[发明专利]用于纳米量子元胞自动机电路的二维时钟结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种用于纳米量子元胞自动机电路的二维时钟结构及其设计方法，包括时钟信号源、时钟金属线布局层、量子元胞自动机元胞布局层和金属薄片层；时钟信号源输出4路时钟信号，并作为量子元胞自动机电路的外部时钟源；时钟金属线布局层包含四类时钟金属线，量子元胞自动机元胞布局层中包含四类时钟区域，且每类时钟区域的面积为2L×L；金属薄片层覆盖在量子元胞自动机元胞布局层上，并与时钟金属线布局层中的四类时钟金属线产生不同强度的场强，从而控制所述量子元胞自动机元胞布局层中四类时钟区域。本发明既能保有当前通用、灵活、高效的最优时钟结构的优点，又能解决时钟金属线交叉问题，从而减少纳米量子自动机电路的制造困难度和复杂度。

技术领域

本发明涉及基于纳米量子元胞自动机电路设计领域，尤其涉及一种用于纳米量子元胞自动机电路的二维时钟结构及其设计方法，即纳米量子元胞自动机电路中时钟布局。

背景技术

传统的集成电路正经历一个从微电子时代到纳米电子时代的转变，随着CMOS器件的特征尺寸缩小到20纳米以内，传统CMOS技术很快将达到其物理极限。由于纳米尺寸引起的问题，通过现有的工艺技术也难以解决。所以在集成电路设计上，缩小功耗，提高集成度，必须要研究新的纳米级新兴器件。作为一种可以替代传统CMOS技术的新兴纳米电子器件，量子元胞自动机(Quantum-dot Cellular Automata，QCA)技术具有尺寸小，集成度高，运行速度快，超低功耗等特点，因此被列为可以替代传统CMOS技术的一种革命性电子器件。

自从量子元胞自动机概念首次提出来，国内外很多学者，在试验和理论研究都有了巨大的进步。电QCA和磁性QCA已经在实验室中成功验证。研究表明，磁QCA可以实现室温下稳定的运行。分子QCA的运行速率可达太赫兹。QCA技术提供了一种革命性的方法来利用器件和器件之间相互作用来进行信息计算和传递，与传统CMOS技术利用电压和电路来表示和处理信息的方法有着本质上的区别。从根本上避免高功耗的可能。

随着量子元胞自动机技术的发展，目前大部分的量子元胞自动机电路的设计无规律时钟结构，对于有规律的时钟结构的研究非常少，当前最优的有规律时钟结构是Campos、Marciano等人提出的一种通用的、灵活的、高效的时钟结构用于纳米量子元胞自动机电路设计中，这种时钟结构无疑是纳米量子元胞自动机电路自动化设计不可缺少部分，遗憾的这种时钟结构中存在时钟金属线有交叉问题，这样增加了纳米量子自动机电路制造困难和复杂度。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供一种用于纳米量子元胞自动机电路的二维时钟结构及其设计方法，以期既能保有当前通用、灵活、高效的最优时钟结构的优点，又能解决时钟金属线交叉问题，从而减少纳米量子自动机电路的制造困难度和复杂度。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种用于量子元胞自动机电路的二维时钟结构的特点是由下至上依次为时钟金属线布局层、量子元胞自动机元胞布局层和金属薄片层；

所述时钟金属线布局层包含四类时钟金属线，分别为第I类时钟金属线、第II类时钟金属线、第III类时钟金属线和第IV类时钟金属线；

所述时钟金属线布局层中的四类时钟金属线是以所述第I类时钟金属线、第III类时钟金属线、第II类时钟金属线、第IV时钟金属线的顺序为一组并列设置，且每一组中的四类时钟金属线为等距离平行排列；

设置一时钟信号源并输出4路时钟信号，分别为第一时钟、第二时钟、第三时钟和第四时钟，并作为所述量子元胞自动机电路的外部时钟源；

所述时钟金属线布局层中所有第I类时钟金属线与所述第一时钟连接、所述时钟金属线布局层中所有第II类时钟金属线与所述第二时钟连接、所述时钟金属线布局层中所有第III类时钟金属线与所述第三时钟连接、所述时钟金属线布局层中所有第IV类时钟金属线与所述第四时钟连接；