Οι τεχνολογίες πληροφορικής βρίσκονται πλέον σε μια εποχή που για να διατηρηθεί αλλά και να βελτιωθεί η απόδοση και αποτελεσματικότητα των υπολογιστικών συστημάτων είναι αναγκαίες ριζικές αλλαγές συγκριτικά με τις παραδοσιακές τεχνικές. Ο προσεγγιστικός υπολογισμός αποτελεί ένα χαρακτηριστικό πρότυπο ριζικής μεταβολής που έχει εισέλθει στο σχεδιασμό και τη λειτουργία των σύγχρονων συστημάτων. Η διατριβή αυτή επικεντρώνεται στην μελέτη και σχεδίαση προσεγγιστικών επιταχυντών υλικού. Οι υπάρχουσες μεθοδολογίες σχεδίασης προσεγγιστικών κυκλωμάτων εφαρμόζουν κατά κύριο λόγο μονο-επίπεδες προσεγγιστικές τεχνικές, περιορίζοντας έτσι σημαντικά τα ενεργειακά οφέλη από την εφαρμογή του προσεγγιστικού υπολογισμού. Ο στόχος αυτής της διατριβής είναι να μεγιστοποιήσει τα ενεργειακά οφέλη των προσεγγιστικών κυκλωμάτων και να προτείνει συστηματικές μεθοδολογίες για την εφαρμογή του προσεγγιστικού υπολογισμού, έτσι ώστε να επιτρέψει την αξιοποίησή του στον τομέα της σχεδίασης ψηφιακών συστημάτων. Για να μεγιστοποιήσουμε την απόδοση των προσεγγιστικών κυκλωμάτων μελετάμε, προτείνουμε, και καταστούμε δυνατή την εφαρμογή πολυ-επίπεδων προσεγγιστικών τεχνικών για την παραγωγή τόσο προσεγγιστικών αριθμητικών κυ- κλωμάτων όσο και επιταχυντών υλικού. Τα ανωτέρω επιτυγχάνονται μέσα από τα τέσσερα αυτοματοποιημένα πλαίσια σχεδίασης και σύνθεσης που προτείνουμε: VOSsim, Partial Product Perforation, HAM, και METHADONE. Τα πλαίσια αυτά αξιολογήθηκαν διεξοδικά μέσω εκτενούς πειραματικής διαδικασίας και συγκρίθηκαν με τις εκάστοτε βέλτιστες υπάρχουσες μεθοδολογίες και τεχνικές αποδεικνύοντας την αποδοτικότητά τους.