Towards Optimized Flexible Multi-ASIP Architectures for LDPC/Turbo Decoding PDF Download
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Book Description
De nombreuses techniques de codage de canal sont spécifiées dans les nouvelles normes de communications numériques, chacune adaptée à des besoins applicatifs spécifiques (taille de trame, type de canal de transmission, rapport signal-à-bruit, bande-passante, etc.). Si l'on considère les applications naissantes multi-mode et multi-standard, ainsi que l'intérêt croissant pour la radio logicielle et la radio cognitive, la combinaison de plusieurs techniques de correction d'erreur devient incontournable. Néanmoins, des solutions optimales en termes de performance, de consommation d'énergie et de surface sont encore à inventer et ne doivent pas être négligées au profit de la flexibilité. Dans ce contexte, ce travail de thèse a exploré le modèle d'architecture multi-ASIP dans le but d¿unifier l'approche orientée sur la flexibilité et celle orientée sur l'optimalité dans la conception de décodeurs de canal flexibles. En considérant principalement les applications exigeantes de décodage itératif des turbocodes et des codes LDPC, des architectures multi-ASIP de décodeurs de canal sont proposées ciblant une grande flexibilité combinée à une haute efficacité architecturale en termes de bits/cycle/iteration/mm2. Différentes solutions architecturales et différentes approches de conception sont explorées pour proposer trois contributions originales. La première contribution concerne la conception d'un décodeur LDPC/Turbo multi-ASIP extensible, flexible et haut débit. Plusieurs objectifs de conception sont atteints en termes d'extensibilité, de partage de ressources, et de vitesse de configuration. Le décodeur proposé, nommé DecASIP, supporte le décodage des codes LDPC et turbocodes spécifiés dans les normes WiFi, WiMAX et LTE. L'extensibilité apportée par l'approche multi-ASIP basée sur des réseaux sur puces (NoC) permet d'atteindre les besoins en haut débit des normes actuelles et futures. La deuxième contribution concerne la conception d'un ASIP paramétré pour le turbo-décodage (TDecASIP). L'objectif étant d'étudier l'efficacité maximale atteignable pour un turbo décodeur basé sur le concept ASIP en maximisant l'exploitation du parallélisme de sous-blocs. En outre, avec cette architecture nous avons démontré la possibilité de concevoir des coeurs de traitement paramétrables et dédiés à l'application en utilisant le flot de conception ASIP existant. La troisième contribution correspond à la conception d'un ASIP optimisé pour le décodage des codes LDPC (LDecASIP). Comme pour TDecASIP, l'objectif étant d'étudier l'efficacité maximale atteignable pour un décodeur de codes LDPC basé sur le concept ASIP en augmentant le degré de parallélisme et la bande passante des mémoires. Une quatrième contribution principale de cette thèse porte sur le prototypage matériel. Une plateforme de communication complète intégrant 4-DecASIP pour le décodage de canal a été prototypé sur une carte à base de circuits FPGA. À notre connaissance, c'est le premier prototype FPGA publié de décodeur de canal flexible supportant le décodage des turbocodes et des codes LDPC avec une architecture multi-ASIP intégrant des NoC. De plus, une intégration ASIC de ce décodeur a été réalisée par le CEA-LETI dans la puce MAG3D visant des applications de communications pour la 4G. Ces résultats démontrent le cycle de conception rapide et l'efficacité offerte par l'approche de conception basée sur le concept ASIP dans ce domaine d'application, permettant ainsi d'affiner les compromis de conception par rapport aux divers objectifs ciblés
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De nombreuses techniques de codage de canal sont spécifiées dans les nouvelles normes de communications numériques, chacune adaptée à des besoins applicatifs spécifiques (taille de trame, type de canal de transmission, rapport signal-à-bruit, bande-passante, etc.). Si l'on considère les applications naissantes multi-mode et multi-standard, ainsi que l'intérêt croissant pour la radio logicielle et la radio cognitive, la combinaison de plusieurs techniques de correction d'erreur devient incontournable. Néanmoins, des solutions optimales en termes de performance, de consommation d'énergie et de surface sont encore à inventer et ne doivent pas être négligées au profit de la flexibilité. Dans ce contexte, ce travail de thèse a exploré le modèle d'architecture multi-ASIP dans le but d¿unifier l'approche orientée sur la flexibilité et celle orientée sur l'optimalité dans la conception de décodeurs de canal flexibles. En considérant principalement les applications exigeantes de décodage itératif des turbocodes et des codes LDPC, des architectures multi-ASIP de décodeurs de canal sont proposées ciblant une grande flexibilité combinée à une haute efficacité architecturale en termes de bits/cycle/iteration/mm2. Différentes solutions architecturales et différentes approches de conception sont explorées pour proposer trois contributions originales. La première contribution concerne la conception d'un décodeur LDPC/Turbo multi-ASIP extensible, flexible et haut débit. Plusieurs objectifs de conception sont atteints en termes d'extensibilité, de partage de ressources, et de vitesse de configuration. Le décodeur proposé, nommé DecASIP, supporte le décodage des codes LDPC et turbocodes spécifiés dans les normes WiFi, WiMAX et LTE. L'extensibilité apportée par l'approche multi-ASIP basée sur des réseaux sur puces (NoC) permet d'atteindre les besoins en haut débit des normes actuelles et futures. La deuxième contribution concerne la conception d'un ASIP paramétré pour le turbo-décodage (TDecASIP). L'objectif étant d'étudier l'efficacité maximale atteignable pour un turbo décodeur basé sur le concept ASIP en maximisant l'exploitation du parallélisme de sous-blocs. En outre, avec cette architecture nous avons démontré la possibilité de concevoir des coeurs de traitement paramétrables et dédiés à l'application en utilisant le flot de conception ASIP existant. La troisième contribution correspond à la conception d'un ASIP optimisé pour le décodage des codes LDPC (LDecASIP). Comme pour TDecASIP, l'objectif étant d'étudier l'efficacité maximale atteignable pour un décodeur de codes LDPC basé sur le concept ASIP en augmentant le degré de parallélisme et la bande passante des mémoires. Une quatrième contribution principale de cette thèse porte sur le prototypage matériel. Une plateforme de communication complète intégrant 4-DecASIP pour le décodage de canal a été prototypé sur une carte à base de circuits FPGA. À notre connaissance, c'est le premier prototype FPGA publié de décodeur de canal flexible supportant le décodage des turbocodes et des codes LDPC avec une architecture multi-ASIP intégrant des NoC. De plus, une intégration ASIC de ce décodeur a été réalisée par le CEA-LETI dans la puce MAG3D visant des applications de communications pour la 4G. Ces résultats démontrent le cycle de conception rapide et l'efficacité offerte par l'approche de conception basée sur le concept ASIP dans ce domaine d'application, permettant ainsi d'affiner les compromis de conception par rapport aux divers objectifs ciblés
Author: Cyrille Chavet Publisher: Springer ISBN: 3319105698 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 197
Book Description
This book provides thorough coverage of error correcting techniques. It includes essential basic concepts and the latest advances on key topics in design, implementation, and optimization of hardware/software systems for error correction. The book’s chapters are written by internationally recognized experts in this field. Topics include evolution of error correction techniques, industrial user needs, architectures, and design approaches for the most advanced error correcting codes (Polar Codes, Non-Binary LDPC, Product Codes, etc). This book provides access to recent results, and is suitable for graduate students and researchers of mathematics, computer science, and engineering. • Examines how to optimize the architecture of hardware design for error correcting codes; • Presents error correction codes from theory to optimized architecture for the current and the next generation standards; • Provides coverage of industrial user needs advanced error correcting techniques. Advanced Hardware Design for Error Correcting Codes includes a foreword by Claude Berrou.
Author: Oliver Schliebusch Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 1402056869 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 194
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New software tools and a sophisticated methodology above RTL are required to answer the challenges of designing an optimized application specific processor (ASIP). This book offers an automated and fully integrated implementation flow and compares it to common implementation practice. It provides case-studies that emphasize that neither the architectural advantages nor the design space of ASIPs are sacrificed for an automated implementation.
Author: Jaume Anguera Publisher: Springer ISBN: 9811073295 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 892
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The volume contains 94 best selected research papers presented at the Third International Conference on Micro Electronics, Electromagnetics and Telecommunications (ICMEET 2017) The conference was held during 09-10, September, 2017 at Department of Electronics and Communication Engineering, BVRIT Hyderabad College of Engineering for Women, Hyderabad, Telangana, India. The volume includes original and application based research papers on microelectronics, electromagnetics, telecommunications, wireless communications, signal/speech/video processing and embedded systems.
Author: Frank Kienle Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 1461480302 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 268
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This book addresses challenges faced by both the algorithm designer and the chip designer, who need to deal with the ongoing increase of algorithmic complexity and required data throughput for today’s mobile applications. The focus is on implementation aspects and implementation constraints of individual components that are needed in transceivers for current standards, such as UMTS, LTE, WiMAX and DVB-S2. The application domain is the so called outer receiver, which comprises the channel coding, interleaving stages, modulator, and multiple antenna transmission. Throughout the book, the focus is on advanced algorithms that are actually in use in modern communications systems. Their basic principles are always derived with a focus on the resulting communications and implementation performance. As a result, this book serves as a valuable reference for two, typically disparate audiences in communication systems and hardware design.
Author: Ahmad Darabiha Publisher: ISBN: 9780494398173 Category : Languages : en Pages : 228
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Near-capacity performance and parallelizable decoding algorithms have made Low-Density Parity Check (LDPC) codes a powerful competitor to previous generations of codes, such as Turbo and Reed Solomon codes, for reliable high-speed digital communications. As a result, they have been adopted in several emerging standards. This thesis investigates VLSI architectures for multi-Gbps power and area-efficient LDPC decoders. To reduce the node-to-node communication complexity, a decoding scheme is proposed in which messages are transferred and computed bit-serially. Also, a broadcasting scheme is proposed in which the traditional computations required in the sum-product and min-sum decoding algorithms are repartitioned between the check and variable node units. To increase decoding throughput, a block interlacing scheme is investigated which is particularly advantageous in fully-parallel LDPC decoders. To increase decoder energy efficiency, an efficient early termination scheme is proposed. In addition, an analysis is given of how increased hardware parallelism coupled with a reduced supply voltage is a particularly effective approach to reduce the power consumption of LDPC decoders. These architectures and circuits are demonstrated in two hardware implementations. Specifically, a 610-Mbps bit-serial fully-parallel (480, 355) LDPC decoder on a single Altera Stratix EP1S80 device is presented. To our knowledge, this is the fastest FPGA-based LDPC decoder reported in the literature. A fabricated 0.13-mum CMOS bit-serial (660, 484) LDPC decoder is also presented. The decoder has a 300 MHz maximum clock frequency and a 3.3 Gbps throughput with a nominal 1.2-V supply and performs within 3 dB of the Shannon limit at a BER of 10-5. With more than 60% power saving gained by early termination, the decoder consumes 10.4 pJ/bit/iteration at Eb=N0=4dB. Coupling early termination with supply voltage scaling results in an even lower energy consumption of 2.7 pJ/bit/iteration with 648 Mbps decoding throughput. The proposed techniques demonstrate that the bit-serial fully-parallel architecture is preferred to memory-based partially-parallel architectures, both in terms of throughput and energy efficiency, for applications such as 10GBase-T which use medium-size LDPC code (e.g., 2048 bit) and require multi-Gbps decoding throughput.
Author: Vittorio Camarchia Publisher: Artech House ISBN: 1630810169 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 353
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This timely new resource presents an overview of the electronics of mobile network backhaul. Infrastructure planning, architecture evolution, digital controls, and countermeasures are all presented highlighting the building blocks of specific backhaul features. Tx and Rx design and antenna requirements and covered while examining the overall construction of the microwave radio hardware blocks. Single blocks are explored: the antenna, the analog transmitter and receiver, and the modem, recalling the most important aspects of transport networks and microwave link dimensioning. Essential theory is provided for each hardware block with an emphasis on present solutions. Authored by academic and industrial experts in the field, development and design engineers will benefit from the practical guidance in solving realistic issues and providing useful tips throughout the design process. This book guides readers through the historical evolution of microwave radios and the components of the next generation of mobile networks.
Author: P. Karrupusamy Publisher: Springer Nature ISBN: 3030345157 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 801
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This book presents state-of-the-art theories and technologies and discusses developments in the two major fields: engineering and sustainable computing. In this modern era of information and communication technologies [ICT], there is a growing need for new sustainable and energy-efficient communication and networking technologies. The book highlights significant current and potential international research relating to theoretical and practical methods toward developing sustainable communication and networking technologies. In particular, it focuses on emerging technologies such as wireless communications, mobile networks, Internet of things [IoT], sustainability, and edge network models. The contributions cover a number of key research issues in software-defined networks, blockchain technologies, big data, edge/fog computing, computer vision, sentiment analysis, cryptography, energy-efficient systems, and cognitive platforms.
Author: Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1789450225 Category : Computers Languages : en Pages : 274
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A Multi-Processor System-on-Chip (MPSoC) is the key component for complex applications. These applications put huge pressure on memory, communication devices and computing units. This book, presented in two volumes – Architectures and Applications – therefore celebrates the 20th anniversary of MPSoC, an interdisciplinary forum that focuses on multi-core and multi-processor hardware and software systems. It is this interdisciplinarity which has led to MPSoC bringing together experts in these fields from around the world, over the last two decades. Multi-Processor System-on-Chip 2 covers application-specific MPSoC design, including compilers and architecture exploration. This second volume describes optimization methods, tools to optimize and port specific applications on MPSoC architectures. Details on compilation, power consumption and wireless communication are also presented, as well as examples of modeling frameworks and CAD tools. Explanations of specific platforms for automotive and real-time computing are also included.
Author: Purushotham Murugappa Velayuthan
Author: Purushotham Murugappa Velayuthan
Author: Cyrille Chavet
Author: Oliver Schliebusch
Author: Jaume Anguera
Author: Frank Kienle
Author: Ahmad Darabiha
Author: Vittorio Camarchia
Author: P. Karrupusamy
Author: Yuping Zhang
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