25、量子点元胞自动机（QCA）电路的分区与布局

量子点元胞自动机（QCA）电路的分区与布局

1. QCA简介

量子点元胞自动机（QCA）是一种基于化学分子中电子电荷空间分布来表示二进制信息的新型计算机制。它有望实现比CMOS技术路线图末期更高功能密度的电路和系统，但也给系统设计师带来了新的约束。

2. QCA与CMOS技术对比

障碍	对CMOS电路的影响	对QCA的影响
量子效应和隧穿	控制晶体管中电子流的栅极可能允许电子隧穿小势垒，即使设备应处于关闭状态	无影响；QCA设备是电荷容器，而非电流开关，实际上利用了这一特性
高功耗	芯片可能会融化，SIA路线图表明“尚无已知解决方案”。2014年预测：具有$10^{10}$个设备的芯片功耗为186W	$10^{11}$个QCA设备，开关时间为$10^{-12}$，功耗为100W。QCA的硅基时钟也会消耗功率，但时钟线应绝热移动电荷，大大降低功耗
慢线	线延迟主导整体延迟。对于60nm特征尺寸，在1个时钟周期内可到达的芯片面积不足10%	时钟导致的固有流水线使全局通信和信号广播困难，问题与硅基系统类似，但原因不同
光刻分辨率