PERIODO: GIUGNO-LUGLIO 2016

Il corso si propone di offrire allo studente una panoramica dettagliata dei circuiti e sistemi di computazione che sono previsti per il prossimo futuro andando oltre il caso di tecnologie CMOS fortemente scalate, e focalizzando l'attenzione nel caso di tecnologie emergenti e tra le quali la vincente non e' ancora stata definita. Tali dispositivi, circuiti e sistemi verranno analizzati considerando il legame tra i dispositivi sia CMOS che Beyond CMOS e i circuiti e le architetture su di essi basati, poiche' la complessita' dei sistemi a nanoscala non consente di slegare i diversi piani di design/analisi/valutazione.

This course aims at giving the student a detailed overview of the computation circuits and systems for computations that are expected to become the main actor in the forthcoming scenario, going beyonf the ultra-scaled CMOS technologies and focusing the attention on the emerging technologies among which the winner is still to be defined. Those devices, circuits and systems will be analyzed considering the connection
among CMOS and beyond COMS devices with circuits and architectures based on them. This because the complexity of nanoscale systems does not allow to disentangle different planes as design, analysis and evaluation.

- Stato dell'arte: nanocomputing in sistemi CMOS ultra scalati:
. CMOS scaling a livello dispositivo: scalamento, correnti sottosoglia, transistori double-gate e FinFET,..
. Circuiti e techniche architetturali: dark silicon, dynamic voltage scaling, computazione sottosoglia,..
- Field coupled nanocomputing (FCN):
. un nuovo principio computazioneale: computazione basata su field coupling e non su trasporto
. dispostivi: quantum dot cellular automata (QCA), logiche magnetiche (NML), QCA molecolari, QCA basate su silicio; considerazioni tecnologiche, analisi comporatmentali, modelli, valutazioni energetiche, di velocita' e area
. interconnessioni: domain walls magnetici, spin waves, fili molecolari
. progettazione di un circuito FCN: un nuovo paradigma verso il pipelining intrinseco
. circuiti e architetture basate su strutture FCN: strutture sincrone, asincrone, logiche NCL; come risolvere il problema del feedback; cut set retiming; soluzioni basate su array sistolici e interleaving
-Computazione basata su nanoarray di nanowires:
. dispositivi: transistori Gate-All-Around, transistori ambipolari (silicio, zinc-oxide, nanotubi di carbonio,...)
. circuiti: nano-PLA, NanoASIC, nanoFPGA riprogrammabili
.architetture: sea of nanoarrays per computazione massiva e elaborazione "embarassingly parallel"
-Logic in memory
. Dispositivi: momorie resistive, memristor, nanomagneti e memorie magnetiche
. Circuiti: logica inclusa nella memoria, sistemi di comunicazione e protocolli
. architetture: sistemi cache spinti ai limiti use hic what you need nunc, search nearby what you need later, request far what you speculate to need
- Dispostivi e architetture per nanocomputing alternative
. computazione molecolare, bio-computazione, spintronica, automi cellulari, computazione quantistica

- State of the art: nanocomputing in ULTRA scaled CMOS:
. CMOS scaling trends at device levels: scaling, leakage, double-gate transistors, FinFET, ...
. Circuit and architectural techniques: dark silicon, dynamic voltage scaling, subthreshold computation, .....
- Field coupled nanocomputing (FCN):
. a new principle: computing through field coupling and not through transport
. devices: quantum dot cellular automata (QCA), nano magnetic logic (NML), molecular QCA, silicon based QCA; discussions on technology, behavior, models, energyconsumption, speed, area
. interconnections: magnetic domain walls, spin waves, molecular wires
. designing a FCN circuit: a new design paradigm toward intrinsic pipelining
. circuits and architectures based on FCN structures: syncrhonous, asynchronous, null-convention logic; how to solve feedback problems; cut set retiming; solutions based on systolic arrays and interleaving
-Nanoarray nanocomputing based on nanowires:
. devices: Gate-All-Around transistors, Ambipolar transistors (silicon based, zinc-oxide, carbon nanotubes, ...)
. circuits: nano-PLA, NanoASIC, reconfigurable nanoFPGA
. architectures: sea of nanoarrays for massive computation and "embarassingly parallel" elaboration
-Logic in memory
. Devices: resistive memories, memristors, nanomagnets and magnetic memories
. Circuits: logic embedded in memory, communications and protocols
. Architectures: caches to the limit, use hic what you need nunc, search nearby what you need later

-Alternative nanocomputing devices and architectures
. Molecular computing, Biological computing, Spintronic computing, Cellular automata, Quantum computing