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Syhthesis of thereshold logic based circuits

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Título Syhthesis of thereshold logic based circuits
Outro título Síntese de circuitos baseados em lógica de limiar (threshold)
Autor Silva, Augusto Neutzling
Orientador Ribas, Renato Perez
Co-orientador Reis, Andre Inacio
Data 2014
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Informática. Programa de Pós-Graduação em Computação.
Assunto Circuitos digitais
Microeletronica
[en] Digital circuits
[en] Emerging technologies
[en] Logic synthesis
[en] Threshold logic
Abstract In this work, a novel method to synthesize digital integrated circuits (ICs) based on threshold logic gates (TLG) is proposed. Synthesis considering TLGs is quite relevant, since threshold logic has been revisited as a promising alternative to conventional CMOS IC design due to its suitability to emerging technologies, such as resonant tunneling diodes, memristors and spintronics devices. Identification and synthesis of threshold logic functions (TLF) are fundamental steps for the development of an IC design flow based on threshold logic. The first contribution is a heuristic algorithm to identify if a function can be implemented as a single TLG. Furthermore, if a function is not detected as a TLF, the method uses the functional composition approach to generate an optimized TLG network that implements the target function. The identification method is able to assign optimal variable weights and optimal threshold value to implement the function. It is the first heuristic algorithm that is not based on integer linear programming (ILP) that is able to identify all threshold functions with up to six variables. Moreover, it also identifies more functions than other related heuristic methods when the number of variables is more than six. Differently from ILP based approaches, the proposed algorithm is scalable. The average execution time is less than 1 ms per function. The second major contribution is the constructive process applied to generate optimized TLG networks taking into account multiple goals and design costs, like gate count, logic depth and number of interconnections. Experiments carried out over MCNC benchmark circuits show an average gate count reduction of 32%, reaching up to 54% of reduction in some cases, when compared to related approaches.
Resumo Circuitos baseados em portas lógicas de limiar (threshold logic gates – TLG) vem sendo estudados como uma alternativa promissora em relação ao tradicional estilo lógico CMOS, baseado no operadores AND e OR, na construção de circuitos integrados digitais. TLGs são capazes de implementar funções Booleanas mais complexas em uma única porta lógica. Diversos novos dispositivos, candidatos a substituir o transistor MOS, não se comportam como chaves lógicas e são intrinsicamente mais adequados à implementação de TLGs. Exemplos desses dispositivos são os memristores, spintronica, diodos de tunelamento ressonante (RTD), autômatos celulares quânticos (QCA) e dispositivos de tunelamento de elétron único (SET). Para o desenvolvimento de um fluxo de projeto de circuitos integrados baseados em lógica threshold, duas etapas são fundamentais: (1) identificar se uma dada função Booleana corresponde a uma função lógica threshold (TLF), isto é, pode ser implementada em um único TLG e computar os pesos desse TLG; (2) se uma função não é identificada como TLF, outro método de síntese lógica deve construir uma rede de TLGs otimizada que implemente a função. Este trabalho propõe métodos para atacar cada um desses dois problemas, e os resultados superam os métodos do estado-da-arte. O método proposto para realizar a identificação de TLFs é o primeiro método heurístico capaz de identificar todas as funções de cinco e seis variáveis, além de identificar mais funções que os demais métodos existentes quando o número de variáveis aumenta. O método de síntese de redes de TLGs é capaz de sintetizar circuitos reduzindo o número de portas TLG utilizadas, bem como a profundidade lógica e o número de interconexões. Essa redução é demonstrada através da síntese dos circuitos de avaliação da MCNC em comparação com os métodos já propostos na literatura. Tais resultados devem impactar diretamente na área e desempenho do circuito.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/119435
Arquivos Descrição Formato
000970446.pdf (2.334Mb) Texto completo Adobe PDF Visualizar/abrir

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