Оптимизация параметров сумматоров и устройства быстрого сдвига на основе технологии QCA

Автор(и)

  • Н. Патак Университет информационных технологий Махариши, Лакхнау, Індія
  • Н. К. Мисра Бхаратский институт техники и технологии, Хайдарабад, Індія https://orcid.org/0000-0002-7907-0276
  • Б. К. Бхои Технологический университет Вир Сурендра Саи, Бурла, Індія https://orcid.org/0000-0003-2916-2903
  • С. Кумар Мемориальный университет Шри Рамсварупа, Лакхнау, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021100022

Ключові слова:

сумматор, устройство быстрого сдвига, многорегистровое циклическое сдвигающее устройство, наноэлектроника, сложность, вычислительная электроника

Анотація

По сравнению с полевыми транзисторами, имеющими структуру «металл–оксид–полупроводник» (МОП-структура), клеточные автоматы на квантовых точках, или квантовые клеточные автоматы QCA (quantum-dot cellular automata) обеспечивают большие преимущества. В статье рассмотрена реализация с помощью технологии QCA цифровых схем, таких как полный сумматор, мультиплексор, сумматор с запоминанием переноса, сумматор с переключением переноса, сумматор с пропуском переноса, и устройство быстрого сдвига для получения надежной архитектуры устройств в области наноэлектроники. Цель состоит в том, чтобы получить концептуальную схему для оптимизации QCA конструкций с использованием копланарных ячеек, что является достаточно гибким решением для использования при конструировании сложных систем. В результате этого синтеза получены новые конструкции, которые пригодны для создания наноэлектронных схем. Для проверки цифровых схем в синтезированных конструкциях, представленных в этой статье, использовался пакет разработки и моделирования QCADesigner. Среда моделирования QCA использована для верификации конструкций, определения параметров, и выполнения цифровых вычислений. Главная цель этой работы состоит в разработке конструкции робастного сумматора в терминах ограниченной площади ячейки, и других стоимостных элементов. Использован копланарный метод для построения QCA топологии различных сумматоров, который является более эффективным и компактным. Результаты сравнения показали, что использование новых цифровых конструкций обеспечивает лучшие результаты, и обеспечивает более надежную архитектуру, по сравнению с существующими конструкциями.

Посилання

М. Б. Эль Машад, “Оценка эффективности усложненных версий СFAR обнаружителей при наличии сторонних целей,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 12, pp. 14–32, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016110017.

М. М. Пилипко, Д. В. Морозов, “Сравнительный анализ схем КМОП сумматоров на 10 транзисторах,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 57, no. 9, pp. 42–54, 2014, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347014090040.

N. K. Misra, B. Sen, S. Wairya, B. Bhoi, “A novel parity preserving reversible binary-to-BCD code converter with testability of building blocks in quantum circuit,” in Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 712, 2018, pp. 383–393.

N. Pathak, S. Kumar, N. K. Misra, B. K. Bhoi, “A modular approach for testable conservative reversible multiplexer circuit for nano-electronic confine application,” Int. Nano Lett., vol. 9, no. 4, pp. 299–309, 2019, doi: https://doi.org/10.1007/s40089-019-00283-9.

N. K. Misra, S. Wairya, B. Sen, “Design of conservative, reversible sequential logic for cost efficient emerging nano circuits with enhanced testability,” Ain Shams Eng. J., vol. 9, no. 4, pp. 2027–2037, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.asej.2017.02.005.

N. K. Misra, S. Wairya, V. K. Singh, “Frame of reversible BCD adder and carry skip BCD adder and optimization using new reversible logic gates for quantum-dot cellular automata,” Aust. J. Basic Appl. Sci., vol. 9, no. 31, pp. 286–298, 2015, uri: http://www.ajbasweb.com/old/ajbas/2015/September/286-298.pdf.

П. Джеин, А. М. Джоши, “Анализ влияния расширенной конфигурации n-МОП транзистора на параметры 4x1 мультиплексора,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 3, pp. 163–172, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018030044.

T. N. Sasamal, A. K. Singh, A. Mohan, “An optimal design of full adder based on 5-input majority gate in coplanar quantum-dot cellular automata,” Optik, vol. 127, no. 20, pp. 8576–8591, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2016.06.034.

N. K. Misra, S. Wairya, V. K. Singh, “Optimized approach for reversible code converters using quantum dot cellular automata,” in Proceedings of the 4th International Conference on Frontiers in Intelligent Computing: Theory and Applications (FICTA), 2016, pp. 367–378, doi: https://doi.org/10.1007/978-81-322-2695-6_31.

M. Raj, L. Gopalakrishnan, S.-B. Ko, “Design and analysis of novel QCA full adder-subtractor,” Int. J. Electron. Lett., pp. 1–14, 2020, doi: https://doi.org/10.1080/21681724.2020.1726479.

A. Shahidinejad, A. Selamat, “Design of first adder/subtractor using quantum-dot cellular automata,” Adv. Mater. Res., vol. 403–408, pp. 3392–3397, 2011, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.403-408.3392.

M. Sarvaghad-Moghaddam, A. A. Orouji, “New symmetric and planar designs of reversible full-adders/subtractors in quantum-dot cellular automata,” Eur. Phys. J. D, vol. 73, no. 6, p. 125, 2019, doi: https://doi.org/10.1140/epjd/e2019-90315-x.

M. Mohammadi, M. Mohammadi, S. Gorgin, “An efficient design of full adder in quantum-dot cellular automata (QCA) technology,” Microelectron. J., vol. 50, pp. 35–43, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2016.02.004.

D. Abedi, G. Jaberipur, M. Sangsefidi, “Coplanar full adder in quantum-dot cellular automata via clock-zone-based crossover,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 14, no. 3, pp. 497–504, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TNANO.2015.2409117.

T. N. Sasamal, A. K. Singh, A. Mohan, Quantum-Dot Cellular Automata Based Digital Logic Circuits: A Design Perspective, vol. 879. Singapore: Springer Singapore, 2020, doi: https://doi.org/10.1007/978-981-15-1823-2.

A. Roohi, H. Khademolhosseini, S. Sayedsalehi, K. Navi, “A novel architecture for quantum-dot cellular automata multiplexer,” Int. J. Comput. Sci., vol. 8, no. 6, pp. 55–60, 2011, uri: https://www.ijcsi.org/articles/A-novel-architecture-for-quantumdot-cellular-automata-multiplexer.php.

E. AlKaldy, A. H. Majeed, M. S. Zainal, D. M. Nor, “Optimum multiplexer design in quantum-dot cellular automata,” Indones. J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 17, no. 1, p. 148, 2020, doi: https://doi.org/10.11591/ijeecs.v17.i1.pp148-155.

B. Sen, M. Dutta, D. Saran, B. K. Sikdar, “An efficient multiplexer in quantum-dot cellular automata,” in Lecture Notes in Computer Science (Including Subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), vol. 7373 LNCS, 2012, pp. 350–351.

H. Rashidi, A. Rezai, S. Soltany, “High-performance multiplexer architecture for quantum-dot cellular automata,” J. Comput. Electron., vol. 15, no. 3, pp. 968–981, 2016, doi: https://doi.org/10.1007/s10825-016-0832-3.

R. Zhang, K. Walus, W. Wang, G. A. Jullien, “A method of majority logic reduction for quantum cellular automata,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 3, no. 4, pp. 443–450, 2004, doi: https://doi.org/10.1109/TNANO.2004.834177.

B. Sen, M. Dutta, M. Goswami, B. K. Sikdar, “Modular design of testable reversible ALU by QCA multiplexer with increase in programmability,” Microelectron. J., vol. 45, no. 11, pp. 1522–1532, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2014.08.012.

S. Kotiyal, H. Thapliyal, N. Ranganathan, “Design of a reversible bidirectional barrel shifter,” in 2011 11th IEEE International Conference on Nanotechnology, 2011, pp. 463–468, doi: https://doi.org/10.1109/NANO.2011.6144414.

H. Cho, E. E. Swartzlander, “Adder and multiplier design in quantum-dot cellular automata,” IEEE Trans. Comput., vol. 58, no. 6, pp. 721–727, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/TC.2009.21.

S. Angizi, E. Alkaldy, N. Bagherzadeh, K. Navi, “Novel robust single layer wire crossing approach for exclusive OR sum of products logic design with quantum-dot cellular automata,” J. Low Power Electron., vol. 10, no. 2, pp. 259–271, 2014, doi: https://doi.org/10.1166/jolpe.2014.1320.

V. Pudi, K. Sridharan, “Low complexity design of ripple carry and Brent–Kung adders in QCA,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 11, no. 1, pp. 105–119, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/TNANO.2011.2158006.

H. Cho, E. E. Swartzlander, “Adder designs and analyses for quantum-dot cellular automata,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 6, no. 3, pp. 374–383, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/TNANO.2007.894839.

I. Hänninen, J. Takala, “Binary adders on quantum-dot cellular automata,” J. Signal Process. Syst., vol. 58, no. 1, pp. 87–103, 2010, doi: https://doi.org/10.1007/s11265-008-0284-5.

A. Vetteth, K. Walus, V. S. Dimitrov, G. A. Jullien, “Quantum dot cellular automata carry-look-Ahead adder and barrel shifter,” in IEEE Emerging Telecommunications Technologies Conference, 2002, pp. 1–5.

N. Safoev, J.-C. Jeon, “Area efficient QCA Barrel shifter,” in Advancced Science and Technology Letters, 2017, pp. 51–57, doi: https://doi.org/10.14257/astl.2017.144.07.

N. Safoev, J.-C. Jeon, “Implementation of high-speed shifting operation in quantum-dot cellular automata technology,” Int. J. Mech. Eng. Technol., vol. 10, no. 2, pp. 576–586, 2019, uri: http://www.iaeme.com/MasterAdmin/Journal_uploads/IJMET/VOLUME_10_ISSUE_2/IJMET_10_02_060.pdf.

Топология робастной архитектуры мультиплексора Mux 2:1

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-26 — Оновлено 2021-12-26

Як цитувати

Патак, Н., Мисра, Н. К., Бхои, Б. К., & Кумар, С. (2021). Оптимизация параметров сумматоров и устройства быстрого сдвига на основе технологии QCA. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(10), 612–627. https://doi.org/10.20535/S0021347021100022

Номер

Том 64 № 10 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.