Design of XOR Gate Based on QCA Universal Gate Using Rotated Cell

회전된 셀을 이용한 QCA 유니버셜 게이트 기반의 XOR 게이트 설계

Quantum-dot cellular automata(QCA) is an alternative technology for implementing various computation, high performance, and low power consumption digital circuits at nano scale. In this paper, we propose a new universal gate in QCA. By using the universal gate, we propose a novel XOR gate which is reduced time/hardware complexity. The universal gate can be used to construct all other basic logic gates. Meanwhile, the proposed universal gate is designed by basic cells and a rotated cell. The rotated cell of the proposed universal gate is located at the central of 3-input majority gate structure. In this paper, we propose an XOR gate using three universal gates, although more than five 3-input majority gates are used to design an XOR gate using the 3-input majority gate. The proposed XOR gate is superior to the conventional XOR gate in terms of the total area and the consumed clock because the number of gates are reduced.

양자점 셀룰라 오토마타(QCA: quantum-dot cellular automata)는 나노 크기의 셀을 이용하여 다양한 연산을 수행하며, 매우 빠른 연산속도와 적은 전력손실로 차세대 기술로 떠오르고 있다. 본 논문에서는 QCA 상에서 새로운 유니버셜 게이트(universal gate)를 제안한다. 또한, 유니버셜 게이트를 이용하여 시공간 효율성 측면에서 우수한 XOR 게이트를 제안한다. 유니버셜 게이트는 자기 자신으로 모든 기본 논리 게이트를 만들어 낼 수 있는 게이트이다. 한편, 제안된 유니버셜 게이트는 기본 셀과 회전된 셀을 활용하여 설계한다. 제안된 유니버셜 게이트의 회전된 셀은 3-입력 다수결게이트 구조의 중앙부에 위치한다. 3-입력 다수결 게이트를 이용하여 XOR 게이트를 설계할 때는 5개 이상의 3-입력 다수결 게이트가 사용되지만, 본 논문에서는 3개의 유니버셜 게이트를 사용하여 XOR 게이트를 제안한다. 제안하는 XOR 게이트는 기존의 XOR 게이트보다 사용된 게이트 수가 줄었으며 설계 면적이나 소요 클럭면에서 우수함을 확인할 수 있다.