随着集成电路生产工艺线宽的不断缩小,当前的硅基微电子器件已经进入纳米尺寸。然而,随之而来的高昂生产制造成本以及微观世界的量子效应使得传统的基于CMOS、布尔逻辑和光刻的自顶向下的集成电路设计方法受到前所未有的挑战。为了延长摩尔定律的有效性,研究人员提出了结合纳米技术和传统CMOS工艺的CMOS/纳米线/分子混合(Cmos / nanowire / MOLecular hybrid,CMOL)技术,其高集成密度和低制造成本的优势使得其受到广泛关注,且被认为是最有前途替代CMOS的技术之一。然而,目前对于CMOL结构的计算机辅助设计工具的研究还不全面。本文结合CMOL电路的结构特点,对目前国内外CMOL电路的研究现状进行了详细的阐述,提出了有效的单元映射方法。这些方法在标准测试电路中都获得了有效的验证。论文主要研究了以下几个部分:1.针对CMOL电路的连通域约束,将CMOL单元映射问题建模成组合优化问题。通过对映射版图的合理编码,以最小化总线长为目标,引入包含二维交叉和变异算子的遗传算法对种群进行选择优化;算法得到的最优解即为最佳映射版图。实验结果表明提出的算法在求解电路规模上比现有方法更有效。2.针对遗传算法求解收敛速度较慢,引入拉格朗日松弛方法降低组合优化问题的复杂性,并结合模拟退火算法对解空间进行局部搜索。改进后的算法在性能上得以改进,较现有方法,混合优化算法在CPU运行时间、面积和时延上均有所提高。3.针对电路中的高扇出常给CMOL电路的映射带来困难,引入基于逻辑复制法的等效变换技术。通过定义高扇出基准值,并提出二次方程式变换复杂度判定规则,等效变换后的电路经映射算法能更快的被映射到CMOL单元上,且时延得以优化。4.针对纳米集成电路普遍存在的缺陷,分析其主要来源并提出容错模型。结合CMOL电路,对其下一步容错方面的研究进行展望。
