طراحي مدار XOR كارامد مبتني بر منطق نانو مغناطيس

Design of an Efficient XOR Circuit in Nanomagnetic Logic

هدف اين مقاله ارائه طرحي جديد و كارامد براي مدار XOR بر پايه تكنولوژي منطق نانومغناطيس در راستاي تحقق‌بخشيدن به پياده‌سازي مدارهاي محاسباتي نانومغناطيسي از جمله جمع‌كننده، تفريق‌كننده و ضرب‌كننده مي‌باشد. منطق نانومغناطيس به دلايلي از جمله سرعت بسيار بالا، توان مصرفي به شدت پايين، قابليت مجتمع‌سازي و كاركرد در دماي اتاق، يك جايگزين مناسب براي تكنولوژي ساخت ترانزيستورهاي متعارف است. براي پيشبرد هدف اين پژوهش، ابتدا به معرفي گيت‌هاي اكثريت در فناوري نانومغناطيس پرداخته مي‌شود و سپس دو طرح كارامد با كمترين مساحت، كمترين تعداد المان نانومغناطيس و كمترين تأخير براي XOR بر اساس يك گيت اقليت سه ورودي و يك گيت اكثريت پنج ورودي پيشنهاد مي‌شوند. المان‌هاي پايه مورد استفاده در اين دو طرح از نوع سلول‌هاي نانومغناطيس عمودي متشكل از مواد Co/Pt، به دليل مزيت‌هاي نسبي اين ماده هستند. در جهت ايجاد عملكرد درست مدار همچنين نياز به اعمال ساعت است كه در اين پژوهش ايجاد پارامتر ساعت با يك ميدان مغناطيسي خارجي يكنواخت اعمال مي‌شود. براي پياده‌سازي اين مدارها از ابزار MagCAD و براي بررسي صحت عملكرد اين مدارها از شبيه‌ساز Modelsim استفاده شده است. با توجه به نتايج حاصل از اين شبيه‌سازي مي‌توان گفت كه طرح پيشنهادي XOR سه ورودي تك‌لايه‌اي و چندلايه‌اي پيشنهادي در تعداد گيت‌ها به ترتيب 50% و 25%، در تأخير به ترتيب 80% و 80% و در تعداد المان‌هاي به كار رفته به ترتيب 23% و 21% نسبت به پژوهش مشابه داراي عملكرد بهتري هستند.

The aim of this paper is to suggest new and efficient designs for XOR circuits based on nanomagnetic logic technology in order to implementation of nanomagnetic computational circuits such as adders, subtractors and multipliers. Nanomagnetic logic due to its properties such as very high speed, low power consumption, scalability and working on room temperature is a suitable alternative for conventional transistor technology. First, nanomagnetic majority gates are introduced then two efficient designs with minimum area, minimum number of nanomagnetic elements and lowest delays for XOR circuits are proposed based on a three-input minority gate and a five-input majority gate. Basic elements in these designs are out-of-plane nanomagnetic cells made of Co/Pt, due to relative advantages of this alloy. Clocking field which is an external uniform magnetic field is required for proper performance of these proposed circuits. MagCAD tool was used for implementation of these designs, and the accuracy of operation of these circuits was proved by applying Modelsim simulator. According to the results of this simulation, it is shown that the proposed single layer and multilayer three-input XOR gates have improvement in comparison to the state-of-art design in number of gates 50% and 25%, in delay 80% and 80%, and in the number of elements 23% and 21%, respectively.