13、二进制QCA中PIM单元的设计与故障分析

二进制QCA中PIM单元的设计与故障分析

1. 引言

在各类电路中，存储器是基础结构之一。通过对存储器进行优化，可以实现性能更优、规模更大的电路结构。这里探讨用于存储器设计的二进制量子点元胞自动机（QCA）技术，该设计可应用于二进制和三进制结构。

为了分析和比较二进制和三进制QCA结构，定义了以下参数：
| 参数 | 描述 |
| — | — |
| 复杂度 | 电路中使用的QCA单元数量，单元数量越少，优化机会越好 |
| 占用面积 | 电路中所有QCA单元占用的面积，以平方微米表示 |
| 延迟 | 衡量电路速度，等于从电路输入到输出的时钟脉冲数 |
| 电路层数 | 在QCA电路设计中非常重要 |
| 成本 | 多层交叉的成本是共面交叉的三倍，多层结构会增加单元数量和延迟 |
| 多数门数量 | 在设计基于QCA的电路时很重要，多数门接收三个输入并产生一个输出，会导致显著的能量损失 |
| 交叉数量 | 衡量电路制造难度的指标 |

同时，还定义了两个成本函数：
- 面积 - 延迟成本函数 ：$Cost_{A - T} = A × T$，其中$A$是占用面积，$T$是电路延迟。
- 面积 - 复杂度成本函数 ：$Cost_{A/C} = A/C$，其中$A$是占用面积，$C$是单元数量。

2. 基于二进制QCA的结构

2.1 第一个二进制PIM模型（BPIM1）

BPIM1使用Akers阵列设计基本PIM单元，需要一个多路复用