基于遗传算法的可逆逻辑综合方法及其CUDA并行化实现.pdf

《基于遗传算法的可逆逻辑综合方法及其CUDA并行化实现.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、学校代码：10255学号：2111060基于遗传算法的可逆逻辑综合方法及其CUDA并行化实现REVERSIBLELoGICSYNTHESISMETHoDBASEDoNGENETICALGoRITHMANDITSCUDA．BASEDPARALLELIMPLEMENTATIoN专业：姓名：指导老师：答辩日期：控制理论与控制工程王子丹赵曙光教授2014／02／25东华大学学位论文原创性声明一哗Y哩2㈣50㈣6舢1掣75删本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注

2、明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：孑壬昏日期：了内IIfJ年7月l厂日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本版权书。本

3、学位论文属于不保密V学位论文作者签名：孑善融日期：硼f中年≥月哆Et指导教师签名：壹毖Et期：加Ⅳ年>月拥摘要基于遗传算法的可逆逻辑综合方法及其CUDA并行化实现随着集成电路的规模和集成度的不断增加，集成电路的功耗问题日益突出，现已成为制约集成电路进一步发展的瓶颈。集成电路的功耗主要来自于计算过程中的不可逆操作，可逆逻辑电路是仅包含可逆操作的新型电路，可以根除源于信息损失的能耗和发热，是研究和实现超低功耗集成电路、量子计算机等的基础和关键，业已成为国际性的研究热点。可逆逻辑综合就是利用给定的可逆逻辑门，按照可逆网络无扇入扇出、无反馈等约束条

4、件和限制，实现具备预期逻辑功能且尽可能优化的可逆逻辑电路。一类常见的可逆逻辑综合方法，其先设法生成具备预期逻辑功能的可逆逻辑电路，再在不改变其函数功能的前提下，通过重组、变换等技术，对其进行门数、量子代价等方面的优化。另一类常见方法则将电路生成与电路优化结合在一起，并且已经成为综合方法的主流。本文所研究的基于遗传算法的可逆逻辑综合方法，就是一种将生成与优化同时进行的可逆逻辑综合方法，其基本思路是将可逆逻辑电路编码为染色体，根据预期的逻辑功能和优化目标等评估适应度，利用遗传算法的全局寻优能力来找出功能正确、代价最小的可逆逻辑电路。为了实现较大

5、规模、较复杂可逆逻辑电路的综合、优化，本文还研究和采用了GPU通用计算技术——CUDA并行计算架构。GPU的并行计算架构是为计算密集型、高强度并行计算而设计的，特别适合处理那些具有较高算法强度且可以表达为并行计算的问题。CUDA是NVIDIA公司基于其推出的先进GPU系列，经过对C语言做相应扩展后推出的GPU通用计算开发套件，可大大减小并行化程序的开发难度，为GPU通用计算提供了一种高效、便捷的开发平台。本文首先研究和编程实现了基本遗传算法，并通过函数优化实验摘要对其进行了初步验证。其次，本文研究和编程实现了基于遗传算法的可逆逻辑综合方法，

6、其特点是预先将多位可逆逻辑门(Toff01i门)的不同组态分别编码并存储，以“定轨级联”作为基本电路结构，相应地表达可逆逻辑电路的染色体便由等于其中所含各可逆逻辑门的编码串拼接而成，按照预期的逻辑功能和优化目标等评估适应度，再利用选择、交叉、变异等遗传算子和迭代过程，逐步找到功能正确、性能最优的可逆逻辑电路。最后，利用CUDA技术，对上述综合算法进行并行化改造和编程实现，获得了基于遗传算法和CUDA技术的可逆逻辑并行综合算法和程序。文中给出实验结果证明了该算法的可行性和有效性。从原理上讲，该算法同样适用于其他的可逆逻辑门库及其构成的电路，因

7、而具有～定的参考和推广价值。关键词：可逆逻辑综合，遗传算法，CUDA并行计算，GPUABSTRACTREVERSIBLELOGICSYNTHESISMETHODBASEDONGENETICALGORITHMANDITSCUDA．BASEDPARALLELIMPLEMENTATIoNWiththeincreaseandenhanceofintegrationscale，energyissuesofintegratedcircuitshavebecomeincreasinglyprominent，whichhinderthepromotiono

8、ftheimpactofintegration．Nowadaystheenergyconsumptionofintegratedcircuitsismainlyfromtheir