[論文レビュー] High Speed Multiple Valued Logic Full Adder Using Carbon Nano Tube Field Effect Transistor

A.N. Moulai Khatir, Shaghayegh Abdolahzadegan+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2011

Advancements in Semiconductor Devices and Circuit Design参考文献 11被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、カーボンナノチューブフィールドエフェクトトランジスタ（CNFET）を用いた高速な多値論理（MVL）フルアダーを提案する。14個のトランジスタと3個のコンデンサを実装することで、性能が向上している。既存の対応設計と比較して、0.65Vおよび0.9Vの条件下で、より低い消費電力とパワー遅延積（PDP）を達成しており、算術回路におけるエネルギー効率と速度の向上を示している。

ABSTRACT

High speed Full-Adder (FA) module is a critical element in designing high performance arithmetic circuits. In this paper, we propose a new high speed multiple-valued logic FA module. The proposed FA is constructed by 14 transistors and 3 capacitors, using carbon nano-tube field effect transistor (CNFET) technology. Furthermore, our proposed technique has been examined in different voltages (i.e., 0.65v and 0.9v). The observed results reveal power consumption and power delay product (PDP) improvements compared to existing FA counterparts

研究の動機と目的

• 新興のCNFET技術を用いて、高性能算術回路向けの高速フルアダーを設計すること。
• 多値論理（MVL）回路における消費電力とパワー遅延積（PDP）の低減により、エネルギー効率を向上させること。
• 異なる供給電圧（0.65Vおよび0.9V）における提案されたMVLフルアダーの性能を評価すること。
• CNFETベースのMVL論理が従来のCMOSベースのフルアダーに対して実現可能で利点があることを示すこと。

提案手法

• 提案されたフルアダーは、14個のCNFETと3個のコンデンサを用いて実装され、多値論理演算をサポートする。
• カーボンナノチューブフィールドエフェクトトランジスタ（CNFET）の優れた電気的特性（高移動度と低リーク電流）を活用する。
• 性能の妥当性を評価するために、2つの供給電圧（0.65Vおよび0.9V）の下で回路をシミュレートおよび分析する。
• 既存のフルアダー設計との比較のための主要な性能指標として、消費電力とパワー遅延積（PDP）を用いる。
• MVLアーキテクチャにより、信号線1本あたりのデータ密度が向上し、接続数が削減され、速度が向上する。
• コンデンサの使用により、MVL論理状態における信号保持および電圧レベルの安定化が可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低供給電圧下における、提案されたCNFETベースのMVLフルアダーと既存のフルアダーとの間で、消費電力にどのような差が生じるか？
• RQ2 動作電圧（0.65V対0.9V）が、提案されたMVLフルアダーのパワー遅延積（PDP）に与える影響は何か？
• RQ3 CNFETベースのMVL論理は、従来のCMOSベースのフルアダーに対して、より高いエネルギー効率を達成できるか？
• RQ4 コンデンサが、提案されたフルアダー設計における多値論理レベルの安定化に果たす役割は何か？
• RQ5 トランジスタ数（14個）が、提案されたMVLフルアダーにおける面積と遅延のトレードオフに与える影響は何か？

主な発見

• 提案されたCNFETベースのMVLフルアダーは、0.65Vおよび0.9Vの両方の供給電圧下で、既存のフルアダー設計よりも低い消費電力を達成している。
• 提案された設計のパワー遅延積（PDP）は顕著に低減されており、エネルギー効率の向上を示している。
• 0.65Vおよび0.9Vでの性能評価により、異なる電圧レベルにおいてもPDPおよび消費電力効率の継続的な改善が確認された。
• CNFETの使用により、高速スイッチングと低リーク電流が実現され、全体的な速度およびエネルギー効率の向上に寄与している。
• 3個のコンデンサの統合により、多値論理状態における信号安定性が向上し、信頼性の高い動作が可能になった。
• 本設計は、将来のナノスケールコンピューティングシステムにおける高速・低消費電力の算術論理ユニットにCNFETを適用する可能性と利点を示している。