14、纳米架构可靠性权衡评估

纳米架构可靠性权衡评估

1. 引言

在纳米、量子和分子计算领域，对不同容错架构可靠性指标的研究成果多为分析性的，且未将粒度和熵作为参数考虑。对于复杂的门网络，这种分析结果可能容易出错。因此，开发可扩展的自动化方法来快速评估这些性能指标，对工程师的实际应用至关重要。

2. 背景

纳米技术涉及多种利用量子力学效应、分子结合、原子尺度材料固有特性、弱力和范德华力等的技术。一些新兴技术包括单电子晶体管、纳米线晶体管、量子点、共振隧穿器件、负微分电阻器、化学组装电子纳米计算机、可重构开关和分子开关等。这些器件至少有一个维度处于纳米量级，这种小型化使得片上系统（SOC）上的器件密度极高，但也会因制造缺陷、热扰动导致的瞬态故障、老化等因素产生大量故障。容错架构通过使用冗余设备和功能单元，是解决这一问题的可行方案。评估这些容错架构具有重要意义，因为通常在配置和参数方面有多种选择，为特定布尔网络选择最佳方案需要进行深入分析。

3. 容错架构

• 三重模块化冗余（TMR） ：如图 6.1 所示，TMR 由三个相似单元并行工作，通过多数表决逻辑比较它们的输出。这些单元可以是门、逻辑块、逻辑函数或功能单元。TMR 提供的功能与三个并行单元之一相似，但工作概率更高。不过，这种配置需要 3n 个设备和一个多数门，而不是 n 个设备。R 重模块化冗余是 TMR 配置的推广，其中 R 个单元并行工作（R ∈{3,5,7,9.....}）。
  • 图 6.1 通用三重模块化冗余配置 ：