纳米架构可靠性权衡评估与大数定律系统设计
纳米架构可靠性评估工具
在纳米技术领域,确保纳米器件容错架构的可靠性至关重要。为了实现这一目标,研究人员开发了多种工具和方法,其中包括NANOLAB和NANOPRISM。
NANOLAB是基于Bahar等人提出的非离散概率设计方法开发的工具。该工具的计算方案主要有两个方面:
- 基于马尔可夫随机场的计算模型 :假设门电路无缺陷,该模型将信息论熵与计算的热熵相关联。在纳米架构中,由于电压水平降低,当计算接近热极限时,可靠性可能会受到影响。不过,通过采用诸如三模冗余(TMR)、级联三模冗余(CTMR)及其多阶段迭代等容错架构技术,可以显著降低在接近热极限下进行计算的影响。
- 信号噪声注入 :可以在逻辑网络的输入和互连处注入信号噪声。噪声使用高斯和均匀概率分布进行建模,这超越了上述热方面的考虑。NANOLAB能够在存在离散输入分布和随机噪声的情况下,自动根据能量分布和熵计算系统的可靠性指标。该工具包含基于MATLAB的通用逻辑门库,可计算输出处于不同能量水平的概率,以及信念传播算法,可计算任意布尔网络(作为工具输入)的主要输出处的此类分布。它还支持各种互连噪声模型,对于建模瞬态故障非常有用,并能帮助设计师找出熵降低(即可靠性更高)的最佳配置。
NANOPRISM是基于概率模型检查的可靠性评估工具。该工具包含不同基于冗余的容错架构配置的库。使用该工具分析特定逻辑电路的可靠性指标时,可以发现对于给定的门故障概率,能够找到实现可靠计算所需的最小冗余和粒度级别。NANOPRISM库支持在不同粒度级别(如门级、逻辑块级、逻辑功能级、单元级等)实现冗余。通过对
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