Quantum-dot cellular automata (QCA) is an emerging technology, conceived in face of nanoscale limitations of CMOS circuits, with exceptional integration density, impressive switching frequency, and remarkable low-power characteristics. Several of the current challenges toward the progress of QCA technology is related to the automation of the design process and integration into existing design flows. In this regard, this paper proposes the universal, scalable, efficient , and easily manufacturable clocking scheme USE. It solves one of the most limiting factors of existing clock schemes, the implementation of feedback paths and easy routing of QCA-based circuits. Consequently, USE facilitates considerably the development of standard cell libraries and design tools for this technology, besides avoiding thermodynamics problems. Case studies presented in this paper reveal an area reduction of up to factor 5 and delay decrease by up to factor 3 in comparison with an existing advanced clocking scheme

چکیده

آتوماتای سلولی نقطه کوانتومی (QCA) را می توان یکی از فناوری های نوظهور دانست که به منظور برطرف نمودن محدودیت ‌های مقیاس نانو در مدارهای CMOS ارائه گردیده و از مشخصه هایی نظیر مصرف بسیار پایین انرژی، فرکانس سوئیچینگ مؤثر و تراکم ادغام استثنائی برخوردار می باشد. در حال حاضر چندین چالش در توسعه ی فناوری QCA وجود دارد که مربوط به خودکار سازی فرآیند طراحی و ادغام در داخل جریان‌های طراحی موجود می باشد. در همین راستا در این مقاله به ارائه ی یک شِمای کلاکینک مقیاس پذیر، کارآمد، همگانی و با قابلیت پیاده سازی آسان تحت عنوان USE ارائه گردیده است. این شِما می تواند اغلب فاکتورهای محدود کننده که در شِماهای کلاک موجود وجود دارد را با پیاده سازی مسیرهای بازخورد و مسیریابی آسان مدارهای مبتنی بر QCA حل نماید. در نتیجه، این شِما در سطح قابل ملاحظه ای باعث تسهیل در توسعه ی کتابخانه های سلول استاندارد و ابزارهای طراحی برای این فناوری گردیده و در عین حال از مسائل ترموداینامیکی اجتناب می کند. مطالعات موردی ای که در این پژوهش ارائه شده است نشان از کاهش 5 برابری مساحت و کاهش 3 برابری تأخیر مدار در مقایسه با شِماهای پیشرفته‌ی کلاکینگ موجود دارد.

1-مقدمه

در حال حاضر فناوری CMOS به محدودیت های فیزیکی خود رسیده است و در عین حال مسائل و مشکلاتی نظیر توان و قابلیت اطمینان در آن نیز با سرعتی نگران کننده در حال افزایش است. به منظور غلبه بر این مسائل و ادامه ی روند افزایش تراکم ادغام در این فناوری، در سال های اخیر چندین فناوری ارائه شده است [1]. یکی از این فناوری ها، QCA (آتوماتای سلولی کوانتوم دات یا نقطه کوانتومی) نام داشته که متشکل از سلو ‌های دو وضعیتی بوده و این سلول ها به صورت منطقی از طریق نیروی اثر میدانی به هم متصل می باشند...