17、纳米架构可靠性权衡评估

纳米架构可靠性权衡评估

1. 模型构建与可靠性分析基础

在进行纳米、量子和分子计算相关的可靠性分析时，传统的同步并行组合模型构建方案会导致状态空间爆炸问题。为解决这一问题，采用了类似于TMR和CTMR架构配置的模型构建技术，即将并行工作的N个多数门集合替换为顺序工作的N个多数门，并将相同方法应用于系统的多路复用阶段，以复用同一模块，同时记录上一阶段的输出。

1.1 随机排列单元U的影响

图6.4中的单元U执行随机排列。当0 < k < N时，上一阶段有k个输出被激活，若U执行随机排列，下一阶段将有k个输入被激活，这使得所有输入或无输入被激活的概率为0，意味着同一阶段的多数门相互依赖。例如，若一个多数门有被激活的输入，另一个多数门具有相同被激活输入的概率会降低，这种情况下难以用分析技术计算系统可靠性。

1.2 模型参数调整与验证

通过修改模型描述开始处给定的参数，可以改变恢复阶段的数量、束大小、输入概率或多数门的故障概率。由于PRISM可以表示非确定性行为，因此可以设置门故障概率的上下界，从而获得系统在这些边界下的最佳和最差情况可靠性特征。

图6.16展示了冯·诺伊曼多数多路复用系统的DTMC模型。假设输入X和Y具有相同的概率分布（逻辑高的概率为0.9），输入Z可以以相同的概率值不被激活，多数门的故障（输出反转）概率为0.01，这些参数可通过修改模型开始处的常量值进行调整。PRISM为图6.16所示的多路复用配置构建的概率状态机有1227109个状态和1846887个转换，这表明分析此类架构配置的复杂性。不同多路复用配置的模型会针对PCTL属性（如“主输出处误差小于10%的概率”）进行验证。