فصلنامه تخصصی فناوری اطلاعات و ارتباطات

طراحی یک سلول کمپرسور4 به 2 با استفاده از فناوری ترانزیستورهای نانولوله کربنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی کامپیوتر، واحد رفسنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، رفسنجان، ایران

چکیده
با پیشرفت فناوری در زمینه الکترونیک، نیاز به سرعت پردازش و ذخیره سازی اطلاعات افزایش یافته است. با افزایش مقیاس‌بندی فناوری ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلز (ماسفت) ، صنعت این فناوری با چالش-های گوناگونی از جمله افزایش تاثیرات اتصال کوتاه، کاهش کنترل گیت، افزایش جریان نشتی بصورت نمایی و اتلاف توان روبرو شد. ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربنی ، جایگزین مناسبی برای ماسفت هستند. کمپرسور 4-به-2 از محبوب‌ترین سلول‌های فشرده‌ساز بیتی هستند که در جمع یا ضرب چندعملوندی کاربرد زیادی دارند. مهمترین عملکرد آنها در افزایش عملکرد و کارآیی محاسبات فشرده‌سازی عمل ضرب است. در این مقاله، پس از بررسی دوازده ساختار مختلف کمپرسور 4-به-2 که در مقالات مختلف طراحی شده است، یک کمپرسور 4-به-2 جدید با استفاده از تغییر در روابط منطقی و فناوری نانولوله کربنی طراحی شده است. کمپرسور 4-به-2 جدید پیشنهادی و دیگر ساختارهای طراحی شده در مقالات مختلف، با استفاده از نرم افزار شبیه ساز HSPICE پیاده-سازی شده‌اند. طرح پیشنهادی و کمپرسورهای قبلی از نظر مصرف توان، تاخیر، تعداد ترانزیستور و دقت مقایسه شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان دهنده اینست که ساختار کمپرسور جدید 25% کاهش در مصرف توان، 18% کاهش در تاخیر و 12% کاهش در تعداد ترانزیستور نسبت به بهترین کمپرسور قبلی داشته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Design of a 4 to 2 Compressor Cell using Carbon Nanotube Transistor Technology

نویسنده English

Mehdi Bagherizadeh
Department of Computer Engineering, Rafsanjan Branch, Islamic Azad University, Rafsanjan, Iran
چکیده English

With advancements in electronics technology, the need for faster processing and data storage has increased. As the scaling of metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) technology has progressed, the industry has faced various challenges, including increased short-circuit effects, reduced gate control, exponential leakage current, and power dissipation. Field-effect transistors made from carbon nanotubes are a suitable replacement for MOSFETs. 4-to-2 compressors are among the most popular bit compression cells that are widely used in multiplication or multi-operand addition. Their most important function is to increase the performance and efficiency of multiplication compression calculations. After examining twelve different 4-to-2 compressor designs from various research papers, this article presents a novel 4-to-2 compressor architecture utilizing modified logical relationships and carbon nanotube technology. The proposed 4-to-2 compressor and other designs from the literature have been implemented using the HSPICE simulation software. The proposed design and the previous compressors have been compared in terms of power consumption, delay, transistor count, and accuracy. Simulation results demonstrate that the new compressor architecture achieves a 25% reduction in power consumption, an 18% decrease in delay, and a 12% reduction in transistor count compared to the best previous compressor.

کلیدواژه‌ها English

Carbon nanotube transistor technology
4 to 2 Compressor
Delay
  1. Pishvaie A, Jaberipur G, Jahanian A. High-performance CMOS (4:2) compressors. Int J Electron. 2014 Nov 2;101(11):1511–25.
  2. Okubo N, A 4.4-ns CMOS 54×54-b multipler using pass-pransistor multiplexor, CiNii Research, Available from: https://cir.nii.ac.jp/crid/1572261551283719296
  3. Safaei Mehrabani Y, Faghih Mirzaee R. DAFA: Dynamic approximate full adders for high area and energy efficiency. Integration. 2024 Jul 1;97:102191.
  4. Zareei Z, Bagherizadeh M, Shafiabadi M, Safaei Mehrabani Y. Design of efficient approximate 1-bit Full Adder cells using CNFET technology applicable in motion detector systems. Microelectron J. 2021 Feb 1;108:104962.
  5. Gu J, Chang CH. Ultra low voltage, low power 4-2 compressor for high speed multiplications. In: 2003 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) [Internet]. 2003 [cited 2024 Oct 10]. p. V–V. Available from: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1206267
  6. Hussin R, Shakaff AYMd, Idris N, Sauli Z, Ismail RC, Kamarudin A. An efficient Modified Booth multiplier architecture. In: 2008 International Conference on Electronic Design [Internet]. 2008 [cited 2024 Oct 10]. p. 1–4. Available from: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4786767
  7. Energy-efficient magnetic 5:2 compressors based on SHE-assisted hybrid MTJ/FinFET logic | Journal of Computational Electronics [Internet]. [cited 2024 Oct 10]. Available from: https://link.springer.com/article/10.1007/s10825-019-01441-0
  8. Pishvaie A, Jaberipur G, Jahanian A. Improved CMOS (4; 2) compressor designs for parallel multipliers. Comput Electr Eng. 2012;38(6):1703–16.
  9. Fathi A, Azizian S, Hadidi K, Khoei A. A novel and very fast 4-2 compressor for high speed arithmetic operations. IEICE Trans Electron. 2012;95(4):710–2.
  10. Pishvaie A, Jaberipur G, Jahanian A. Redesigned CMOS (4; 2) compressor for fast binary multipliers. Can J Electr Comput Eng. 2013;36(3):111–5.
  11. Alkaldy E, Navi K, Sharifi F, Moaiyeri MH. An ultra high-speed (4; 2) compressor with a new design approach for nanotechnology based on the multi-input majority function. J Comput Theor Nanosci. 2014;11(7):1691–6.
  12. Bagherizadeh M, Eshghi M. A new high speed carbon nanotube field effect transistor-based structure for 4-to-2 compressor cell. J Comput Theor Nanosci. 2016;13(1):1006–12.
  13. Avan A, Maleknejad M, Navi K. High‐speed energy efficient process, voltage and temperature tolerant hybrid multi‐threshold 4:2 compressor design in CNFET technology. IET Circuits Devices Syst. 2020 May;14(3):357–68.
  14. Maleknejad M, Mirhosseini SM, Mohammadi S. A CNFET-based PVT-tolerant hybrid majority logic 4: 2 compressor design for high speed energy-efficient applications. Microprocess Microsyst. 2021;104031.
  15. Maleknejad M, Sharifi F, Sharifi H. Noise and PVT Tolerant, High-Speed and Energy-Efficient Hybrid 4-2 Compressor in CNFET Technology. 2023 [cited 2024 Oct 11]; Available from: https://www.researchsquare.com/article/rs-2883120/latest
  16. A Novel Current Mode Approximate Multiplier Scheme Based on 4:2 and 5:2 Compressors with Low Power Consumption and High Speed in CNTFET Technology | Circuits, Systems, and Signal Processing [Internet]. [cited 2024 Dec 23]. Available from: https://link.springer.com/article/10.1007/s00034-023-02593-y
  17. Tavakkoli E, Shokri S, Aminian M. Comparison and design of energy-efficient approximate multiplier schemes for image processing by CNTFET. Int J Electron [Internet]. 2024 May 3 [cited 2024 Dec 23]; Available from: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00207217.2023.2192968
  18. Sharma T, Kumre L. Efficient Ternary Compressor Design Using Capacitive Threshold Logic in CNTFET Technology. IETE J Res [Internet]. 2023 Apr 3 [cited 2024 Dec 23]; Available from: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/03772063.2020.1871422
  19. Deng J, Wong HSP. A Compact SPICE Model for Carbon-Nanotube Field-Effect Transistors Including Nonidealities and Its Application—Part I: Model of the Intrinsic Channel Region. IEEE Trans Electron Devices. 2007 Dec;54(12):3186–94.
  20. Deng J, Wong HSP. A Compact SPICE Model for Carbon-Nanotube Field-Effect Transistors Including Nonidealities and Its Application—Part II: Full Device Model and Circuit Performance Benchmarking. IEEE Trans Electron Devices. 2007 Dec;54(12):3195–205.
  21. Downloads | Nanoelectronics Lab [Internet]. [cited 2024 Oct 11]. Available from: https://nano.stanford.edu/downloads?id=23.compat1.