14850

14850

به كارگيري سلولهاي MTJدر طراحي مدارات منطقي نسل آينده و بهبود عملكرد مدارات CMOS

كارشناسي ارشد

كامپيوتر گرايش معماري كامپيوتر

شهريور ماه 1394

شهريور ماه 1394

دكتر مهدي فاضلي

دكتر احمد پاطوقي

چكيده افزايش ميزان مصرف توان استاتيك در سيستم¬هاي مبتني بر CMOS در سالهاي گذشته به مشكلي جدي براي مهندسين در زمينه توسعه و طراحي سيستمهاي مبتني بر CMOS تبديل شده است. از طرفي، نياز روز افزون كاربران به توان محاسباتي بالاتر و در عين حال نياز به كاهش ميزان مصرف توان در سيستمهاي مبتني بر باتري، باعث شده تا محققين زيادي در دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي به فكر دستيابي به راه¬حلي براي رفع مشكل مصرف توان در اين سيستم¬ها باشند. از بين تكنولوژي¬هاي پيشنهادي، به نظر مي¬رسد تكنولوژي اتصال تونل مغناطيسي(MTJ) بتواند جايگزيني مناسب براي تكنولوژي امروزي باشد. دليل اين پيش بيني، سازگاري با فرآيند ساخت CMOS و ويژگي¬هاي ذاتي نظير غير فرار بودن و سرعت بالاي آنها است. همزمان با استفاده از اين تكنولوژي به كاهشدهنده ميزان توان مصرفي در سيستم¬ها و ساخت تراشه حافظه غير فرار، استفاده از آنها براي توليد مدار منطقي نيز مورد توجه بوده و روشهاي متفاوتي براي ساخت دروازه¬هاي منطقي با استفاده از اين قطعه مورد بررسي قرار گرفته است. در مدارات موجود امروزي براي پياده¬سازي منطق از نوشتن در MTJ استفاده مي شود، اين روش علاوه بر مصرف توان بسيار بالا، سرعت پايين و ضريب اطمينان كمي نيز دارد. در اين رساله بر خلاف مدارات موجود براي پياده¬سازي منطق، از روش خواندن از MTJ استفاده مي كنيم و با بررسي اثر استفاده از اين قطعات در بهبود عملكرد تواني تراشه¬هاي CMOS و مقايسه با ايده¬هاي مطرح در مقالات و ايده پيشنهادي خود، به محاسبه توان مصرفي در تراشه هاي مبتني بر اين روش پرداخته و در نهايت به اين نتيجه مي¬رسيم كه در صورت استفاده از اين روش، ميزان توان مصرفي استاتيك به طور كلي از توان استاتيك مدارات CMOS كمتر خواهد شد. همچنين استفاده از اين روش به كاهش ابعاد مدار و افزايش چگالي مدار نيز كمك خواهد كرد. در كنار همه اين موارد برنامه¬پذير بودن مدارات در اين روش به استفاده مفيد از مدارت كمك مي كند، به اين معني كه يك مدار دريك لحظه به عنوان جمع كننده و در لحظه بعد به عنوان ضرب كننده و در زماني ديگر به عنوان تابعي خاص منظوره استفاده مي شود. استفاده از اين روش تاثير چنداني در سرعت مدار نخواهد داشت و سرعت آنها با مدارات امروزي قابل مقايسه است. بر خلاف ايده هاي قبل، در اين روش ميزان توان مصرفي استاتيك و ديناميك بشدت كاهش پيدا كرده و سرعت مدار حداقل 10 برابر افزايش پيدا مي¬كند. واژه‌هاي كليدي: اتصال تونل مغناطيسي، جدول گردشي، حافظه غير فرار، منطق، توابع منطقي