v a l u e s a r e w r i t t e n . D u r i n g T 3 ,t h e WWL i s s e l e c t e d . D u r i n g T 4 , t h e w r i t e o p e r a t i o n i sc o m p l e t e d b y r i s i n g WBL a n d d k c e i i T h e r e g i s t e r f i l e c a ne x e c u t e o n e w r i t e a n d o n e r e a d o p e r a t i o n w i t h i n a p e r i o d .

R EA d d r e s s

R e a d a d d r e s s p r e - d e c o d i n gR e a d a d d r e s s d e c o d i n g

R WL R BLR D

LLX .V , , ' L=_ H , 0, , , ,1 * tIv * r >

1------t------l ' s " s l" I, >

rr '1 T T1 1 1 2 1 3 1 4Q 1 J 4

F i g u r e 8 . R e a d o p e r a t i o n t i m i n g .WD

WB LI f 2 c k 3 00 0F i g u r e 9 . w r i t e d r i v e r .

WEA d d r e s s

W r i t e a d d r e s s p r e - d e c o d i n g( c e l l X/ Y

WWLWDWB L

, 11,. | f s

i L/1 1 s s_ , , I I N s I1,_, , V '

0 _r - - - - - - r | o iK

I 11^ ] 1. t 1 . I" _l,/ / N|, "l yrT 1 T 2 T 3 T 4F i g u r e 1 0 . W r i t e o p e r a t i o n t i m i n g .

7 3 1

LA. .

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F S i m u l a t i o n sT h e r e g i s t e r f i l e i s s i m u l a t e d u s i n g i d e a l f o u r - p h a s es i n u s o i d a l p o w e r - c l o c k s w i t h 0 . 2 5 g t m TSMC p r o c e s s .S i n u s o i d a l p o w e r - c l o c k s h a v e more p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e , a si t can b e e a s i l y p r o d u c e d [ 1 7 ] . T h e s i m u l a t i o n w a v e f o r m s a r es h o w n i n F i g . 1 1 . T o r e d u c e s i m u l a t i o n t i m e , t h e s i m u l a t i o n s

f o r e n e r g y c o n s u m p t i o n i s c a r r i e d o u t on a s u b s e t t h a ti n c l u d e s an 8 x 8 c e l l a r r a y , 8 b i t w o r d l i n e d r i v e r s , 8 b i t w r i t el i n e d r i v e r s , 8 s e n s e a m p l i f i e r s , 8 b i t r e a d o u t p u t d r i v e r s ,a d d r e s s d e c o d e r . T a b l e 1 s h o w s a b r e a k d o w n o f t h e energyd i s s i p a t i o n o f t h e s u b s e t a t 1 O O M H z . T h e p r o p o s e d r e g i s t e rf i l e e x h i b i t s l o w e r d i s s i p a t i o n c o m p a r e d t o t h e E C R L - b a s e d .C o m p a r e d w i t h [ 1 6 ] , T h e r e g i s t e r f i l e e x h i b i t s l o w e rd i s s i p a t i o n i n t h e a d d r e s s d e c o d e r , b e c a u s e t h e c o n t r o lc i r c u i t s h a v e b e e n s i m p l i f i e d .2 .2 .2 .2 .2 .2 .2 .2 .2 .

. 5 jI r . W E 1 1 1 ' 1 s ' ' I ' | ' I s | .

0

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05 i Yf\1W JcLl5 - k;;1 ;; ' , ; ; ; , 1 / ; , I I I A; en ;*;;w;;;;;; A;;I5Ii I Ai l I iVvB iiIi Iii Ii0 ~~I . . I I . . I I . . I I lrs ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ i!! I ! !I I!!I1 !!3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0. , I ,,I,, 0 1 2 1 3 0 1 4 1 5 0 I IO 5 S 1 ' ,