6、纳米、量子与分子计算中的缺陷与容错策略

纳米、量子与分子计算中的缺陷与容错策略

纳米计算的可靠性挑战

纳米技术在计算系统中的应用带来了诸多优势，但也面临着可靠性方面的严峻挑战。由于多种因素，如制造过程中的不完美以及纳米级设备对环境诱导故障的高敏感性，纳米计算系统需要采用缺陷和容错措施来提高可靠性。

以分子设备的化学组装为例，其产量仅具有统计意义，无法保证所有设备都完美无缺。再如单电子晶体管（SETs）和量子点元胞自动机（QCA），它们容易受到设备附近背景电荷波动的影响。

提高可靠性的研究方法

研究人员从多个角度着手解决纳米计算的可靠性问题，采用了多种技术，这些技术都在一定程度上利用了冗余来克服缺陷和故障。具体方法如下：
- N - 模块化冗余 ：通过增加多个相同模块来提高系统的可靠性。
- 与非门复用 ：利用与非门的特性进行复用，增强系统的容错能力。
- 重新配置 ：根据系统的缺陷情况，重新配置电路，绕过故障部分。
- 差错控制编码 ：对数据进行编码，以便在出现错误时能够检测和纠正。
- 人工神经网络 ：利用神经网络的自适应性和容错性来处理故障。
- 其他新颖架构 ：不断探索新的架构来提高系统的可靠性。

许多研究成果表明，在纳米计算系统中可能存在多种不同但有用的容错解决方案。大部分研究工作是在架构层面进行的，一些研究声称只需一个数量级的冗余就能实现超过 90% 的显著可靠性。