بخشی از مقاله
چکیده
QCA یک تکنولوژی جدید و تنومند برای طراحی سیستمهای کامپیوتری و گیتهای منطقی در مقیاس نانو است. در این تکنولوژی پیادهسازی مدارات دیجیتالی برمبنای یک سلول QCA انجام میگیرد. مدارات پیادهسازی شده در تکنولوژی QCA در مقایسه با مدارات موجود در تکنولوژی CMOS از نظر سرعت انتقال اطلاعات، مساحت اشغالی و توان مصرفی بسیار بهینه میباشد. از آنجا که RAM ها از مدارهای بسیار مهم و اساسی در حوزه الکترونیک و کامپیوتر هستند، طراحی حافظههای جدید و بهینه با ساختار ساده بسیار قابل توجه است. این مقاله دو ساختار جدید و بهینه از سلول حافظه را در تکنولوژی QCA نشان میدهد.
علاوه براین برای پیاده سازی یک RAM 2x2 از سلول حافظه پیشنهادی استفاده شده است. همچنین طرح های ارائه شده را از نظر نوع عبور سیمها از روی هم، تعداد سلول بکار برده شده، مساحت اشغالی، تعداد گیتهای استفاده شده و تاخیر از ورودی تا خروجی را با سلولهای حافظه موجود در QCA مقایسه میکند. برای پیادهسازی چینش QCA مدارهای ارائه شده و مشاهده نتایج شبیهسازی آنها از نرم افزار QCADesigner استفاده شده است. همچنین مقایسه این طرح ها با چینش معادل CMOS آنها انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که سلولهای حافظهی ارائه شده در این مقاله نسبت به کارهای پیشین برتری نسبی دارند.
-1 مقدمه
امروزه نیاز به سیستمهای دیجیتالی با ابعاد بسیار کوچک، توان مصرفی پایین و سرعت پردازش بالا بیش از هر زمان دیگر حائز اهمیت میباشد. طبق قانون مور هر 18 ماه تعداد ترانزیستورهای بکار رفته در ریزپردازنده های اینتل دو برابر میشود. اما در چند سال اخیر روند رشد مدارات CMOS نشان میدهد که این تکنولوژی با محدودیتهایی مواجه است که مهمترین محدودیت آن کاهش اندازه میباشد .[1] این امر دانشمندان زیادی را به تفکر پیرامون روشی جایگزین برای تکنولوژی CMOS وا داشته است.
QCA یک روش بسیار جذاب و جالب برای پیادهسازی گیتها و مدارهای منطقی در نانو کامپیوترهای آینده با توان مصرفی کم، سرعت زیاد و مساحت کم خواهد بود2]و.[3 این تکنولوژی در آیندهای نه چندان دورجایگزینی مناسب برای CMOS محسوب خواهد شد. المان اساسی برای طراحی مدارهای QCA یک سلول QCA مربعی شکل با چهار نقطه کوانتومی است که الکترونها بصورت مورب بین نقاط کوانتومی حرکت میکنند 4]و1 .[5 و 0 منطقی با توچه به قرار گرفتن الکترونها بین نقاط کوانتومی ایجاد میشود. شکل 1 یک سلول QCA خنثی و دو سلول QCA درحالت 1 و 0 منطقی را نشان می دهد.
مدارات QCA از مجموعهای از سلول های QCA در کنار هم ایجاد شدهاند 6]، 7 و .[8 گیتهای اساسی در تکنولوژی QCA گیت اکثریت و گیت معکوسکننده میباشد. گیت اکثریت از 5 سلول QCA تشکیل شده که بوسیله آن میتوان گیتهای AND و OR را پیادهسازی کرد. گیت معکوسکننده از قرار گرفتن سلول های QCA بصورت مورب در کنار هم ایجاد شده است. شماتیک مداری و چینش QCA گیتهای اکثریت، گیت AND، گیت OR و گیت معکوسکننده در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل .2 - الف - چینش QCA و شماتیک مداری گیت اکثریت - ب - چینش QCA و شماتیک مداری گیت AND - پ - چینش QCA وشماتیک مداری گیت OR - ت - چینش QCA و شماتیک مداری گیت معکوسکننده. برای ارتباط قسمت های مختلف مدار از سیم استفاده میکنند. در QCA دو نوع سیم وجود دارد: سیم باینری و سیم زنجیره-ی معکوس ، که این سیمها به دو صورت همسطحی و چند لایهایی میتوانند از روی هم عبور کنند.
شکل 3 نوع سیمها و طریقهی عبور آنها از روی هم را نشان میدهد. در QCA از سیگنال ساعت به منظور کنترل و همزمانی بخش هایی از مدار و همچنین تقویت انرژی سیگنال استفاده میکنند. سیگنال ساعت در QCA جزیی از مدار بوده و برای هر مدار ترکیبی و ترتیبی مورد استفاده قرار میگیرد9] و . [10 در این تکنولوژی 4 سیگنال ساعت وجود دارد و رنگهای مختلفی برای نشان دادن سیگنال های ساعت به کار برده شده است .[11]
این مقاله دو طرح جدید و بهینه از سلولهای حافظه QCA را نشان میدهد. طرح پیشنهادی اول یک ساختار جدید از سلول حافظه را ارائه میکند که برای طراحی آن فقط از گیت اکثریت 5 ورودی و گیت معکوس کننده استفاده شده است. چینش QCA این مدار در دو لایه پیادهسازی شده است . طرح پیشنهادی دوم یک طرح جدید، بهینه و کارآمد با ساختاری بسیار ساده میباشد. این طرح بدون عبور سیمها از روی هم پیادهسازی شده است که از مزیتهای بسیار مهم آن محسوب میشود. از این سلول حافظه برای اولین بار در طراحی یک RAM 2x2 استفاده شده است.
