Robust Computing with Nano-scale Devices: Progresses and Challenges

اگرچه فناوری نیمه هادی اکسید فلزی (CMOS) تا 10 تا 15 سال آینده بر مدارهای الکترونیکی دیجیتال تسلط خواهد داشت، اما با کاهش اندازه ترانزیستور، تعدادی چالش بزرگ پدید آمده است. افزایش هزینه های ماسک نیمه هادی و ساخت آن، موانع اقتصادی برای لیتوگرافی ایجاد می کند. اثرات کوانتومی و افزایش قدرت نشتی شروع به تعیین محدودیت‌های فیزیکی در کاهش مداوم اندازه ویژگی CMOS می‌کند.

پیشرفت‌های تحقیقاتی دستگاه‌های نوآورانه در مقیاس نانو فرصت‌های بزرگی را برای غلبه بر موانع پیش روی فناوری CMOS ایجاد کرده است که شامل نانوسیم‌ها، ترانزیستورهای نانولوله‌های کربنی، سوئیچ‌های مولکولی قابل برنامه‌ریزی، تونل زنی تشدید می‌شود. دیودها، نقاط کوانتومی و غیره.

با این حال، موفقیت بسیاری از فناوری‌های نانو به فرآیند ساخت خودآرایی برای ساخت مدارها بستگی دارد. متأسفانه، ساخت خودآرایی تصادفی دارای قابلیت اطمینان پایین با تراکم نقص چندین مرتبه بالاتر از فناوری CMOS معمولی است.

نانو محاسبات قوی تمرکز بر مسائل مختلف نانو محاسبات قوی، طراحی مقاوم در برابر نقص برای فناوری نانو در سطوح مختلف انتزاع طراحی. این روش به روش‌های مبتنی بر افزونگی و پیکربندی و همچنین تکنیک‌های تشخیص خطا از طریق توسعه مدل‌ها و ابزارهای محاسباتی دقیق می‌پردازد. مطالب، دیدگاهی روشنگر از تحقیقات در حال انجام در مورد دستگاه‌های نانو الکترونیک، مدارها، معماری‌ها و روش‌های طراحی ارائه می‌کند، و همچنین جهت‌های امیدوارکننده‌ای را برای تحقیقات آینده ارائه می‌دهد.

Although complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technology will continue dominating the digital electronic circuits for the next 10-15 years, a number of grand challenges have emerged as the transistor size scales down. The rising costs of semiconductor mask and fabrication pose economic barriers to lithography. The quantum effects and increasing leakage power begin setting physical limits on continuous CMOS feature size shrinking.

The research advances of innovative nano-scale devices have created great opportunities to surpass the barriers faced by CMOS technology, which include nanowires, carbon nanotube transistors, programmable molecular switches, resonant tunneling diodes, quantum dots, etc.

However, the success of many nanotechnologies relies on the self-assembly fabrication process to fabricate circuits. The stochastic self-assembly fabrication, unfortunately, has low reliability with defect densities several orders of magnitude higher than conventional CMOS technology.

Robust Nano-Computing focuses on various issues of robust nano-computing, defect-tolerance design for nano-technology at different design abstraction levels. It addresses both redundancy- and configuration-based methods as well as fault detecting techniques through the development of accurate computation models and tools. The contents present an insightful view of the ongoing researches on nano-electronic devices, circuits, architectures, and design methods, as well as provide promising directions for future research.