مدارهای کوچک با کارایی بزرگ؛ راهی به سوی آینده‌ای سبز در الکترونیک

به گزارش روز سه‌شنبه گروه علمی ایرنا از دانشگاه علم و فرهنگ، طراحی و شبیه‌سازی یک واحد محاسبه و منطق چند لایه در فناوری اتوماتای سلولی کوانتومی QC موضوع پایان‌نامه کارشناسی ارشد رضا فرجی از دانشکده فنی و مهندسی (مهندسی برق – سیستم‌های الکترونیک دیجیتال) دانشگاه علم و فرهنگ است که با راهنمایی عبدالحسین رضائی عضو هیات‌علمی این دانشگاه انجام شده است.

در جدیدترین پژوهش ارائه‌شده توسط فرجی، واحد محاسبه و منطق (ALU) با ساختاری نوین و مبتنی بر فناوری سلولی کوانتومی (QCA) طراحی و شبیه‌سازی شد. این پژوهش که با هدف بهبود عملکرد مدارهای دیجیتال انجام شده است، به نتایجی برجسته در زمینه کاهش مصرف انرژی، کاهش مساحت و بهینه‌سازی سرعت محاسبات دست یافته است.

فناوری CMOS که سال‌ها در طراحی مدارهای دیجیتال مورد استفاده قرار گرفته، با محدودیت‌هایی همچون مصرف انرژی بالا، افزایش هزینه تولید و مشکلات کانال کوتاه مواجه شده است. فناوری سلولی کوانتومی (QCA)، به دلیل چگالی بالا، مصرف انرژی بسیار پایین و سرعت چشمگیر، به‌عنوان جایگزینی بالقوه برای CMOS مطرح شده است.

در این تحقیق، یک واحد محاسبه و منطق جدید با ساختار برگشت‌پذیر و چندلایه طراحی شد. این طراحی با استفاده از دروازه‌های منطقی پیشرفته نظیر Fredkin توانسته است به بهره‌وری انرژی و کاهش قابل‌توجه مساحت اشغالی دست یابد. شبیه‌سازی‌ها با استفاده از نرم‌افزار QCADesigner ۲.۰.۳ انجام شده و نتایج به‌دست‌آمده کارایی بالای این واحد را تأیید می‌کنند.

با توجه به رشد روزافزون نیاز به مدارهای دیجیتال کم‌مصرف و با کارایی بالا، این تحقیق می‌تواند نقشی کلیدی در پیشرفت فناوری‌های محاسباتی آینده ایفا کند. طراحی واحدهای محاسبه و منطق مبتنی بر QCA زمینه‌ساز افزایش سرعت پردازش و کاهش اثرات زیست‌محیطی ناشی از مصرف بالای انرژی در فناوری‌های فعلی خواهد بود.

نتایج این پایان‌نامه، نشان‌دهنده تلاش‌های گسترده‌ای در جهت بهبود فناوری‌های محاسباتی است و الهام‌بخش تحقیقات بیشتر در این حوزه خواهد بود.

استفاده از نتایج این پژوهش در طراحی نسل جدید پردازنده‌ها و مدارهای دیجیتال می‌تواند انقلابی در صنعت الکترونیک ایجاد کند.