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

在对不同容错架构可靠性度量的研究中发现，相关结果大多是分析性的，且未将粒度和熵作为参数考虑。对于复杂的门网络，这些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在纳米量级，这种小型化使得片上系统（SOC）上的器件密度很高，但也会导致大量故障，原因包括制造缺陷、热扰动和低电压电流水平下噪声容限降低导致的瞬态故障以及老化等。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能方案。评估这些容错架构非常重要，因为通常有多种配置和参数可供选择，为特定布尔网络选择最佳方案需要进行大量分析。

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.....}）。
• 级联三重模块化冗余（CTMR） ：CTMR 与 TMR 类似，并行工作的单元是 TMR 单元与多数门的