Muhammed Ceylan Morgül Mustafa Altun (Yrd. Doç. Dr.) Anahtarlamalı Nano Dizinler ile Lojik Devre Tasarımı ve Boyut Optimizasyonu 3501 Kariyer Geliştirme Programı Muhammed Ceylan Morgül Mustafa Altun (Yrd. Doç. Dr.) Nanoelektronik ve Hesaplama -ECC- Grubu

Akış Giriş Shannon, CMOS, Moore Kanunu, Nano teknoloji Self-Assembly: Kendiliğinden hazır hale gelen üretim İki ve Dört Uçlu Nano-dizinler (Diyot, CMOS, Dört-uçlu anahtar tabanlı) Nano-dizinlerin analizleri ve boyut formüllerinin çıkarılması Diyot tabanlı CMOS tabanlı Dört-uçlu anahtar tabanlı XOR fonksiyonlarının sentezi (Dört-uçlu anahtar tabanlı nano-dizin) Boyutların Karşılaştırılması Sonuç Gelecek Çalışmalar ve Tartışma

Giriş 1938: Claude Shannon’un “A symbolic analysis of relay and switching circuits” tezi 1963: CMOS.

Giriş 1965: Moore Kanunu «Her oniki ayda bir, entegre bir devrenin içindeki transistör sayısı iki katına çıkacaktır.» 2005: Gordon Moore kendisi dahi Moore Kanununun geçerliliğini yitireceğini ifade etti. Transistör’ün fiziksel çalışma limitleri

Giriş Nano-ölçekte gelişen yeni teknoolojiler Tek-elektron transistörler, quantum devreler, nano-teller… Moleküler-DNA hesaplama Kendi kendine oluşmayı sağlayan (Self-assambly) fabrikasyon tekniği Düzenli ve sıralı şekil Ucuz Örnek: İki ve dört uçlu anahtar tabanlı nanoa-dizinler.

Giriş Diyot Tabanlı CMOS Tabanlı Dört-uçlu Anahtar Tabanlı

Diyot tabanlı nano-dizinler (ile devre tasarımı) f = AB f = A + B f = AB + CD Diyot T. = (Çarpım S. + Çıkış S.) x (Giriş S. + Çıkış S.)

CMOS tabanlı nano-dizinler (ile devre tasarımı) f = (AB + CD)’= A’C’ + A’D’ + B’C’ + C’D’ fD = AB + CD CMOS T.=(Giriş S. + Çıkış S.) x (f fonk. Çarp. S. + fD fonk. Çarp. S.)

4-uçlu anahtar tabanlı nano-dizinler (ile devre tasarımı) f = x1x2x3 + x1x4 + x1x5 fD = x1 + x2x4x5+ x3x4x5 Dört-uçlu Anahtar T. = (fD fonk. Çarp. S.) x (f fonk. Çarp. S.)

Üç Nano-dizin türünün karşılaştırılması

XOR fonksiyonlarının dört-uçlu nano-dizinler ile sentezi Tüm girişler aynı ağırlıkta Simetrik Ardışıl yapıda Genel bir dizayn algoritması geliştirmeye uygun Tek sayıda girişin «1» değerini alması durumunda fonksiyon «1» değerini alır. (fonksiyonun tersi, çift sayıda giriş Kullanım Alanları Toplayıcılar İşlemciler (tüm türler) Test/Kontrol Haberleşeme Devreleri Veri haberleşmesi Fonksiyonlar için eşitlik testi

XOR fonksiyonlarının dört-uçlu nano-dizinler ile sentezi Literatürde bulunan sonuçlar Altun’un özel Metotu

XOR fonksiyonlarının dört-uçlu nano-dizinler ile sentezi Önerilen Teknik f = f1f2 + f3f4 Örnek: XOR10 fonksiyonu

XOR fonksiyonlarının dört-uçlu nano-dizinler ile sentezi Önerilen teknik ile bulunan sonuçlar

XOR fonksiyonlarının dört-uçlu nano-dizinler ile sentezi Önerilen Teknik için geliştirilen iyileştirmeler İyileştirme Tür1: Fonksiyonlar için optimum özel tasarımların bulunması İyileştirme Tür2: XOR2 fonksiyonun «0» kullanmadan birleşme özelliği XOR4 XOR3 f=x5’.x6+x5.x6’ +……… 5x5 3x5 3x4 3x3

XOR fonksiyonlarının dört-uçlu nano-dizinler ile sentezi Literatürdeki veriler ile elde edilen nihai sonuçların karşılaştırılması

Sonuç Üç tür Nano-dizin için genel tasarım metotlları ortaya konuldu. Diyot, CMOS ve Dört-uçlu anahtar tabanlı Üç türün karşılaştırılmasında Dört-uçlu nano-dizinlerin daha küçük boyutlara sahip olabileceği gözlendi. İlk 4 XOR fonksiyonun optimum tasarımları elde edildi. Dört-uçlu anahtar tabanlı devrelerin geleneksel CMOS devreler üzerindeki alan avantajı saptandı.

Gelecek Çalışmalar ve Tartışma Tüm XOR fonksiyonları için optimum tasarımların elde edilmesi Dört-uçlu nano-dizin Boyut açısından daha avantajlı bir genel metot geliştirilmesi Dört-uçlu nano-dizin tasarımların testi Gerçek boyut karşılaştırması Gerçekten Dört-uçlu anahtar tabanlı devreler geleneksel CMOS devrelere alternatif olabilir mi? (Self-assembly)

Teşekkürler 3501 Kariyer Geliştirme Programı Nanoelektronik ve Hesaplama -ECC- Grubu