[논문 리뷰] An Improved Structure Of Reversible Adder And Subtractor

Aakash Gupta, Pardeep Singla외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 08.

Quantum Computing Algorithms and Architecture참고 문헌 10인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 페인만 게이트, 더블 페인만 게이트 및 MUX 게이트를 사용하여 개선된 가역 덧셈기 및 뺄셈기 회로를 제안하며, 기존 설계 대비 더 낮은 양자 비용, 감소된 가비지 출력 및 더 적은 논리 연산을 달성한다. 제안된 구조는 게이트 수준 조합 최적화 및 자원 오버헤드 최소화를 통해 저전력 VLSI, 양자 컴퓨팅 및 가역 논리 응용 분야의 효율성을 향상시킨다.

ABSTRACT

In today's world everyday a new technology which is faster, smaller and more complex than its predecessor is being developed. The increased number of transistors packed onto a chip of a conventional system results in increased power consumption that is why Reversible logic has drawn attention of Researchers due to its less heat dissipating characteristics. Reversible logic can be imposed over applications such as quantum computing, optical computing, quantum dot cellular automata, low power VLSI circuits, DNA computing. This paper presents the reversible combinational circuit of adder, subtractor and parity preserving subtractor. The suggested circuit in this paper are designed using Feynman, Double Feynman and MUX gates which are better than the existing one in literature in terms of Quantum cost, Garbage output and Total logical calculations.

연구 동기 및 목표

• 기존 VLSI 회로의 높은 전력 소모와 열 방출 문제를 가역 논리 원리의 활용을 통해 해결하고자 한다.
• 자원 오버헤드를 줄인 더 효율적인 가역 조합 논리 회로를 설계하여 덧셈 및 뺄셈 연산을 수행하고자 한다.
• 기존의 가역 덧셈기 및 뺄셈기 설계 대비 양자 비용, 가비지 출력 및 논리 연산을 최소화하고자 한다.
• 양자 컴퓨팅, 광학 컴퓨팅 및 DNA 컴퓨팅과 같은 신기술 분야에서의 실용적 구현을 가능하게 하고자 한다.

제안 방법

• 제안된 설계는 가역 덧셈기 및 뺄셈기 회로를 구성하기 위한 기본 구성 요소로 페인만, 더블 페인만 및 MUX 게이트를 활용한다.
• 가수 입력 수와 가비지 출력 수를 줄이기 위해 게이트 수준 최적화를 통합한다.
• 낮은 비용의 가역 게이트를 체계적으로 선택하고 연결하여 양자 비용을 최소화한다.
• 패리티 유지 뺄셈을 지원함으로써 오류 탐지 및 수정에서 신뢰성을 향상시킨다.
• 표준 가역 논리 설계 원칙에 기반하여 회로를 합성하며, 논리 연산 수와 자원 사용량을 최소화하는 데 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 가역 덧셈기 및 뺄셈기 회로를 최적화하여 양자 비용과 가비지 출력을 줄일 수 있는가?
• RQ2 논리 연산 수와 자원 사용량 측면에서 가장 효율적인 가역 덧셈기 및 뺄셈기를 구성하기 위해 어떤 게이트 수준 조합이 가장 적합한가?
• RQ3 MUX 및 더블 페인만 게이트의 통합이 기존의 가역 게이트 구조에 비해 성능 향상에 기여할 수 있는가?
• RQ4 기존 문헌과 비교할 때 주요 지표인 양자 비용과 가비지 출력 측면에서 제안된 설계는 어떻게 다른가?

주요 결과

• 제안된 가역 덧셈기 및 뺄셈기는 문헌에 기록된 기존 설계 대비 더 낮은 양자 비용을 달성한다.
• 가비지 출력 수를 줄여 가역 논리 응용 분야에서의 효율성을 향상시킨다.
• 더 적은 논리 연산을 필요로 하여 성능 향상과 확장성 향상에 기여한다.
• MUX 및 더블 페인만 게이트의 통합은 자원 사용 최적화 및 게이트 수준 조합 최적화를 향상시킨다.