KR20220158413A - Design method of the ternary logic using memristors and mosfets, recording medium and device for performing the method - Google Patents

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Abstract

A method of designing a ternary logic by using a memristor and a MOSFET comprises: a step of selecting a characteristic of a MOSFET-based logic gate having three logic input values; a step of setting a range of output impedance having a value as large as possible to reduce a leakage current according to the characteristic of the logic gate; a step of generating a plurality of memristor subcircuits including a combination of memristors having different series-parallel connections and different polarities satisfying a condition in which the output impedance is smaller than input impedance in the logic gate; and a step of selecting at least one memristor subcircuit according to the output strength of a target logic gate from among the plurality of memristor subcircuits. Accordingly, an impedance matching problem of a ternary logic circuit can be resolved, and design and process complexity can be reduced.

Description

멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치{DESIGN METHOD OF THE TERNARY LOGIC USING MEMRISTORS AND MOSFETS, RECORDING MEDIUM AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD}Ternary logic design method using memristor and MOSFET, recording medium and device for performing this

본 발명은 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 MOSFET으로 구성되는 논리 게이트(logic gate) 회로에 멤리스터의 직/병렬 연결로 구성된 부회로(subcircuit)를 삽입하여 임피던스 특성을 개선하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a ternary logic design method using memristors and MOSFETs, and to a recording medium and apparatus for performing the same, and more particularly, to a series/parallel connection of memristors to a logic gate circuit composed of MOSFETs. It relates to a technique for improving impedance characteristics by inserting a subcircuit composed of.

[The EDA tool was supported by the IC Design Education Center(IDEC), Korea.][The EDA tool was supported by the IC Design Education Center (IDEC), Korea.]

이진법 컴퓨터의 발전은 소자의 소형화를 통한 집적기술 향상을 기반으로 이루어져 왔다. FinFET, Nanosheet FET은 이러한 트랜드를 보여주는 좋은 예이다. 그러나, 소자 소형화 기술이 수nm까지 접어듦에 따라 기술의 난이도가 급속도로 상승하고 있으며, 다양한 연구에서 이러한 발전이 곧 한계에 다다를 것을 예견하고 있다. 따라서, 업계는 연산 성능 향상을 위한 새로운 방법을 모색하고 있다.The development of binary computers has been based on the improvement of integration technology through miniaturization of devices. FinFET and Nanosheet FET are good examples of this trend. However, as the device miniaturization technology goes up to several nm, the difficulty of the technology is rapidly increasing, and various studies predict that this development will soon reach its limit. Therefore, the industry is looking for new ways to improve computational performance.

3진법 연산 체계는 2진법 연산 체계보다 약 36.9% 가량 적은 연산 숫자와 저장 공간을 필요로 한다. 이러한 3진법 연산 체계의 특징은 연산 회로의 고밀도, 고성능 구현을 가능하게 한다. 3진법 연산 체계가 가지고 있는 이러한 장점으로 인해 3진법 반도체는 컴퓨터 성능 발전을 위한 핵심 요소로 현재 매우 큰 주목을 받고 있다.The ternary arithmetic system requires about 36.9% less operating numbers and storage space than the binary arithmetic system. The characteristics of this ternary arithmetic system enable high-density and high-performance implementation of arithmetic circuits. Due to these advantages of the ternary arithmetic system, ternary semiconductors are currently attracting great attention as a key factor for the development of computer performance.

또한, 소자 기술이 발달함에 따라 3진법 컴퓨터를 설계할 수 있는 Tenary CMOS, CNTFET, memristor 등 다양한 소자들이 등장하였다. 이러한 기술의 등장은 3진법 컴퓨터로 발전할 확실한 계기를 마련해 주었다.In addition, with the development of device technology, various devices such as Tenary CMOS, CNTFET, and memristor that can design ternary computers have appeared. The emergence of these technologies provided a clear opportunity for the development of ternary computers.

3진법 논리 게이트를 구현할 수 있는 다양한 소자들(Ternary CMOS, CNTFET, memristor 등) 중, 멤리스터(memristor)와 MOSFET로 구성된 3진법 논리 게이트는 현재로서 유일하게 상용공정을 이용할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 높은 집적도 또한 달성할 수 있다는 장점을 가지고 있다. Among various devices (Ternary CMOS, CNTFET, memristor, etc.) that can implement ternary logic gates, ternary logic gates composed of memristors and MOSFETs have the advantage of being the only commercial process available at present. , it has the advantage that high integration can also be achieved.

그러나, 멤리스터와 MOSFET 기반 3진법 논리 게이트가 이러한 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 입출력 임피던스(input/output impedance) 특성이 좋지 않기 때문에 신호왜곡(signal distortion)이 발생하여 상용화에 어려움을 겪고 있다.However, although memristor and MOSFET-based ternary logic gates have these advantages, signal distortion occurs due to poor input/output impedance characteristics, making commercialization difficult.

KRKR 10-1689159 10-1689159 B1B1 KRKR 10-2018-0013789 10-2018-0013789 AA CNCN 111046617 111046617 AA

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 신호 왜곡이 없는 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem of the present invention has been focused on this point, and an object of the present invention is to provide a ternary logic design method using a memristor and a MOSFET without signal distortion.

본 발명의 다른 목적은 상기 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recording medium on which a computer program for performing the ternary logic design method using the memristor and the MOSFET is recorded.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a device for performing the ternary logic design method using the memristor and MOSFET.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법은, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법은, 3가지 논리 입력값을 가지며 MOSFET을 기반으로 하는 논리 게이트의 특성을 선택하는 단계; 논리 게이트의 특성에 따라 누설 전류를 줄이기 위해 가능한 큰 값을 가지는 출력 임피던스의 범위를 설정하는 단계; 논리 게이트에서 출력 임피던스가 입력 임피던스 보다 작은 조건을 만족하는 극성과 직병렬 연결이 서로 다른 멤리스터 조합으로 구성되는 복수개의 멤리스터 부회로들을 생성하는 단계; 및 복수개의 멤리스터 부회로들 중 목표하는 논리 게이트의 출력 강도(strength)에 따른 적어도 하나의 멤리스터 부회로를 선택하는 단계;를 포함한다.A ternary logic design method using a memristor and a MOSFET according to an embodiment for realizing the object of the present invention, a ternary logic design method using a memristor and a MOSFET, has three logic input values and uses a MOSFET selecting characteristics of logic gates based thereon; setting a range of output impedance having a value as large as possible in order to reduce a leakage current according to characteristics of a logic gate; generating a plurality of memristor sub-circuits composed of memristor combinations having different polarities and serial-parallel connections that satisfy a condition that an output impedance is smaller than an input impedance in a logic gate; and selecting at least one memristor sub-circuit according to the output strength of a target logic gate from among the plurality of memristor sub-circuits.

본 발명의 실시예에서, 상기 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법은, 선택된 멤리스터 부회로를 논리 게이트에 연결하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the ternary logic design method using the memristor and the MOSFET may further include connecting the selected memristor sub-circuit to a logic gate.

본 발명의 실시예에서, 3가지 논리 입력값은 -1, 0, 1 또는 0, 1, 2일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the three logic input values may be -1, 0, 1 or 0, 1, 2.

본 발명의 실시예에서, 상기 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법은, 각 멤리스터에 흐르는 전류를 VDD에서 GND 방향으로 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the ternary logic design method using the memristor and the MOSFET may further include setting a current flowing through each memristor from V DD to GND.

본 발명의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 멤리스터 부회로를 선택하는 단계는, 멤리스터 부회로의 선택 시 전파 지연(propagation delay)을 추가로 고려할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step of selecting the at least one memristor sub-circuit, propagation delay may be additionally taken into account when selecting the memristor sub-circuit.

본 발명의 실시예에서, 상기 복수개의 멤리스터 부회로들을 생성하는 단계는, 각 X1, X2, X4, X8, X16, X32, X64 및 X128의 강도를 가지는 멤리스터 부회로들을 생성할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the generating of the plurality of memristor sub-circuits may generate memristor sub-circuits having strengths of X1, X2, X4, X8, X16, X32, X64, and X128, respectively.

본 발명의 실시예에서, NTI, PTI, STI, TBUF, CONS, NCONS, TOR, TNOR, TAND, TNAND, TDEC, ANY, NANY, TSUM 및 TFA 중 하나를 설계할 수 있다.In an embodiment of the present invention, one of NTI, PTI, STI, TBUF, CONS, NCONS, TOR, TNOR, TAND, TNAND, TDEC, ANY, NANY, TSUM and TFA may be designed.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 상기 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다. A computer program for performing a ternary logic design method using the memristor and MOSFET is recorded in a computer-readable storage medium according to an embodiment for realizing another object of the present invention.

상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 장치는, 3가지 논리 입력값을 가지며 MOSFET을 기반으로 하는 논리 게이트의 특성을 선택하는 특성 선택부; 누설 전류를 줄이기 위해 가능한 큰 값을 가지는 출력 임피던스의 범위를 설정하는 임피던스 설정부; 논리 게이트에서 출력 임피던스가 입력 임피던스 보다 작은 조건을 만족하는 극성과 직병렬 연결이 서로 다른 멤리스터 조합으로 구성되는 복수개의 멤리스터 부회로들을 생성하는 멤리스터 조합부; 및 복수개의 멤리스터 부회로들 중 목표하는 논리 게이트의 출력 강도(strength)에 따른 적어도 하나의 멤리스터 부회로를 선택하는 멤리스터 선택부;를 포함한다.A ternary logic design device using a memristor and a MOSFET according to an embodiment for realizing another object of the present invention described above has three logic input values and selects characteristics of a MOSFET-based logic gate selection unit; an impedance setting unit for setting a range of output impedance having a value as large as possible in order to reduce leakage current; a memristor combination unit generating a plurality of memristor sub-circuits composed of memristor combinations having different polarities and serial-parallel connections that satisfy the condition that the output impedance of the logic gate is smaller than the input impedance; and a memristor selector selecting at least one memristor sub-circuit from among the plurality of memristor sub-circuits according to a target output strength of a logic gate.

이와 같은 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법에 따르면, 멤리스터 부회로 설계를 통하여 임피던스 매칭 문제를 해결하고 설계 및 공정의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 또한, 멤리스터의 합리적인 저항 범위를 제한하여 소모 전력 문제를 해결하고, 강도(strength) 설계를 통해 누설을 통제할 수 있다. According to the ternary logic design method using the memristor and the MOSFET, it is possible to solve the impedance matching problem and reduce the complexity of the design and process through the design of the memristor subcircuit. In addition, the power consumption problem can be solved by limiting the reasonable resistance range of the memristor, and leakage can be controlled through strength design.

도 1은 본 발명의 멤리스터 부회로의 NTI, PTI 게이트에 적용된 예시를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 멤리스터 부회로의 예시들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 장치의 블록도이다.
도 4는 논리 게이트의 입력 임피던스와 출력 임피던스의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 멤리스터의 심볼과 특성, TOR, TAND 게이트의 스케매틱과 심볼을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 NTI, PTI 게이트의 스케매틱과 심볼을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 NTI 게이트의 강도 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 TOR 게이트의 강도 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 STI, TBUF 및 NCONS의 스케매틱을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 매칭이 요구되는 TDEC의 스케매틱과 심볼을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 TSUM 및 NANY의 스케매틱을 보여주는 도면이다.
1 is a diagram showing an example applied to the NTI and PTI gates of the memristor sub-circuit of the present invention.
2 is examples of memristor sub-circuits according to this embodiment.
3 is a block diagram of a ternary logic design device using a memristor and a MOSFET according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a relationship between an input impedance and an output impedance of a logic gate.
5 is a diagram for explaining symbols and characteristics of a memristor and schematics and symbols of TOR and TAND gates.
6 is a diagram for explaining schematics and symbols of NTI and PTI gates.
7 is a diagram for explaining strength design of an NTI gate according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining strength design of a TOR gate according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing schematics of STI, TBUF, and NCONS according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing schematics and symbols of a TDEC requiring impedance matching according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing schematics of TSUM and NANY according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in one embodiment in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar function throughout the various aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명은 멤리스터 및 MOSFET 기반 3진법 논리 게이트의 단점을 극복하기 위한 설계 기법에 관한 것이다. The present invention relates to design techniques to overcome the disadvantages of memristor and MOSFET based ternary logic gates.

도 1을 참조하면, 본 발명은 MOSFET으로 구성되는 논리 게이트(logic gate) 회로에 멤리스터의 직/병렬 연결로 구성된 부회로(subcircuit)를 삽입하는 설계 방법을 사용한다. Referring to FIG. 1, the present invention uses a design method of inserting a subcircuit composed of series/parallel connection of memristors into a logic gate circuit composed of MOSFETs.

예를 들어, 도 1의 멤리스터 부회로(Memristor subcircuit)에 그도 2의 X1~X128 중 하나가 삽입된다. 그러나, 이는 예시들에 불과하며, 다른 부회로의 형태도 설계 가능하다. X1의 부회로를 삽입할 경우 전파 진연(propagation delay)이 가장 크고 정격 전류(static current)가 가장 작으며, 출력 임피던스(output impedance)가 가장 크다는 특징을 가진다. For example, one of X1 to X128 of FIG. 2 is inserted into the memristor subcircuit of FIG. 1 . However, these are just examples, and other forms of sub-circuits can be designed. When the sub-circuit of X1 is inserted, the propagation delay is the largest, the static current is the smallest, and the output impedance is the largest.

반면, X128이 삽입될 경우 전파 지연이 가장 작고 정격 전류가 가장 크며 출력 임피던스가 가장 작다. 이러한 설계 방법은 설계자가 논리 게이트의 임피던스를 적절히 선택하여 'B의 입력 임피던스 >> A의 출력 임피던스' 등식을 성립시킬 수 있게 해주고, 전력 및 시간을 제어할 방법을 제공해 준다.On the other hand, when X128 is inserted, the propagation delay is the smallest, the rated current is the highest, and the output impedance is the smallest. This design method allows the designer to properly select the impedance of the logic gate to establish the 'input impedance of B >> output impedance of A' equation, and provides a method to control power and time.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 장치의 블록도이다.3 is a block diagram of a ternary logic design device using a memristor and a MOSFET according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 장치(10, 이하 장치)는 현재 이용 가능한 공정으로 3진법 회로를 설계할 수 있는 가장 현실적인 솔루션을 제시하고, 임피던스 매칭 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시한다.The ternary logic design device (10, hereinafter) using a memristor and MOSFET according to the present invention presents the most realistic solution for designing a ternary circuit with a currently available process, and a way to solve the impedance matching problem presents

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 특성 선택부(110), 임피던스 설정부(130), 멤리스터 조합부(150) 및 멤리스터 선택부(170)를 포함한다.Referring to FIG. 3 , the device 10 according to the present invention includes a characteristic selection unit 110, an impedance setting unit 130, a memristor combination unit 150, and a memristor selection unit 170.

본 발명의 상기 장치(10)는 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계를 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 특성 선택부(110), 상기 임피던스 설정부(130), 상기 멤리스터 조합부(150) 및 상기 멤리스터 선택부(170)의 구성은 상기 장치(10)에서 실행되는 상기 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계를 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다. The device 10 of the present invention can be executed by installing software (application) for performing a ternary logic design using a memristor and a MOSFET, the characteristic selection unit 110, the impedance setting unit 130, Configurations of the memristor combination unit 150 and the memristor selection unit 170 may be controlled by software for performing ternary logic design using the memristor and MOSFET running in the device 10. .

상기 장치(10)는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 특성 선택부(110), 상기 임피던스 설정부(130), 상기 멤리스터 조합부(150) 및 상기 멤리스터 선택부(170)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.The device 10 may be a separate terminal or a part of a module of the terminal. In addition, the configuration of the characteristic selection unit 110, the impedance setting unit 130, the memristor combination unit 150, and the memristor selection unit 170 may be formed as an integrated module or composed of one or more modules. can However, on the contrary, each component may be composed of a separate module.

상기 장치(10)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 상기 장치(10)는, 서버(server) 또는 엔진(engine) 형태일 수 있으며, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. The device 10 may be mobile or stationary. The apparatus 10 may be in the form of a server or engine, and may be a device, an apparatus, a terminal, a user equipment (UE), a mobile station (MS), or a wireless device. It can be called by other terms such as wireless device, handheld device, etc.

상기 장치(10)는 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.The device 10 may execute or manufacture various software based on an operating system (OS), that is, a system. The operating system is a system program for enabling software to use the hardware of the device, and is a mobile computer operating system such as Android OS, iOS, Windows mobile OS, Bada OS, Symbian OS, Blackberry OS, and Windows-based, Linux-based, Unix-based, It can include all computer operating systems such as MAC, AIX, and HP-UX.

상기 특성 선택부(110)는 3가지 논리 입력값을 가지며 MOSFET을 기반으로 하는 논리 게이트의 특성을 선택한다. 예를 들어, 논리 입력값은 -1, 0, 1 또는 0, 1, 2를 사용할 수 있다.The characteristic selector 110 has three logic input values and selects the characteristics of a MOSFET-based logic gate. For example, -1, 0, 1 or 0, 1, 2 can be used as the logic input value.

상기 임피던스 설정부(130)는 누설 전류를 줄이기 위해 가능한 큰 값을 가지는 출력 임피던스의 범위를 설정한다.The impedance setting unit 130 sets a range of output impedance having a value as large as possible in order to reduce leakage current.

상기 멤리스터 조합부(150)는 논리 게이트에서 출력 임피던스가 입력 임피던스 보다 작은 조건을 만족하는 극성과 직병렬 연결이 서로 다른 멤리스터 조합으로 구성되는 복수개의 멤리스터 부회로들을 생성한다. The memristor combination unit 150 generates a plurality of memristor subcircuits composed of memristor combinations having different polarities and serial-parallel connections that satisfy the condition that the output impedance is smaller than the input impedance of the logic gate.

상기 멤리스터 선택부(170)는 복수개의 멤리스터 부회로들 중 목표하는 논리 게이트의 출력 강도(strength)에 따른 적어도 하나의 멤리스터 부회로를 선택한다.The memristor selector 170 selects at least one memristor sub-circuit according to the output strength of a target logic gate from among a plurality of memristor sub-circuits.

본 발명은 멤리스터 기반 3진 시스템의 문제를 해결하기 위해 멤리스터와 CMOS 통합 3진 로직의 강도(strength) 설계를 제안한다. 본 발명에서 설계는 공정 및 설계 복잡도를 최소화하기 위해 VDD를 전압원으로 사용하고 임피던스 매칭을 통해 3진 전 가산기(ternary full-adder)의 설계 방법을 보여준다.The present invention proposes a strength design of a memristor and CMOS integrated ternary logic to solve the problem of a memristor-based ternary system. In the present invention, the design shows a design method of a ternary full-adder using V DD as a voltage source and impedance matching to minimize process and design complexity.

본 발명은 다양한 3진법 소자들 중 현재 구현 가능한 공정으로 회로를 설계할 수 있고, 포괄적인 상황에서 임피던스 매칭 문제를 해결한다.The present invention can design a circuit with a process that can currently be implemented among various ternary elements, and solves the impedance matching problem in a comprehensive situation.

멤리스터와 CMOS 공정의 장점을 기반으로 멤리스터와 CMOS를 통합한 3진법 논리 게이트를 구현하려는 연구들이 있으나, 임피던스 매칭, 설계 및 제조의 복잡도 및 정전 전력(static power) 측면에서 문제가 있다.Based on the advantages of memristor and CMOS processes, there are studies to implement ternary logic gates that integrate memristors and CMOS, but there are problems in terms of impedance matching, design and manufacturing complexity, and static power.

도 4는 저항 네트워크에서 임피던스 매칭 문제를 보여준다. 입력 임피던스(ZI)는 입력 노드에서 내부 회로를 바라 본 임피던스이며, 출력 임피던스(ZO)는 출력 노드에서 내부 회로를 바라본 임피던스이다. Figure 4 shows the impedance matching problem in the resistor network. The input impedance (Z I ) is the impedance viewed from the input node to the internal circuit, and the output impedance (Z O ) is the impedance viewed from the output node to the internal circuit.

도 4(a)의 경우, ZI=RL, ZO=RD이다. ZI, ZO의 비율에 따라 전력 단이 부하에 공급할 수 있는 전압(VI)을 결정하며, ZI, ZO의 관계에서 ZO는 작고, ZI는 무한대가 되는 것이 가장 좋다. 그러나, 멤리스터 및 CMOS 기반 입력 임피던스는 항상 무한대는 아니다.In the case of FIG. 4(a) , Z I =R L and Z O =R D . The voltage (V I ) that the power stage can supply to the load is determined according to the ratio of Z I and Z O. In the relationship between Z I and Z O , it is best for Z O to be small and Z I to be infinite. However, memristor and CMOS based input impedances are not always infinite.

따라서, ZO는 ZI 보다 작을수록 ZI는 ZO 보다 클수록 전력단이 부하에 안정적인 전압을 공급할 수 있게 된다. 이러한, ZO, ZI 매칭은 전압을 통해 논리값을 전달하는 논리 게이트 설계에서도 마찬가지로 요구된다. Therefore, as Z O is smaller than Z I and Z I is larger than Z O , the power stage can supply a stable voltage to the load. Such matching of Z O , Z I is also required in logic gate design that transfers logic values through voltages.

그러나, 종래에는 이러한 임피던스 매칭이 제대로 이루어지지 않았으며, 이에 따라 게이트의 직렬 연결 시 논리의 전달 또한 제대로 이루어지지 않았다. 본 발명은 멤리스터와 CMOS 통합 3진법 게이트에서 강도(strength) 설계를 제안하고, 적용함으로써 임피던스 매칭 문제를 해결할 수 있다.However, in the related art, such impedance matching has not been performed properly, and accordingly, when gates are connected in series, transmission of logic has not been performed properly. The present invention can solve the impedance matching problem by proposing and applying a strength design in a memristor and CMOS integrated ternary gate.

또한, 종래에 제안된 STI 게이트의 경우 VDD/2 또는/및 -VDD/2 전압원이 사용되었다. 이러한 일반적이지 않은 전압원의 사용은 레이아웃에서 전력 트랙의 설계와 표준 셀의 배치를 곤란하게 하는 등 설계 및 공정의 복잡도를 크게 증가시킨다. 따라서, 본 발명에서는 VDD 외의 전압원 사용을 피하여 이러한 복잡도를 최소화한 설계를 제안하였다.In addition, in the case of the conventionally proposed STI gate, V DD /2 or/and -V DD /2 voltage sources are used. The use of such an unusual voltage source greatly increases design and process complexity, such as making it difficult to design power tracks and place standard cells in a layout. Therefore, the present invention proposes a design that minimizes such complexity by avoiding the use of a voltage source other than V DD .

또한, 종래에 제안된 STI 게이트의 경우 Ron, Roff 값은 매우 큰 정전 전력 소비(static power consumption)를 유발한다. 입력으로 VDD가 인가되면 VDD와 GND 사이에 낮은 임피던스가 형성되고, 매우 큰 값의 전류가 누설된다. 만약, 입력으로 VDD가 계속 유지되면 이러한 큰 값의 전류가 지속적으로 누설된다.In addition, in the case of the conventionally proposed STI gate, values of R on and R off cause very large static power consumption. When V DD is applied as an input, a low impedance is formed between V DD and GND, and a very large value of current leaks. If V DD is continuously maintained at the input, such a large value of current continuously leaks.

따라서, 최악의 경우 게이트 10,000개의 집적만으로 수 A 단위의 누설을 발생시켜 발열을 해소할 수 없게 만든다. 따라서, 본 발명에서는 멤리스터의 합리적인 저항 범위를 제안하여 정전 전력 문제를 해결하고, 강도 설계를 통해 누설을 통제하였다. Therefore, in the worst case, only integration of 10,000 gates causes leakage of several A units, making it impossible to solve the heat generation. Therefore, in the present invention, the electrostatic power problem is solved by proposing a reasonable resistance range of the memristor, and leakage is controlled through strength design.

먼저, 멤리스터와 CMOS 통합 3진 논리의 강도 설계를 위해 필요한 최소한의 논리 게이트인 NTI(negative ternary inverter), PTI(positive ternary inverter), TOR, TAND 게이트를 설명한다. 이후 NTI, TOR 게이트에 강도 설계를 적용하고 그 영향에 대해 설명한다.First, the minimum logic gates necessary for the strength design of the memristor and CMOS integrated ternary logic, NTI (negative ternary inverter), PTI (positive ternary inverter), TOR, and TAND gates are described. Afterwards, the strength design is applied to the NTI and TOR gates, and the effects are explained.

본 발명의 3진 논리는 예를 들어, (-1, 0, +1) 또는 (0, 1, 2)의 3가지 논리값을 갖는 균형 3진법을 기반으로 설계될 수 있다. 논리 값 (-1, 0, +1) 또는 (0, 1, 2)은 (GND, VDD/2, VDD) 중 하나의 전압 레벨로 사용할 수 있다.The ternary logic of the present invention can be designed based on balanced ternary with three logic values, for example, (-1, 0, +1) or (0, 1, 2). Logic values (-1, 0, +1) or (0, 1, 2) can be used as one of the voltage levels (GND, V DD /2, V DD ).

멤리스터는 인가된 전류의 방향에 따라 저항이 변화하는 수동 소자이다. 도 5(a)에서 전류가 IN에서 OUT 방향으로 흐를 때 멤리스터의 저항은 Ron까지 감소한다. 반대로, 전류가 OUT에서 IN 방향으로 흐를 때 멤리스터의 저항은 Roff까지 증가한다.A memristor is a passive element whose resistance changes depending on the direction of an applied current. In FIG. 5(a), when current flows from IN to OUT, the resistance of the memristor decreases until R on . Conversely, when current flows from OUT to IN, the resistance of the memristor increases until R off .

본 발명에서는 누설 전류(leakage current)를 줄이기 위해 가능한 큰 Ron, Roff 값이 사용될 필요가 있다. 따라서, 3진 논리 설계에 Ron=100kΩ, Roff=3.2MΩ의 멤리스터를 사용하였다. 이러한 저항 범위를 갖는 멤리스터는 제조 가능성이 이미 보고 되어있다.In the present invention, it is necessary to use as large R on and R off values as possible to reduce leakage current. Therefore, a memristor with R on =100 kΩ and R off =3.2 MΩ was used in the ternary logic design. A memristor having such a resistance range has already been reported for its fabrication possibility.

본 발명은 게이트 전압(VGS)에서 다음과 같은 상태(state)를 갖는 MOSFET을 3진 논리 설계에 사용한다.In the present invention, a MOSFET having the following state at a gate voltage (V GS ) is used in a ternary logic design.

VGS=0[V]: NMOS를 OFF 상태로, PMOS를 ON 상태로 만든다.V GS =0[V]: Makes NMOS OFF and PMOS ON.

VGS= VDD/2: NMOS 및 PMOS를 ON 상태로 만든다.V GS = V DD /2: Make NMOS and PMOS ON.

VGS=VDD: NMOS ON 상태로, PMOS를 OFF 상태로 만든다.V GS =V DD : NMOS ON, PMOS OFF.

도 6은 NTI, PTI 게이트의 스케매틱(schematic)과 심볼을 보여주며, 각 논리 입력에 따른 동작과 진리표(truth table)는 아래의 표 1에 나타내었다.6 shows schematics and symbols of NTI and PTI gates, and operations and truth tables according to each logic input are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

NTI 게이트의 경우, 논리 입력이 '-1'에서만 NMOS가 off되고 출력이 풀-업(pull-up)된다. 그 외의 논리 입력에서 NMOS는 on되고 출력이 풀-다운(pull-down)된다. PTI 게이트의 경우 NTI와 반대의 논리로 동작한다.In the case of the NTI gate, the NMOS is turned off and the output is pulled up only when the logic input is '-1'. For all other logic inputs, the NMOS is on and the output is pulled-down. In the case of the PTI gate, it operates in the opposite logic to the NTI.

도 5(b) 및 도 5(c)를 참조하면, TAND, TOR 게이트의 스케매틱과 심볼을 보여주고 아래의 표 2는 진리표를 보여준다.5(b) and 5(c), schematics and symbols of TAND and TOR gates are shown, and Table 2 below shows a truth table.

[표 2][Table 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

IN1 노드와 IN2 노드 간의 전압 레벨 차이에 의해 전류가 흐르게 되고, 전류의 방향에 따라 멤리스터 저항이 Ron 또는 Roff 둘 중 하나의 값으로 수렴하고, 멤리스터 간의 전압분배법칙에 의해 OUT 노드의 전압 레벨이 결정된다. 각 논리 입력 쌍에 따른 TOR/TAND의 동작은 아래의 표 3에 나타내었다.Current flows due to the voltage level difference between the IN1 node and the IN2 node, and the memristor resistance converges to either R on or R off depending on the direction of the current, and the voltage division law between the memristors causes the OUT node to The voltage level is determined. The operation of TOR/TAND according to each logic input pair is shown in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

VIN1=VIN2의 경우 네트워크 내에 전위차가 없으므로 VIN1이 그대로 출력이 된다. VIN1≠VIN2의 경우, RM1≫RM2 또는 RM1≪RM2이 되기 때문에 출력은 VIN1 또는 VIN2 둘 중 하나가 된다.In the case of VIN1=VIN2, since there is no potential difference within the network, VIN1 is output as it is. In the case of VIN1≠VIN2, the output is either VIN1 or VIN2 because RM1≫RM2 or RM1≪RM2.

본 발명은 멤리스터 기반의 3진 논리를 위한 강도 설계 방법을 제안하고, 그 영향으로 일반적인 강도 설계의 특성인 전파 지연(propagation delay)의 제어만이 아닌, ZO, ZI 누설 전류의 제어 또한 가능하다.The present invention proposes a strength design method for memristor-based ternary logic, and as a result, not only control of propagation delay, which is a characteristic of general strength design, but also control of Z O , Z I leakage current It is possible.

도 7(a) 내지 도 7(e)는 본 발명에서 제안하는 NTI 게이트의 강도 설계의 예시들이다. 멤리스터를 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 멤리스터 기반의 3진 게이트의 강도 설계가 가능하다. 각 강도 설계에 따른 NTI 게이트의 특성 변화는 아래의 표 4에 나타내었다.7(a) to 7(e) are examples of strength design of the NTI gate proposed in the present invention. By connecting memristors in series or parallel, it is possible to design the strength of a memristor-based ternary gate. Changes in the characteristics of the NTI gate according to each intensity design are shown in Table 4 below.

[표 4][Table 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

본 발명에서 제안한 NTI 설계에서, 멤리스터에 흐르는 전류의 방향은 VDD에서 GND 방향으로 항상 일정하다. 따라서, 도 7(a), 도 7(b) 및 도 7(d)에 대응하는 설계의 경우 각각의 멤리스터 저항은 Roff로 고정된다. 마찬가지로, 도 7(c) 및 도 7(e)에 대응하는 설계의 경우 각각의 멤리스터 저항은 Ron =Roff/32로 고정된다.In the NTI design proposed in the present invention, the direction of the current flowing through the memristor is always constant from V DD to GND. Therefore, in the case of designs corresponding to FIGS. 7(a), 7(b) and 7(d), each memristor resistor is fixed to R off . Similarly, in the case of the design corresponding to FIGS. 7(c) and 7(e), each memristor resistance is fixed as R on =R off /32.

또한, 논리 게이트는 논리를 온전히 전달하기 위해서 ZO ≪ ZI 조건이 성립해야 하므로, 만약 ZO ≪ ZI 조건이 성립하지 않는다면, 도 7(c) 내지 도 7(e)와 같은 설계를 채택할 수 있다. 이와 같은 설계를 채택할 경우 ZO를 도 7(a) 대비 N/32배, 1/N배, 1/32N배로 감소시킬 수 있게 된다. In addition, since the logic gate must satisfy the condition Z O ≪ Z I in order to fully transmit the logic, if the condition Z O ≪ Z I does not materialize, the designs shown in FIGS. 7(c) to 7(e) are adopted. can do. When adopting such a design, Z O can be reduced by N/32 times, 1/N times, and 1/32 N times compared to FIG. 7(a).

반면, 지연과 ZO ≪ ZI 조건이 충분하다면, 도 7(a)의 설계를 채택할 수 있다. 이와 같은 설계를 채택할 경우 누설 전류를 도 7(a) 대비 1/N배로 줄일 수 있게 된다. 설계자는 멤리스터 네트워크의 극성과 연결을 적절하게 조절함으로써 디바이스 카운터, 누설 전류, 전파 지연, ZO를 제어할 수 있다.On the other hand, if the delay and Z O ≪ Z I conditions are sufficient, the design of FIG. 7(a) can be adopted. When adopting such a design, the leakage current can be reduced by 1/N times compared to FIG. 7(a). Designers can control the device counter, leakage current, propagation delay, and Z O by properly adjusting the polarity and connections of the memristor network.

또한, Ron =Roff/32를 선택한 점을 살펴본다. 도 7(d)에서 ZO를 도 7(a) 대비 1/16배로 감소시키기 위해서는 멤리스터 16개를 병렬로 연결해야 한다. 그러나, Ron =Roff/32이기 때문에 도 7(c)의 설계를 채택한다면, 멤리스터를 2개만으로 ZO를 1/16배로 감소시킬 수 있다. Also, note the selection of R on =R off /32. In FIG. 7(d), 16 memristors should be connected in parallel in order to reduce Z O to 1/16 times that of FIG. 7(a). However, since R on =R off /32, if the design of FIG. 7(c) is adopted, Z O can be reduced by a factor of 1/16 with only two memristors.

이러한 멤리스터 극성 변환에 따른 이점을 적절히 활용한다면, 도 7 및 아래의 표 5와 같이 최소한의 멤리스터 만으로 강도를 X1에서 X128까지 달성할 수 있게 된다. PTI 게이트 또한 마찬가지로 멤리스터를 직/병렬 접속함으로써 강도 설계가 가능하다.If the advantage of the polarity conversion of the memristor is appropriately utilized, as shown in FIG. 7 and Table 5 below, it is possible to achieve strength from X1 to X128 with only a minimum amount of memristors. PTI gates can also be designed for strength by connecting memristors in series/parallel.

[표 5][Table 5]

Figure pat00005
Figure pat00005

도 8(a) 및 도 8(b)는 본 발명에서 제안하는 TOR 게이트의 강도 설계이며, 아래의 표 6은 각 강도 설계에 따른 TOR 게이트의 특성변화를 보여준다.8(a) and 8(b) show the strength design of the TOR gate proposed in the present invention, and Table 6 below shows the change in characteristics of the TOR gate according to each strength design.

[표 6][Table 6]

Figure pat00006
Figure pat00006

NTI 게이트의 강도 설계와 마찬가지로 멤리스터를 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 ZI, ZO 누설 전류 조절이 가능하다. 도 8(a)의 설계의 경우 멤리스터를 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 ZI를 개선할 수 있다. 반면, 도 8(b)의 설계의 경우 멤리스터를 병렬로 연결함으로써 ZO를 개선할 수 있다. TAND 게이트 또한 동일한 방법으로 ZI, ZO를 개선할 수 있다.Similar to the strength design of the NTI gate, Z I and Z O leakage current can be controlled by connecting memristors in series or parallel. In the case of the design of FIG. 8(a), Z I can be improved by connecting memristors in series or parallel. On the other hand, in the case of the design of FIG. 8(b), Z O can be improved by connecting memristors in parallel. The TAND gate can also improve Z I and Z O in the same way.

이하에서는, 3진 전 가산기(balanced ternary full-adder)를 설계하는데 필요한 3진 논리를 설계하고 최종적으로 3진 전 가산기(balanced ternary full-adder)를 설계를 설명한다. 간단한 논리인 3진 인버터(TINV), 3진 버퍼(TBUF), negative-consensus (NCONS) 게이트에는 강도 설계가 적용되며, 조합 논리인 3단 디코더(TDEC)의 설계에는 임피던스 매칭이 적용된다.Hereinafter, designing ternary logic necessary for designing a balanced ternary full-adder and finally designing a balanced ternary full-adder will be described. Strength design is applied to simple logic ternary inverter (TINV), ternary buffer (TBUF), and negative-consensus (NCONS) gates, and impedance matching is applied to the design of combinational logic 3-stage decoder (TDEC).

3진 논리에서 인버터는 총 3가지 변형, NTI, PTI, STI가 존재한다. NTI, PTI 게이트는 앞서 설명하였고, 이하에서는 STI 게이트를 설명한다. STI 게이트의 진리표와 동작은 표 1에 나타나있으며, 스케매틱은 도 9(a)에 도시하였다. 논리 입력 '0'을 제외하고 기본적인 동작은 NTI, PTI와 동일하다. 논리 입력 '0'인 경우, PMOS와 NMOS가 모두 턴 온되어, M1, M2 간에 전압분배가 일어난다. M1, M2은 동일한 강도가 선택되므로 출력 노드의 전위는 VDD/2가 된다.In ternary logic, inverters come in three variants: NTI, PTI, and STI. The NTI and PTI gates have been described above, and the STI gate will be described below. The truth table and operation of the STI gate are shown in Table 1, and the schematic is shown in Fig. 9(a). Except for logic input '0', the basic operation is the same as NTI and PTI. When the logic input is '0', both the PMOS and NMOS are turned on, and voltage is divided between M1 and M2. Since M1 and M2 have the same strength selected, the potential of the output node becomes V DD /2.

TBUF는 손상된 3진 신호를 복원시켜주는 게이트이다. 스케매틱은 도 9(b)와 같이 STI 게이트 둘을 직렬로 연결한 형태로 구성된다.TBUF is a gate that restores a damaged ternary signal. The schematic is composed of two STI gates connected in series as shown in FIG. 9(b).

Consensus(CONS) 게이트는 3진 덧셈에서 캐리 연산을 담당하는 논리이다. 논리 입력 쌍(-1, -1)인 경우 출력은 논리 상태 '-1'이 되고, 논리 입력쌍(+1, +1)인 경우 출력은 논리 상태 '+1'이 된다.The Consensus (CONS) gate is the logic responsible for the carry operation in ternary addition. In the case of a logic input pair (-1, -1), the output becomes a logic state '-1', and in the case of a logic input pair (+1, +1), the output becomes a logic state '+1'.

이 외의 논리 입력쌍에 대해서는 모두 논리 상태 '0'을 출력한다. 이러한 CONS 게이트는 NCONS 게이트의 출력이 반전된 게이트로써, NCONS 게이트와 STI 게이트 연결로 구성된다. NCONS 게이트의 스케매틱은 도 9(c)에 도시되었고, 진리표는 표 2와 같다.All other logic input pairs output a logic state of '0'. This CONS gate is a gate in which the output of the NCONS gate is inverted, and is composed of a connection between the NCONS gate and the STI gate. The schematic of the NCONS gate is shown in FIG. 9(c), and the truth table is shown in Table 2.

TDEC은 특정 논리 입력에 대해서만 '+1'의 출력을, 그 외의 논리 입력에 대해서는 '-1'의 출력을 내보내는 논리이다. TDEC의 스케매틱은 도 10(a)에 도시하였고, 심볼은 도 10(b)에 도시하였다.TDEC is a logic that outputs '+1' only for a specific logic input and outputs '-1' for other logic inputs. The schematic of TDEC is shown in FIG. 10(a), and the symbol is shown in FIG. 10(b).

도 10(a)를 참조하면, L1과 L2의 출력이 게이트 산화물(gate oxide)을 로드하지 않기 때문에 임피던스 매칭을 고려하여야 한다. 따라서, L1, L2, L3의 강도를 적절하게 선택함으로써 임피던스를 매칭할 수 있다.Referring to FIG. 10(a), since the outputs of L 1 and L 2 do not load the gate oxide, impedance matching should be considered. Accordingly, the impedances can be matched by appropriately selecting the intensities of L 1 , L 2 , and L 3 .

Ternary summation(TSUM) 게이트는 더하기 연산을 담당하는 논리 게이트이다. TSUM의 스케매틱은 도 11(a)에 도시하였고, 진리표는 표 1에 나타나있다. A Ternary summation (TSUM) gate is a logic gate responsible for the addition operation. The schematic of TSUM is shown in FIG. 11(a), and the truth table is shown in Table 1.

Negative-accept anything(NANY) 논리는 Accept anything(ANY) 논리의 출력이 반전된 논리 게이트이다. 3진 전 가산기(balanced ternary full-adder) 설계에서 두 개의 CONS로부터 캐리 발생 여부를 결정한다. NANY의 스케매틱은 도 11(b)에 진리표는 표 2에 나타나있다.The negative-accept anything(NANY) logic is a logic gate in which the output of the accept anything(ANY) logic is inverted. In a balanced ternary full-adder design, it is determined whether a carry occurs from two CONS. The schematic of NANY is shown in Figure 11(b) and the truth table is shown in Table 2.

3진 전 가산기(balanced ternary full-adder)는 멤리스터 29개와 트랜지스터 31개로 구성된 TSUM, 멤리스터 25개와 트랜지스터 27개로 구성된 NANY를 포함할 수 있다. 3진 전 가산기(balanced ternary full-adder)를 구성하기 위해 사용되는 총 디바이스 수는 멤리스터 87개와 트랜지스터 97개이다.A balanced ternary full-adder may include a TSUM composed of 29 memristors and 31 transistors, and a NANY composed of 25 memristors and 27 transistors. The total number of devices used to construct the balanced ternary full-adder is 87 memristors and 97 transistors.

본 발명을 적용하여 PTI, NTI, STI를 시뮬레이션 한 결과, 강도가 증가할수록 전파 지연이 감소하는 것을 확인하였고, 임피던스 매칭을 고려하여 TDEC을 수행한 결과 TDEC의 정상적인 동작을 확인하였다.As a result of simulating PTI, NTI, and STI by applying the present invention, it was confirmed that propagation delay decreased as the intensity increased, and as a result of performing TDEC in consideration of impedance matching, normal operation of TDEC was confirmed.

NTI, PTI, STI, NCONS 게이트의 각 강도별 누설 전류를 측정한 결과, 약한 강도를 선택할수록 누설 전류가 감소하는 결과를 확인하였다. 따라서, 멤리스터와 CMOS 기반 3진 논리 설계자는 전력, 지연, 임피던스 매칭을 고려하여 상황과 목적에 맞는 강도를 적절하게 선택할 수 있다.As a result of measuring the leakage current for each intensity of the NTI, PTI, STI, and NCONS gate, it was confirmed that the leakage current decreased as the weaker intensity was selected. Therefore, memristor and CMOS-based ternary logic designers can appropriately select the strength suitable for the situation and purpose by considering power, delay, and impedance matching.

이와 같은, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Such a ternary logic design method using a memristor and a MOSFET may be implemented as an application or implemented in the form of program commands that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be those specially designed and configured for the present invention, or those known and usable to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware device may be configured to act as one or more software modules to perform processing according to the present invention and vice versa.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand.

3진법 연산 체계는 차세대 컴퓨팅 기술로 큰 주목을 받고 있다. 본 발명은 3진법 연산 장치의 핵심 구성 요소인 논리 게이트의 설계에 관한 것이므로, 반도체 산업 전반에 걸쳐 유용하게 적용될 수 있다.The ternary arithmetic system is receiving great attention as a next-generation computing technology. Since the present invention relates to the design of a logic gate, which is a key component of a ternary arithmetic unit, it can be usefully applied throughout the semiconductor industry.

10: 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 장치
110: 특성 선택부
130: 임피던스 설정부
150: 멤리스터 조합부
170: 멤리스터 선택부
10: Ternary logic design device using memristor and MOSFET
110: characteristic selection unit
130: impedance setting unit
150: memristor combination
170: memristor selection unit

Claims (9)

3가지 논리 입력값을 가지며 MOSFET을 기반으로 하는 논리 게이트의 특성을 선택하는 단계;
논리 게이트의 특성에 따라 누설 전류를 줄이기 위해 가능한 큰 값을 가지는 출력 임피던스의 범위를 설정하는 단계;
논리 게이트에서 출력 임피던스가 입력 임피던스 보다 작은 조건을 만족하는 극성과 직병렬 연결이 서로 다른 멤리스터 조합으로 구성되는 복수개의 멤리스터 부회로들을 생성하는 단계; 및
복수개의 멤리스터 부회로들 중 목표하는 논리 게이트의 출력 강도(strength)에 따른 적어도 하나의 멤리스터 부회로를 선택하는 단계;를 포함하는, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법.
selecting characteristics of a logic gate having three logic input values and based on a MOSFET;
setting a range of output impedance having a value as large as possible in order to reduce a leakage current according to characteristics of a logic gate;
generating a plurality of memristor sub-circuits composed of memristor combinations having different polarities and serial-parallel connections that satisfy a condition that an output impedance is smaller than an input impedance in a logic gate; and
A ternary logic design method using memristors and MOSFETs, comprising: selecting at least one memristor sub-circuit according to the output strength of a target logic gate from among a plurality of memristor sub-circuits.
제1항에 있어서,
선택된 멤리스터 부회로를 논리 게이트에 연결하는 단계;를 더 포함하는, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법.
According to claim 1,
A ternary logic design method using memristors and MOSFETs, further comprising: connecting the selected memristor sub-circuit to a logic gate.
제1항에 있어서,
3가지 논리 입력값은 -1, 0, 1 또는 0, 1, 2인, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법.
According to claim 1,
Three logic input values are -1, 0, 1 or 0, 1, 2, a ternary logic design method using memristors and MOSFETs.
제1항에 있어서,
각 멤리스터에 흐르는 전류를 VDD에서 GND 방향으로 설정하는 단계;를 더 포함하는, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법.
According to claim 1,
Setting the current flowing through each memristor from V DD to GND; further comprising a ternary logic design method using memristors and MOSFETs.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 멤리스터 부회로를 선택하는 단계는,
멤리스터 부회로의 선택 시 전파 지연(propagation delay)을 추가로 고려하는, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법.
2. The method of claim 1, wherein selecting the at least one memristor subcircuit comprises:
A ternary logic design method using memristors and MOSFETs that additionally considers propagation delay when selecting memristor subcircuits.
제1항에 있어서, 상기 복수개의 멤리스터 부회로들을 생성하는 단계는,
각 X1, X2, X4, X8, X16, X32, X64 및 X128의 강도를 가지는 멤리스터 부회로들을 생성하는, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법.
The method of claim 1 , wherein the generating of the plurality of memristor sub-circuits comprises:
A ternary logic design method using memristors and MOSFETs to generate memristor subcircuits having strengths of X1, X2, X4, X8, X16, X32, X64 and X128, respectively.
제1항에 있어서,
NTI, PTI, STI, TBUF, CONS, NCONS, TOR, TNOR, TAND, TNAND, TDEC, ANY, NANY, TSUM 및 TFA 중 하나를 설계하는, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법.
According to claim 1,
Ternary logic design method using memristors and MOSFETs to design one of NTI, PTI, STI, TBUF, CONS, NCONS, TOR, TNOR, TAND, TNAND, TDEC, ANY, NANY, TSUM, and TFA.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 상기 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체.
A computer-readable storage medium on which a computer program for performing the ternary logic design method using the memristor and the MOSFET according to any one of claims 1 to 7 is recorded.
3가지 논리 입력값을 가지며 MOSFET을 기반으로 하는 논리 게이트의 특성을 선택하는 특성 선택부;
누설 전류를 줄이기 위해 가능한 큰 값을 가지는 출력 임피던스의 범위를 설정하는 임피던스 설정부;
논리 게이트에서 출력 임피던스가 입력 임피던스 보다 작은 조건을 만족하는 극성과 직병렬 연결이 서로 다른 멤리스터 조합으로 구성되는 복수개의 멤리스터 부회로들을 생성하는 멤리스터 조합부; 및
복수개의 멤리스터 부회로들 중 목표하는 논리 게이트의 출력 강도(strength)에 따른 적어도 하나의 멤리스터 부회로를 선택하는 멤리스터 선택부;를 포함하는, 멤리스터와 MOSFET을 이용한 3진법 논리 설계 장치.
a characteristic selection unit that has three logic input values and selects characteristics of a MOSFET-based logic gate;
an impedance setting unit for setting a range of output impedance having a value as large as possible in order to reduce leakage current;
a memristor combination unit generating a plurality of memristor sub-circuits composed of memristor combinations having different polarities and serial-parallel connections that satisfy the condition that the output impedance of the logic gate is smaller than the input impedance; and
A memristor selection unit for selecting at least one memristor sub-circuit according to the output strength of a target logic gate among a plurality of memristor sub-circuits; a ternary logic design device using memristors and MOSFETs. .
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