ОДНОЕЛЕКТРОННИЙ НАНОСУМАТОР З МАЖОРИТАРНИМ ВИБОРОМ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2222-0631.2024.01(6).06Ключові слова:
коміркові автомати з квантовими точками, мажоритарна логіка, повний суматор, системи автоматизованого проектування, моделювання часових діаграм, енергія синхронізаціїАнотація
Одноелектронні прилади є перспективною технологією цифрової наноелектроніки, в якій біт інформації кодується наявністю або відсутніс- тю електрона. В таких приладах переміщення електрона відбувається за рахунок процесів тунелювання або кулонівської блокади. Теоретич- на межа швидкодії одноелектронних приладів надзвичайно висока, оскільки тунелювання є безінерційним, а енергія переміщення електрона є надмалою. Як наслідок, теоретична межа швидкодії одноелектронних приладів складає сотні терагерц, а споживана енергія не перевищує одного аттоджоуля. Стаття присвячена впровадженню нового одноелектронного повного однорозрядного наносуматора на п’ятивходовому мажоритарному елементі для комп’ютерного моделювання і проектування високоефективних чотирирозрядних суматорів-віднімачів. В роз- роблених арифметично-логічних пристроях використана технологія квантових коміркових автоматів. Створений наносуматор використовуєлише 231 квантову комірку на кристалі площею 0, 49 мкм2 . Затримки виконання логічних операцій та щільність енергій перемикання самих комірок суттєво зменшені в порівнянні з існуючими прототипами. Система автоматизованого проектування QCADdesigner версії 2.0.3 син- тезує наносхеми повних суматорів та моделює часові діаграми їх працездатності. Енергія синхросигналів та споживання не перевищує 3,8 ´10-22 Дж. Результати моделювання одноелектронних наносуматорів підтвердили переваги над схемами інших розробників по усім екс- плуатаційним параметрам і характеристикам і стимулюють їх подальший розвиток для більшої розрядності і кількості мажоритарних функ- цій.
Посилання
Balasubramanian P. A latency optimized biased implementation style weak-indication self-timed full adder. Facta Universitatis. Series: Electron- ics and Energetics. 2015, vol. 28, pp. 657–671. DOI: 10.2298/FUEE1504657B.
Rezai A., Keshavarzi P. High-performance scalable architecture for modular multiplication using a new digit-serial computation. Micro. J. 2016, vol. 55, pp. 169 – 178. DOI: 10.1016/j.mejo.2016.07.012.
Rezai A., Keshavarzi P. High-throughput modular multiplication and exponentiation algorithm using multibit-scan-multibit-shift technique. IEEE Trans. VLSI syst. 2015, vol. 23, pp. 1710–1719. DOI: 10.1109/TVLSI.2014.2355854.
Balali M., Rezai A., Balali H., Rabiei F., Emadi S. A novel design of 5-input majority gate in quantum-dot cellular utomata technology. In Proceedings of the IEEE Symp. Comput. Appl. Indust. Electr. (ISCAIE 2017). 2017. pp. 13–16. DOI: 10.1109/ISCAIE.2017. 8074941.
Rashidi H., Rezai A., Soltani S. High-performance multiplexer circuit for quantum-dot cellular automata. J. Comput. Electr. 2016, vol. 15, pp. 968–98. DOI: 10.1007/s10825-016-0832-3.
All-Ukrainian interdepartmental scientific and technical collection. Available at : Resource access mode: https://www.ewdtest.com/asu/wp- content/uploads/2015/05/asu_166_2014_new1.pdf (date of application 10.01.2023 р) [in Ukrainian]. (accessed 2 January 2024).
Pakulov N. N. The majority principle of constructing reliable components and devices of a digital computer. Мoscow, Sov. Radio Publ., 1974. [in Russian]. 157 p.
Hänninen I., Takala J. Binary adders on quantum-dot cellular automata. J. Sign. Process. Syst. 2010, vol. 58, pp. 87–103. DOI: 10. 1007/s11265- 008-0284-5.
Ramesh B., Rani M. A. Design of binary to BCD code converter using area optimized quantum- dot cellular automata full Adder. Int. J. Eng. 2015, vol. 9, pp. 49–64.
Abedi D., Jaberipur G., Sangsefidi M. Coplanar full adder in quantum-dot cellular automata via clock-zone-based crossover. IEEE Trans. Nanotech. 2015, vol. 14, pp. 497–504. DOI: 10.1109/TNANO.2015.2409117.
Hashemi S., Navia K. A Novel Robust QCA Full-adder. Proc. Mater. Sci. 2015, vol. 11, pp. 376–380. DOI: 10.1016/j.mspro. 2015.11.133.
Mohammadi M., Mohammadi M., Gorgin S. An efficient design of full adder in quantum-dot cellular automata (QCA) technology. Microelectr. J. 2016, vol. 50, pp. 35–43. DOI: 10.1016/j.mejo.2016.02.004.
Ahmad F., Bhat G. M., Khademolhosseini H., Azimi S., Angizi S., Navi K. Towards single layer quantum-dot cellular automata adders based on explicit interaction of cells. J. Comput. Sci. 2016, vol. 16, pp. 8–15. DOI: 10.1016/j.jocs.2016.02.005.
Labrado C., Thapliyal H. Design of adder and subtractor circuits in majority logic-based field- coupled QCA nano computing. Electron. Lett. 2016, vol. 52, pp. 464–466. DOI: 10.1049/el.2015.3834.
Balali M., Rezai A., Balali H., Rabiei F., Emadid S. Towards coplanar quantum-dot cellular automata adders based on efficient three-input XOR gate. Result. Phys. 2017, vol. 7, pp. 1389–1395. DOI: 10.1016/j.rinp.2017.04.005.
Design of novel efficient full adder circuit for quantum-dot cellular automata technology. Available at : Resource access mode: http://www.doiserbia.nb.rs/img/doi/0353-3670/2018/0353-36701802279M.pdf (date of application 05.01.2023 р) (accessed 2 January 2024).
Pudi V., Sridharan K. Low complexity design of ripple carry and Brent-Kung adders in QCA. IEEE Trans. Nanotech. 2012, vol. 11, pp. 105–119. DOI: 10.1109/TNANO.2011.2158006.
