الگوريتم«ميدان تصادفي ماركوف» در طراحي مدارهاي نانو

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,

ابزارهاي نانوئي و طراحي مدار:

كوچك‌ سازي پيوسته ابزارهاي الكترونيك ، رشد سريع ميكروالكترونيك و قابليت‌هاي آن را در دهه‌هاي گذشته موجب شده است. اما همان گونه كه ابعاد ابزارها كاهش مي‌يابد و به قلمرو نانو وارد مي‌شود،‌ اين پيشرفت نمي‌تواند ادامه پيدا كند،محدوديت‌هاي فيزيكي ابزارهاي سيليكوني كوچك سازي‌هاي آتي را مشكل كرده است.

براي چيره شدن بر اين محدوديت‌ها، روش‌هاي نويني براي طراحي ابزارها و مدارها بر مبناي پديدار شناسي‌هاي جديد جهان فيزيك، نظير ابزارهاي تك الكتروني، بلوك‌هاي سازه‌اي نانوتيوبي و مدارهاي اسپينترونيكي، تحت پژوهش قرار گرفته‌اند. محاسبات بر پاية معماري ابزارهاي نانوئي و پروسه‌هاي طراحي دو چالش جديد را مطرح كرده‌اند كه مي‌بايستي با آنها مواجه شد.

خطاي سيگنال و خطاي سازه

الف) خطاي سازه: در يك سيستم نانوئي، تعداد كافي ابزارها و تعاملات آنها، شبيه خطاهاي حين ساخت و پس از ساخت آنها است. انتظار مي‌رود كه معماري نانوئي اين ابزارها و خطاي تعاملات در محدودة ده درصد يا بيشتر، بسته به عدم قطعيت ذاتي در خودآرائي، فايق آيد.

اندازة كوچك ابزارهاي نانوئي، همچنين مانع آزمايش پذيري يك سيگنال و اصلاح راهبرد است. ناهنجاري‌ها يا تلرانس خطاهاي سازه‌اي يك پيامد اصلي در طراحي مدارهاي نانوئي است.

ب) خطاي سيگنال: از آنجائي كه ابزارهاي نانوئي در قيد محدوديت‌هاي حرارتي هستند يعني K_bT.(K_b ثابت بولتزمان و ‌‌T عبارت است از دما). تفاوت انرژي ميان حالت‌هاي منطقي قابل مقايسه با اختلالات دمائي احاطه كننده است، انعكاس عدم قطعيت ذاتي در ترموديناميك، اختلال حرارتي، باعث شكست عمليات عملگر مي‌شود. اين خطاي سيگنال‌ها ذاتاً ديناميك هستند و به عنوان خطاهاي نرمنيز ناميده مي‌شوند.

در اين مقاله راه‌حل‌هاي حاضر براي اين مسائل را بررسي مي‌كنيم:

1- طراحي "مبتني بر احتمال براي محاسبات نانوابزار

اين راهكار مبدعانه توسط R.Iris""" ."J براي محاسبات ابزارهاي نانوئي و مدارهاي نانوئي ابداع شد. اين راهكار مبتني بر ميدان تصادفي ماركوف بود كه به اختصار MRF خوانده مي‌شود.

روش MRF براي طراحي هر مدار منطقي دلخواه مي‌تواند سودمند باشد.

در مدارهاي مبتني بر MRF، عملگرهاي منطقي به وسيلة بيشينه‌سازي احتمال پيكربندي حالت در شبكه‌هاي منطقي به هدف مي‌رسند. اين طراحي مبتني بر احتمال مي‌تواند به صورت ديناميكي با عملكرد در حوزة خطاهاي سيگنالي و ساختاري تطبيق‌پذير شود.

2- نگاشت، اثابت اساس مدارهاي مبتني بر احتمال به درون حوزة ابزارهاي CMOS:

هدف، بكارگيري فيزيكي سازه‌هاي مبتني بر احتمال است. محققان آزمايشگاه ""Binary در دانشگاه ""Brown، مدارهاي آزمايشي مبتني بر تئوري احتمال را براي مؤلفه‌هاي ساده منطقي نظير گيت‌‌هاي معكوس‌ساز و NAND، و مدارهاي ساده‌اي مشتمل بر 5 تا 10 مؤلفة منطقي ابتدائي نظير: مدار ارزيابي ISCAS C 17 را شبيه‌سازي كرده‌اند.

نتايج نشان داد كه مدارهاي مبتني بر احتمال، مي‌توانند در ولتاژهاي تغذيه خيلي پايين (2V.0-1.0) و دستيابي به ايمني خطاي بهتر نسبت به طراحي سيليكوني متعارف،‌ عمل كنند. گروه " عملي سازي اين الگوريتم را بر عهده داشتند.

3- مدلسازي "حامل انتقالطرح پيشنهادي:

كارهاي پژوهشي مهمي براي انجام دادن باقي مانده است تا بر چالش‌هاي تكنيك فايق آييم. نظير: مدل‌سازي رفتار حامل انتقال بر مبناي تئوري انتقال كوانتوم است. در اين راستا،‌ محاسبة تابع گرين سطحي Interface براي اين ابزارهاي مرتبط، مورد نياز است.

با استفاده از مدل« نزديكترين همسايگي اوربيتال‌هاي ، با پيوند محكم» رسانائي كوانتومي سيستم‌هاي متنوع نانوئي، شامل نانوتيوب‌هاي كربني با اتصال «شاخة دوگانه، تحت اثر انتهاي آويزان نانوتيوب‌هاي كربني و گيت‌هاي منطقي اسپينترونيكي مدلسازي مي‌شود.

4- عملي كردن طرح با استفاده از بلوك‌هاي ساختاري نانوئي:

پژوهش‌هاي اولية متمركز شده بر روي ايجاد تكنيك‌هائي به منظور ساخت نانوتيوب‌هاي كربني و تبديل به سيم كردن و قرار دادن آنها در ابزارهاي بيولوژيك، نظير قابليت‌هاي خودشناسائيDNA،بود. آزمايش‌هاي اوليه نشان داد كه چگونه ما مي‌توانيم رشته‌هاي DNA را بر روي لاية ميكا تركيب كنيم. همچنين مي‌توانيم رسانائي DNA را به گونة يك فلز يا سيم نيم‌رسانا، انتخاب كنيم.

روش MRF مدارهاي منطقي دلخواه و عملگرهاي منطقي با حداكثر سازي احتمال پيكربندي يك حالت در شبكة منطقي دلخواه استوار است. حداكثر سازي احتمال حالت، معادل با حداقل سازي يك فرم از انرژي كه بستگي به نودهاي همسايه در شبكه دارد، است. يكباركه ما يك كتابخانه از مؤلفه‌هاي منطقي اساسي را ايجاد كرديم، مي‌توانيم آنها را به منظور ساخت معماري دلخواه با يكديگر تركيب كنيم. روي هم رفته، طراحي مبتني بر احتمال مي‌تواند به صورت ديناميكي جهت كنترل خطاهاي سيگنال و خطاهاي سازه، منطبق شود.