• 한국항행학회논문지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.178-184
• /
• 2014

PCA에 기반을 둔 CMOS 소자 기술은 메모리 혹은 ALU 회로의 구현에 매우 효율적이다. 그러나 CMOS 소자 스케일링 기술의 한계로 인하여 이를 해결할 수 있는 새로운 기술의 필요성이 대두되었고, 양자점 셀룰러 오토마타(QCA; quantum-dot cellular automata)는 이를 해결할 수 있는 기술로 등장했다. 본 논문에서는 QCA에 기반을 둔 효율적인 PCA 구조를 설계한다. 설계하는 PCA 구조에서의 D 플립플롭과 XOR 논리게이트는 기존에 제안되었던 회로를 사용하고, 입력 제어 스위치와 규칙 제어 스위치는 QCA에 기반을 두고 새롭게 설계한다. 설계된 PCA 구조는 QCA디자이너를 이용하여 시뮬레이션을 수행하고, 그 결과를 기존의 것과 비교 및 분석하여 설계된 구조의 효율성을 확인한다.

• 한국산업정보학회논문지
• /
• 제19권6호
• /
• pp.33-41
• /
• 2014

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.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2006년 학술대회 논문집 정보 및 제어부문
• /
• pp.139-141
• /
• 2006

Quantum-dot Cellular Automata (QCA) is one of the most promising next generation nano-electronic devices which will inherit the throne of CMOS which is the domineering implementation technology of large scale low power digital systems. In late 1990s, the basic operations of the QCA cell were already demonstrated on a hardware implementation. Also, design tools and simulators were developed. Nevertheless, its design technology is not quite ready for ultra large scale designs. This paper proposes a new approach which enables the QCA designs to inherit the verification methodologies and tools of CMOS designs, as well. First, a set of disciplinary rules strictly restrict the cell arrangement not to deviate from the predefined structures but to guarantee the deterministic digital behaviors. After the gate and interconnect structures of the QCA design are identified, the signal integrity requirements including the input path balancing of majority gates, and the prevention of the noise amplification are checked. And then the digital logic is extracted and stored in the OpenAccess common engineering database which provides a connection to a large pool of CMOS design verification tools. Towards validating the proposed approach, we designed a 2-bit QCA adder. The digital logic is extracted, translated into the Verilog net list, and then simulated using a commercial software.

• ETRI Journal
• /
• 제42권6호
• /
• pp.912-921
• /
• 2020

Quantum-dot cellular automata (QCA) is an alternative complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology that is used to implement high-speed logical circuits at the atomic or molecular scale. In this study, an optimal 2-to-4 decoder in QCA is presented. The proposed QCA decoder is designed using a new formulation based on the MV32 gate. Notably, the MV32 gate has three inputs and two outputs, which is equivalent two 3-input majority gates, and operates based on cellular interactions. A multilayer design is suggested for the proposed decoder. Subsequently, a new and efficient 3-to-8 QCA decoder architecture is presented using the proposed 2-to-4 QCA decoder. The simulation results of the QCADesigner 2.0.3 software show that the proposed decoders perform well. Comparisons show that the proposed 2-to-4 QCA decoder is superior to the previously proposed ones in terms of cell count, occupied area, and delay.

• ETRI Journal
• /
• 제34권2호
• /
• pp.284-287
• /
• 2012

Quantum-dot cellular automata (QCA) is one of the few alternative computing platforms that has the potential to be a promising technology because of higher speed, smaller size, and lower power consumption in comparison with CMOS technology. This letter proposes an optimized full comparator for implementation in QCA. The proposed design is compared with previous works in terms of complexity, area, and delay. In comparison with the best previous full comparator, our design has 64% and 85% improvement in cell count and area, respectively. Also, it is implemented with only one clock cycle. The obtained results show that our full comparator is more efficient in terms of cell count, complexity, area, and delay compared to the previous designs. Therefore, this structure can be simply used in designing QCA-based circuits.

• 한국항행학회논문지
• /
• 제20권6호
• /
• pp.631-637
• /
• 2016

CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor)의 소형화에 대한 한계를 극복할 수 있는 대체 기술 중 하나인 양자 셀룰라 오토마타 (QCA; quantum cellular automata)는 나노 단위의 셀들로 이루어져 있고, 전력의 소모량이 매우 적은 것이 특징이다. QCA를 이용한 다양한 회로들이 연구되고 있고, 그 중에서 XOR (exclusive-OR)게이트는 오류 검사 및 복구에 유용하게 사용되고 있다. 기존의 XOR 논리 게이트는 확장성이 부족하고, 클럭 구간의 수가 많이 소요되며, 실제 구현에 어려움이 있는 경우가 많다. 이러한 단점을 극복하기 위해 클럭 구간의 수를 단축한 다수결 게이트를 이용한 XOR 논리 게이트를 제안한다. 제안한 회로는 기존의 XOR 논리 게이트들과 비교 분석하고 그 성능을 검증한다.

• 한국항행학회논문지
• /
• 제20권1호
• /
• pp.65-71
• /
• 2016

양자점 셀룰라 오토마타 (QCA; quantum-dot cellular automata)는 나노 규모의 크기와 낮은 전력 소비로 각광받고 있으며, CMOS 기술의 규모의 한계를 극복할 수 있는 대체 기술로 떠오르고 있다. 현재까지 QCA상에서 설계된 BCD-3초과 코드는 확장성을 고려하지 않았으며 대규모 회로 설계에는 적합하지 않았다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 확장성을 고려한 BCD-3초과 코드 회로를 설계한다. 확장이 가능한 구조를 설계하기 위해 확장된 교차부 구조를 이용하여 입력과 출력의 흐름을 제어하고, 출력되는 값들의 동기화를 위해 5입력 다수결 게이트를 이용한다. 설계한 구조에 대해 QCADesigner를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 후 그 결과에 대해 유효성을 검증한다. 제안된 구조는 기존의 URG BCD-3초과 코드변환기와 비교하여 32개의 게이트를 줄이며 빈 공간의 비율 또한 7% 감소시켰다. 또한 확장성이 고려되지 않은 기존의 QCA BCD-3초과 코드 변환기가 회로 확장 시 필요한 7개의 클럭을 1개의 클럭으로 줄였다.

• 한국항행학회논문지
• /
• 제17권6호
• /
• pp.700-704
• /
• 2013

양자 셀룰라 오토마타(QCA)는 CMOS의 기술을 상속받을 차세대 나노 전자 소자 중 하나이다. QCA는 원자규모 및 초저전력화로 이목이 집중되고 있으며 다양한 QCA 회로들이 제안되었다. 십진 출력을 요하는 전자회로와 마이크로프로세서에서 주로 사용되는 이진화 십진법(BCD)은 연산을 위한 변환은 편하지만 데이터 낭비가 심하다. 본 논문에서는 QCA 회로에서 감산 및 반올림에 효과적으로 이용될 수 있는 BCD-3초과 코드를 제안한다. 제안된 구조는 잡음을 최소화하고 공간 및 시간 복잡도를 고려하여 효율적으로 설계되었으며 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

• 문화기술의 융합
• /
• 제7권1호
• /
• pp.558-563
• /
• 2021

양자점 셀룰라 오토마타(Quantum-Dot Cellular Automata)는 기존의 CMOS 회로의 물리적 크기 한계를 극복하여 효율적인 회로 설계가 가능할 뿐만 아니라 에너지 효율이 우수한 특징 때문에 많은 연구 단체에서 주목받고 있는 차세대 나노 회로 설계기술이다. 본 논문에서는 QCA를 이용하여 기존 디지털 회로 중 하나인 T 플립플롭 회로를 제안한다. 기존에 제안되었던 T 플립플롭들은 다수결게이트를 기반으로 설계되었기 때문에 회로가 복잡하며 지연시간이 길다. 따라서 다수결게이트를 최소화시키며, 셀 간 상호작용을 이용한 XOR 게이트 기반의 T 플립플롭을 설계함으로써 회로의 복잡도를 줄이고, 지연시간을 최소화한다. 제안하는 회로는 QCADesigner를 사용하여 시뮬레이션을 진행하며, 기존에 제안된 회로들과 성능을 비교 및 분석한다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
• /
• 제7권3호
• /
• pp.291-300
• /
• 2017

양자점 셀룰라 오토마타(QCA: quantum-dot cellular automata)는 셀룰라 오토마타와 유사하게 고안된 컴퓨팅 모델이며, 빠른 연산속도와 적은 전력손실로 차세대의 각광받는 기술도 떠오르고 있다. QCA는 최근 실험 결과와 함께 다양한 연구가 진행되고 있으며 나노 단위 소재로서 디바이스 밀도 및 상호 연결 문제를 해결할 수 있는 트랜지스터의 패러다임 중 하나이다. XOR(exclusive or) 게이트는 논리의 둘 중 하나가 참일 때 결과가 참이 되도록 작동하는 게이트이다. 제안하는 XOR 게이트는 5개의 층으로 구성되어 있다. 첫 번째 층은 OR 게이트, 세 번째 층과 다섯 번째 층은 AND 게이트로 구성되어 있고 중간에 두 번째 층과 네 번째 층은 통로로 구성하여 설계한다. 반가산기는 XOR 게이트와 AND 게이트로 이루어져 있다. 제안한 반가산기는 제안하는 XOR 게이트에서 셀 두 개를 추가하여 설계한다. 제안한 반가산기는 기존의 반가산기에 비해 보다 적은 수의 셀, 전체 면적, 그리고 클럭으로 구성한다.