بخشی از مقاله
چکیده
اتوماتاي سلولی نقطه کوانتومی - quantum- dot cellular automata - ؛ یک نانوتکنولوژي جدید براي انجام محاسبات در سطح نانو است که از نیروهاي کوانتومی براي انجام محاسبات و انتشار اطلاعات در یک مدار بهره می برد. کد توربو یک نوع کد تصحیح خطا با یک عملکرد خوب از چک کردن و تصحیح اشتباهات است که به طور گستردهاي در ارتباطات تلفن همراه وماهواره وانتقال اطلاعات قابل اعتماد وهمچنین در برخی از کاربردهاي محاسبات تحمل پذیر خطا نیز به کار میرود .
در این مقاله بااستفاده از ویژگیهاي طراحی QCA به بهبود عملکرد اینترلیور موجود در مدار رمزگذارتوربو پرداخته ایم ؛ اینترلیور تصادفی مجموعه اي از شیفت رجیسترها ومجموعه اي از سیمهاي عبوري است که براساس جایگشت تنظیم می شود. دراین مقاله اینترلیور را به صورت لایه اي طراحی شده و همچنین از یک مالتی پلکسر با طراحی جدید و با کارآیی بیشتر استفاده کرده ایم و موجب بهبود کلاك ومساحت و به تبع آن سریع تر شدن مدار نسبت به بهترین حالت معرفی شده گشته ایم.
١- مقدمه
تکنولوژي CMOS که براساس ترانزیستورهاي مرسوم امروزي است، از قانون مور تبعیت میکند . این قانون که در سال 1965 توسط گوردان مور1 معرفی شد، پیش بینی کرد که تعداد ترانزیستورهایی که درون یک تراشه قرار می گیرند، در هر دو سال، دو برابر میشود .[1] در این فناوري با محدودیتهاي فیزیکی و مصرف توان بالا و سرعت پایین مواجه هستیم.
از دیگر مشکلات CMOS افزایش هزینه و پیچیدگی در مقیاسهاي کوچک، جریان نشتی زیاد و محدودیت سرعت در دامنه GHz میباشد. .[2] به عنوان جانشینی براي CMOS پژوهشگران روشی را پیشنهاد داده اند که در آن محاسبات توسط نقاط کوانتومی صورت میگیرد . این تکنولوژي که اتوماتاي سلولی نقطهاي کوانتومی - QCA - نام دارد براي اولین بار در سال 1993پیشنهاد شد .
اتوماتاي سلولی یک نانوتکنولوژي جدید و عاري از ترانزیستورها است که از ارایهاي از سلولهاي کوانتومی تشکیل میشود وانجام محاسبات را در سطح نانو توسط کنترل کردن چگونگی شکل گیري الکترونها در هر سلول امکانپذیر مینماید. پیشرفت اصلی و ابتدائی در تئوري کدینگ درسال 1993 اتفاق افتاده .[3] کد تصحیح خطا2 منجر به طرحی می شود که محاسبات درون یک فضاي کد گذاري قرارمیگرد و به همین دلیل خطا به صورت عمومی اصلاح شده و به طور گسترده اي در ارتباطات تلفن موبایل و ارتباطات ماهواره اي بکار برده می شود. [4-5-6] یکی دیگر از ویژگیهاي جالب توربو کدها این است که آنها یک کدینگ تک وتنها نیستند.
درحقیقت آنها ترکیبی از دویا تعداد بیشتري از کدها هستند که با مساعدت یکدیگر کار میکنند که با استفاده از یکی از آنها به تنهایی نمیتوان به کارآیی موردنظر رسید. دریک مورد بخصوص، یک توربو کد از اتصال موازي دو کد اصلی تشکیل شده است که با یک لایه جابجاکننده از هم جدا شدهاند.[7] یک ساختار معمولی وعمومی براي توربو انکدرها درشکل 1 نشان داده شده است.
همانطور که در شکل بالا مشاهده می شود انکدر توربو از یک اینترلیور و دو رمزگذار تشکیل می شود . اینترلیور درتوربو کدها سعی در جابجایی تصادفی براساس یک روش بیقاعده را دارد که در این مقاله به بهبود اینترلیور تصادفی میپردازیم .[8] کار به شرح زیر است : دربخش دوم به طور خلاصه به مرور QCA میپردازیم . در بخش سوم عملکرد اینترلیور رمزگذار توربو را توضیح میدهیم. در بخش چهار طرح مورد نظر را ارائه میدهیم و در بخش پنج نتایج شبیه سازي نشان داده می شود. در اخرین بخش نتیجه گیري را ارائه می دهیم.
٢- معرفی QCA
اتوماتاي سلولی کوانتومی - QCA - راهبردي است که به کمک آن میتوان مدارات را در ابعاد نانومتري تحقق بخشید. مفهوم QCA اولین بار توسط لنت وهمکارانش در سال 1993 ارائه شد لنت وهمکارانش بیان کردند [9] به منظور پیاده سازي یک سیستم؛ اطلاعات را در مکان الکترونها کد مینماید .[10-11] که در این ساختار الکترون میتواند ازاد باشد یا به دام بیفتد. درواقع در ساختار پیشنهادي براساس حالات و یامقادیر منطقی درجاي الکترونها ذخیره میشوند.
عنصر اصلی در QCA، سلول کوانتومی است که هر سلول کوانتومی شامل چهار نقطه کوانتومی میباشد. [12] محل قرارگیري این دو الکترون در حفره ها با توجه به قانون دافعه کولمب در گوشه هاي مخالف اریب خواهد بود که دو ساختار را ایجاد می کند . این دو ساختار دو قطب +1 و -1 را نمایش میدهند که در محاسبات، مقدارهاي منطقی یک و صفر را به ترتیب به آنها نسبت میدهیم .[13-14]
1-2 ایجادسیم
با در کنار هم قرار دادن سلولهاي پایه در مدارات سیم ایجاد میشود در حالت کلی دو روش سیم بندي در QCA به کار برده شده است : سیم 90 درجه و سیم 45 درجه. [19-20-21]
-2-2 عبور سیم ها از روي یکدیگر یا هم صفحه یا Coplanar wiring یا بردن سیم ها به لایه دیگر در مدارات QCA همانند مدارات مجتمع گاهی اوقات نیاز است که دو سیم از روي یکدیگر عبور کنند یا به لایه هاي بالاتر بروند. در مدارات مجتمع سنتی به راحتی میتوان دو سیم را از روي هم عبور داد اما در QCA عبور دو سیم از روي هم متفاوت است.[22]
