Published March 7, 2024
| Version v1
Publication
Open
Efficient designs of QCA Full-adder and 4-bit QCA RCA Circuits
- 1. Gachon University
- 2. National Yunlin University of Science and Technology
- 3. Islamic Azad University, Tehran
- 4. Duy Tan University
Description
Abstract Quantum-dot Cellular Automata (QCA) technology offers several advantages over traditional CMOS technology, including reduced power consumption, higher clock speeds, and increased density. QCA has the potential to overcome the physical limitations of CMOS, making it an attractive choice for the future of VLSI circuits. It uses quantum dots to represent binary information. Digital arithmetic operations are performed by adder circuits. A Ripple Carry Adder (RCA) is a digital circuit used in digital electronics to add multiple binary numbers together. In QCA technology, the implementation of such adders is notably different from traditional CMOS-based implementations due to the unique properties and principles of QCA. It is constructed by interconnecting a series of Full-adders. In this study, we introduce a high-performance single-bit Full-adder as well as 4-bit RCA circuit developed using QCA technology. Our proposed designs are simulated using QCADesigner 2.0.3 in a coplanar crossover way. Our 4-bit RCA design outperforms existing designs by achieving a remarkable 23% reduction in cell counts, 66% and 90% decrease in latency and circuit costs. Furthermore, power dissipation metrics for our single-bit Full-adder were ascertained using the QCAPro tool, with findings showing over 40% energy savings relative to the best current designs.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
توفر تقنية Quantum - dot Cellular Automata (QCA) العديد من المزايا مقارنة بتقنية CMOS التقليدية، بما في ذلك تقليل استهلاك الطاقة، وسرعات أعلى على مدار الساعة، وزيادة الكثافة. تمتلك QCA القدرة على التغلب على القيود المادية لـ CMOS، مما يجعلها خيارًا جذابًا لمستقبل دوائر VLSI. ويستخدم النقاط الكمومية لتمثيل المعلومات الثنائية. يتم تنفيذ العمليات الحسابية الرقمية من قبل دوائر الأفعى. Ripple Carry Adder (RCA) هي دائرة رقمية تستخدم في الإلكترونيات الرقمية لجمع أرقام ثنائية متعددة معًا. في تقنية هيئة مراقبة الجودة، يختلف تنفيذ مثل هذه الإضافات بشكل ملحوظ عن التطبيقات التقليدية القائمة على CMOS بسبب الخصائص والمبادئ الفريدة لهيئة مراقبة الجودة. يتم بناؤه عن طريق ربط سلسلة من الإضافات الكاملة. في هذه الدراسة، نقدم دائرة ذات سلم كامل أحادي البت عالية الأداء بالإضافة إلى دائرة RCA 4 بت تم تطويرها باستخدام تقنية QCA. تتم محاكاة تصميماتنا المقترحة باستخدام QCADesigner 2.0.3 بطريقة التقاطع بين المستويين. يتفوق تصميم RCA المكون من 4 بت على التصميمات الحالية من خلال تحقيق انخفاض ملحوظ بنسبة 23 ٪ في عدد الخلايا، وانخفاض بنسبة 66 ٪ و 90 ٪ في تكاليف الكمون والدوائر. علاوة على ذلك، تم التحقق من مقاييس تبديد الطاقة لمثقبنا الكامل أحادي البت باستخدام أداة QCAPro، حيث أظهرت النتائج أكثر من 40 ٪ من توفير الطاقة بالنسبة لأفضل التصاميم الحالية.Translated Description (French)
La technologie Quantum-dot Cellular Automata (QCA) offre plusieurs avantages par rapport à la technologie CMOS traditionnelle, notamment une consommation d'énergie réduite, des vitesses d'horloge plus élevées et une densité accrue. QCA a le potentiel de surmonter les limites physiques du CMOS, ce qui en fait un choix attrayant pour l'avenir des circuits VLSI. Il utilise des points quantiques pour représenter des informations binaires. Les opérations arithmétiques numériques sont effectuées par des circuits additionneurs. Un Ripple Carry Adder (RCA) est un circuit numérique utilisé en électronique numérique pour ajouter plusieurs nombres binaires ensemble. Dans la technologie QCA, la mise en œuvre de tels additionneurs est sensiblement différente des implémentations traditionnelles basées sur CMOS en raison des propriétés et des principes uniques de QCA. Il est construit en interconnectant une série d'additionneurs complets. Dans cette étude, nous introduisons un additionneur complet à un seul bit haute performance ainsi qu'un circuit RCA à 4 bits développé à l'aide de la technologie QCA. Nos conceptions proposées sont simulées à l'aide de QCADesigner 2.0.3 de manière croisée coplanaire. Notre conception RCA 4 bits surpasse les conceptions existantes en réalisant une réduction remarquable de 23 % du nombre de cellules, de 66 % et de 90 % de la latence et des coûts de circuit. En outre, les mesures de dissipation de puissance pour notre additionneur complet à un seul bit ont été déterminées à l'aide de l'outil QCAPro, avec des résultats montrant plus de 40 % d'économies d'énergie par rapport aux meilleures conceptions actuelles.Translated Description (Spanish)
La tecnología Abstract Quantum-dot Cellular Automata (QCA) ofrece varias ventajas sobre la tecnología CMOS tradicional, que incluyen un consumo de energía reducido, velocidades de reloj más altas y una mayor densidad. QCA tiene el potencial de superar las limitaciones físicas de CMOS, lo que lo convierte en una opción atractiva para el futuro de los circuitos VLSI. Utiliza puntos cuánticos para representar información binaria. Las operaciones aritméticas digitales se realizan mediante circuitos sumadores. Un Ripple Carry Adder (RCA) es un circuito digital utilizado en electrónica digital para sumar múltiples números binarios. En la tecnología QCA, la implementación de dichos sumadores es notablemente diferente de las implementaciones tradicionales basadas en CMOS debido a las propiedades y principios únicos de QCA. Se construye interconectando una serie de Full-adders. En este estudio, presentamos un sumador completo de un solo bit de alto rendimiento, así como un circuito RCA de 4 bits desarrollado utilizando la tecnología QCA. Nuestros diseños propuestos se simulan utilizando QCADesigner 2.0.3 de forma cruzada coplanar. Nuestro diseño RCA de 4 bits supera a los diseños existentes al lograr una notable reducción del 23% en el recuento de células, una disminución del 66% y del 90% en la latencia y los costes del circuito. Además, las métricas de disipación de energía para nuestro sumador completo de un solo bit se determinaron utilizando la herramienta QCAPro, con hallazgos que muestran más del 40% de ahorro de energía en relación con los mejores diseños actuales.Files
latest.pdf.pdf
Files
(798.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d262d496e44100681b733c4e30d321bb
|
798.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصاميم فعالة لدوائر مراقبة الجودة QCA Full -adder و 4 - bit QCA RCA
- Translated title (French)
- Conceptions efficaces des circuits QCA RCA à additionneur complet et QCA 4 bits
- Translated title (Spanish)
- Diseños eficientes de circuitos QCA Full-adder y QCA RCA de 4 bits
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4392561380
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-4010758/v1