[發(fā)明專利]用于納米量子元胞自動機(jī)電路的二維時鐘結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811451258.8
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109522671B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 解光軍;王磊;鄧飛飛;余宸
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/392
• 分類號: G06F30/392;G06N10/20
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發(fā)明公開了一種用于納米量子元胞自動機(jī)電路的二維時鐘結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法，包括時鐘信號源、時鐘金屬線布局層、量子元胞自動機(jī)元胞布局層和金屬薄片層；時鐘信號源輸出4路時鐘信號，并作為量子元胞自動機(jī)電路的外部時鐘源；時鐘金屬線布局層包含四類時鐘金屬線，量子元胞自動機(jī)元胞布局層中包含四類時鐘區(qū)域，且每類時鐘區(qū)域的面積為2L×L；金屬薄片層覆蓋在量子元胞自動機(jī)元胞布局層上，并與時鐘金屬線布局層中的四類時鐘金屬線產(chǎn)生不同強(qiáng)度的場強(qiáng)，從而控制所述量子元胞自動機(jī)元胞布局層中四類時鐘區(qū)域。本發(fā)明既能保有當(dāng)前通用、靈活、高效的最優(yōu)時鐘結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，又能解決時鐘金屬線交叉問題，從而減少納米量子自動機(jī)電路的制造困難度和復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于納米量子元胞自動機(jī)電路設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種用于納米量子元胞自動機(jī)電路的二維時鐘結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法，即納米量子元胞自動機(jī)電路中時鐘布局。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的集成電路正經(jīng)歷一個從微電子時代到納米電子時代的轉(zhuǎn)變，隨著CMOS器件的特征尺寸縮小到20納米以內(nèi)，傳統(tǒng)CMOS技術(shù)很快將達(dá)到其物理極限。由于納米尺寸引起的問題，通過現(xiàn)有的工藝技術(shù)也難以解決。所以在集成電路設(shè)計上，縮小功耗，提高集成度，必須要研究新的納米級新興器件。作為一種可以替代傳統(tǒng)CMOS技術(shù)的新興納米電子器件，量子元胞自動機(jī)(Quantum-dot Cellular Automata，QCA)技術(shù)具有尺寸小，集成度高，運(yùn)行速度快，超低功耗等特點(diǎn)，因此被列為可以替代傳統(tǒng)CMOS技術(shù)的一種革命性電子器件。

自從量子元胞自動機(jī)概念首次提出來，國內(nèi)外很多學(xué)者，在試驗(yàn)和理論研究都有了巨大的進(jìn)步。電QCA和磁性QCA已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中成功驗(yàn)證。研究表明，磁QCA可以實(shí)現(xiàn)室溫下穩(wěn)定的運(yùn)行。分子QCA的運(yùn)行速率可達(dá)太赫茲。QCA技術(shù)提供了一種革命性的方法來利用器件和器件之間相互作用來進(jìn)行信息計算和傳遞，與傳統(tǒng)CMOS技術(shù)利用電壓和電路來表示和處理信息的方法有著本質(zhì)上的區(qū)別。從根本上避免高功耗的可能。

隨著量子元胞自動機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前大部分的量子元胞自動機(jī)電路的設(shè)計無規(guī)律時鐘結(jié)構(gòu)，對于有規(guī)律的時鐘結(jié)構(gòu)的研究非常少，當(dāng)前最優(yōu)的有規(guī)律時鐘結(jié)構(gòu)是Campos、Marciano等人提出的一種通用的、靈活的、高效的時鐘結(jié)構(gòu)用于納米量子元胞自動機(jī)電路設(shè)計中，這種時鐘結(jié)構(gòu)無疑是納米量子元胞自動機(jī)電路自動化設(shè)計不可缺少部分，遺憾的這種時鐘結(jié)構(gòu)中存在時鐘金屬線有交叉問題，這樣增加了納米量子自動機(jī)電路制造困難和復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種用于納米量子元胞自動機(jī)電路的二維時鐘結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法，以期既能保有當(dāng)前通用、靈活、高效的最優(yōu)時鐘結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，又能解決時鐘金屬線交叉問題，從而減少納米量子自動機(jī)電路的制造困難度和復(fù)雜度。

本發(fā)明為達(dá)到上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種用于量子元胞自動機(jī)電路的二維時鐘結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是由下至上依次為時鐘金屬線布局層、量子元胞自動機(jī)元胞布局層和金屬薄片層；

所述時鐘金屬線布局層包含四類時鐘金屬線，分別為第I類時鐘金屬線、第II類時鐘金屬線、第III類時鐘金屬線和第IV類時鐘金屬線；

所述時鐘金屬線布局層中的四類時鐘金屬線是以所述第I類時鐘金屬線、第III類時鐘金屬線、第II類時鐘金屬線、第IV時鐘金屬線的順序?yàn)橐唤M并列設(shè)置，且每一組中的四類時鐘金屬線為等距離平行排列；

設(shè)置一時鐘信號源并輸出4路時鐘信號，分別為第一時鐘、第二時鐘、第三時鐘和第四時鐘，并作為所述量子元胞自動機(jī)電路的外部時鐘源；

所述時鐘金屬線布局層中所有第I類時鐘金屬線與所述第一時鐘連接、所述時鐘金屬線布局層中所有第II類時鐘金屬線與所述第二時鐘連接、所述時鐘金屬線布局層中所有第III類時鐘金屬線與所述第三時鐘連接、所述時鐘金屬線布局層中所有第IV類時鐘金屬線與所述第四時鐘連接；