SHF: Small: Bio-Inspired Logic Design with Graph and Field Theory

SHF:小:利用图和场论进行仿生逻辑设计

基本信息

项目摘要

As nano-scale field-effect devices quickly approach their physical limits in feature size, their stochastic device characteristics will pose severe challenges to constructing robust digital circuitry. Unlike transistor defects due to fabrication imperfection, quantum-related switching uncertainties will seriously increase their susceptibility to noise, thus rendering the traditional thinking and logic design techniques inadequate. This work aims at developing a new logic design paradigm that achieves circuit robustness for stochastically imperfect transistors and interconnects. To this end, the PI reformulates the traditional boolean-based digital design problem as a probabilistic logic-labeling problem and attempts to solve it with two approaches: a graph-theoretic approach, and a field-theoretic approach. The project also studies two unconventional logic design methodologies: a bio-inspired logic scaffolding and a self-correcting logic design. The PI will disseminate findings by developing new curricula and creating compelling interactive learning materials e.g., hardware-based emulations, software simulations, and interdisciplinary study opportunities to expose students to the new area of stochastic logic design. The PI will also create mentoring and outreach programs specifically targeted to attract underrepresented groups, thus preparing a new diverse workforce for future IC industry.
随着纳米尺度现场效应设备在特征大小上迅速接近其物理极限,其随机设备特性将对构建强大的数字电路构成严重的挑战。与由于制造缺陷而导致的晶体管缺陷不同,与量子相关的开关不确定性会严重增加其对噪声的敏感性,从而使传统的思维和逻辑设计技术不足。这项工作旨在开发一种新的逻辑设计范式,该范式可为随机不完美的晶体管和互连而实现电路的鲁棒性。为此,PI将传统的基于布尔的数字设计问题重新制定为概率逻辑标记的问题,并试图通过两种方法来解决它:一种图理论方法和一种现场理论方法。该项目还研究了两种非常规的逻辑设计方法:一种由生物启发的逻辑脚手架和一个自我校正的逻辑设计。 PI将通过开发新的课程并创建引人注目的交互式学习材料,例如基于硬件的仿真,软件模拟和跨学科的研究机会,以使学生接触学生进入随机逻辑设计的新领域,从而传播发现。 PI还将创建专门针对吸引人数不足的群体的指导和推广计划,从而为未来的IC行业做准备新的不同劳动力。

项目成果

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