한국산업정보학회논문지 (Journal of Korea Society of Industrial Information Systems)

한국산업정보학회 (Korea Society of Industrial Information Systems)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

QCA 클록킹 방식의 D 플립플롭을 이용한 프로그램 가능한 양자점 셀 구조의 설계

Design of Programmable Quantum-Dot Cell Structure Using QCA Clocking Based D Flip-Flop

  • 신상호 (경북대학교 컴퓨터학부) ;
  • 전준철 (금오공과대학교 컴퓨터공학과)
  • 투고 : 2014.04.25
  • 심사 : 2014.11.10
  • 발행 : 2014.12.30
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

본 논문에서는 QCA(quantum-dot cellular automata) 클록킹(clocking) 방식의 D 플립 플롭의 구조를 제안하고, 이를 이용하여 프로그램 가능한 양자점 셀(programmable quantum-dot cell: QPCA) 구조를 설계한다. 기존의 QCA 상에서 제안된 D 플립플롭은 클록 펄스의 신호로 동작을 수행하기 때문에 이에 대한 입력 값을 임의로 설정해야 하고, QCA 클록킹과 중복되어 사용하기 때문에 낭비되는 출력 값들이 존재했다. 이러한 단점을 개선하기 위해서 이진 배선과 클록킹 기법을 이용하여 새로운 형태의 D 플립플롭을 제안하고, 이를 이용하여 QPCA 구조를 설계한다. 이 구조는 입력을 제어하는 배선 제어 회로, 규칙 제어 회로, D 플립플롭, 그리고 XOR 논리 게이트로 구성된다. 설계된 QPCA 구조는 QCADesigner를 이용하여 시뮬레이션을 수행하고, 그 결과를 기존의 D 플립플롭을 이용하여 설계한 것과 비교 분석하여 효율성을 확인한다.

In this paper, we propose a D flip-flop based on quantum-dot cellular automata(QCA) clocking and design a programmable quantum-dot cell(QPCA) structure using the proposed D flip-flop. Previous D flip-flops on QCA are that input should be set to an arbitrary value, and wasted output values exist because it was utilized to duplicate by clock pulse and QCA clocking. In order to eliminate these defects, we propose a D flip-flop structure using binary wire and clocking technique on QCA. QPCA structure consists of wire control logic, rule control logic, D flip-flop and XOR logic gate. In experiment, we perform the simulation of QPCA structure using QCADesigner. As the result, we confirm the efficiency of the proposed structure.

키워드

참고문헌

  1. K. Pagiamtzis and A. Sheikholeslami, "Content-Addressable Memory (CAM) Circuits and Architectures: A Tutorial and Survey", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 41, No. 3, pp. 712-727, 2006. https://doi.org/10.1109/JSSC.2005.864128
  2. B. E. Akgul, L. N. Chakrapani, P. Korkmaz, and K. V. Palem, "Probabilistic CMOS Technology: A Survey and Future directions", Proceedings of 2006 IFIP International Conference on IEEE, pp. 1-6, 2006.
  3. G. Y. Cho, "Newton-Raphson's Double Precision Reciprocal Using 32-bit Multiplier", Journal of the Korea Industrial Information System Society, Vol. 18, No. 6, pp. 31-37, 2013. https://doi.org/10.9723/jksiis.2013.18.6.031
  4. E. H. Ahn and J. R. Choi, "High Speed TCAM Design Using SRAM Cell Stability", Journal of the Korea Industrial Information System Society, Vol. 18, No. 5, pp. 19-23, 2013. https://doi.org/10.9723/jksiis.2013.18.5.019
  5. P. P. Chaudhuri, Additive Cellular Automata: Theory and Applications, vol. 1, John Wiley & Sons, pp. 52-55, 1997.
  6. A. Khurasia, and P. Gambhir, Quantum Cellular Automata, Final Project Report, 2006.
  7. A. S. Shamsabadi, B. S. Ghahfarokhi, K. Zamanifar, and N. Movahedinia, "Applying Inherent Capabilities of Quantum-dot Cellular Automata to Design: D Flip-flop Case Study", Journal of Systems Architecture, Vol. 55, No. 3, pp. 180-187, 2009. https://doi.org/10.1016/j.sysarc.2008.11.001
  8. C. S. Lent, P. D. Tougaw, W. Porod, and G. H. Bernstein, "Quantum Cellular Automata", Nanotechnology, Vol. 4, No. 1, pp. 49-57, 1993. https://doi.org/10.1088/0957-4484/4/1/004
  9. M. R. Beigh, M. Mustafa, and F. Ahmad, "Performance Evaluation of Efficient XOR Structures in Quantum-Dot Cellular Automata (QCA)", Circuits and Systems, Vol. 4, No. 2, pp. 147-156, 2013. https://doi.org/10.4236/cs.2013.42020
  10. Microsystems and the University of British Columbia Nanotechnology Group. QCADesigner, 2007, [Internet]. Available: http://www.mina.ubc.ca/qcadesigner/.
  11. K. Walus, T. J. Dysart, G. A. Jullien, and R. A. Budiman, "QCADesigner: A Rapid Design and Simulation Tool for Quantum-dot Cellular Automata", IEEE Trans. Nanotechnology, Vol. 3, No. 1, pp. 26-31, 2004. https://doi.org/10.1109/TNANO.2003.820815
  12. J. R. Janulis, P. D. Tougaw, S. C. Henderson, and E. W. Johnson, "Serial Bit-Stream Analysis Using Quantum-dot Cellular Automata", IEEE Trans. Nanotechnology, Vol. 3, No. 1, pp. 158-164, 2004. https://doi.org/10.1109/TNANO.2004.824014
  13. H. Cho, and E. E. Swartzlander, "Adder Designs and Analyses for Quantum-dot Cellular Automata", IEEE Trans. Nanotechnology, Vol. 6, No. 3, pp. 374-383, 2007. https://doi.org/10.1109/TNANO.2007.894839
  14. V. Vankamamidi, M. Ottavi, and F. Lombardi, "A Serial Memory by Quantum-dot Cellular Automata (QCA)", IEEE Trans., Computers, Vol. 57, No. 5, pp. 606-618, 2008. https://doi.org/10.1109/TC.2007.70831
  15. P. D. Tougaw, and M. Khatun, "A Scalable Signal Distribution Network for Quantum-dot Cellular Automata", IEEE Trans. Nanotechnology, Vol. 12, No. 2, pp. 215-224, 2013. https://doi.org/10.1109/TNANO.2013.2243162