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Nano & Quantum Computing
01SHORV
A.A. 2022/23
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Ingegneria Elettrica, Elettronica E Delle Comunicazioni - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 40 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Graziano Mariagrazia | Professore Associato | IINF-01/A | 40 | 0 | 0 | 0 | 3 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** |
|---|
Questo corso intende dare allo studente una panoramica dei circuiti e sistemi per computazione che ci si aspetta potranno diventare i principali attori nello scenario futuro basati su dispositivi e tecnologie ulteriori rispetto alle tecnologie CMOS superscalate attualmente in uso. Si porra' l'attenzione su tecnologie emergenti (alcune tra le molte) tra le quali non e' ancora definito quella che sara' la vincitrice.
Tali dipositivi, i circuiti basati su di esso e le possibili architetture verranno analizzate in modo contestuale, anche considerando la connessione tra dispositivi CMOS e beyond-CMOS.
IN alcuni casi si analizzeranno i modelli dei dispositivi e si lavorera' alla progettazione di circuiti allo scopo di dare allo studente la sensibilita' sulla complessita' dei sistemi alla nanoscala.
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.
Sono preferibili la comprensione di elementi di circuiti digitali, la conoscenza sulle principali caratteristiche di dispositivi e circuiti basati su tecnologia CMOS e dei sistemi di elaborazione basati su di essi. Nel caso di mancanza di questi prerequisiti si fornira' allo studente il materiale necessario a compensazione.
It is preferable to have understanding of digital circuits, knlowledges of devices and circuits based on CMOS technology and processing systems based on CMOS. In case these knwloedges would be missing the students will be given material for compensation.
• Stato dell'arte: nanocomputazione in tecnologie CMOS ultra scalate:
- trend delle tecnologie CMOS a livello dispositivo: double-gate transistors, FinFET, …
- Tecniche circuitali e architetturali: dark silicon, dynamic voltage scaling, subthreshold computation, .....
• Field coupled nanocomputing (FCN):
- quantum dot cellular automata (QCA), nano magnetic logic (NML), QCA molecolari, QCA basate su silicio; discussione sulla tecnologia, comportamento, modelli, consumo, frquenza, area
- interconnessioni: domain walls magnetici, spin waves, wires molecolari
- progettazione di un circuito FCN: un paradigma verso il pipelining intrinseco
- circuiti e architetture basate su strutture FCN: sincrone, asincrone, null-convention logic; come risilvere problemi di feedback (cut-set-retiming, array sistolici e interleaving)
• Nanocomputing basati su Nanotubi di Carbonio:
- interconnessioni e dispositivi basati su CNT
- circuiti e architetture basati su CNT
• Logic in memory
- Dispositivi: memorie resistive, memristors, nanomagneti e memorie magnetiche, skyrmions
• Dispositivi e architetture per computazine quantistica
- Fondamenti di computazione quantistica
- Dispositivie e tecnologie per computazione quantistica
- Circuiti e architetture
- Quantum hardware per Quantum computing
• State of the art: nanocomputing in ULTRA scaled CMOS:
- CMOS scaling trends at device levels: double-gate transistors, FinFET, …
- Circuit and architectural techniques: dark silicon, dynamic voltage scaling, subthreshold computation, .....
• Field coupled nanocomputing (FCN):
- 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: synchronous, asynchronous, null-convention logic; how to solve feedback problems; cut set retiming; solutions based on systolic arrays and interleaving
• Nanocomputing based on Carbon Nanotubes:
- interconnections and devices based on Carbon nanotubes
- circuits and architectures based on CNT
• Logic in memory
- Devices: resistive memories, memristors, nanomagnets and magnetic memories, skyrmions
• Devices and architectures for quantum computation
- Fundamentals of quantum computation
- Devices and technologies for quantum computation
- Circuits and architectures
- Quantum Hardware for Quantum Computing
Modalità mista
Mixed mode
Presentazione orale - Sviluppo di project work in team
Oral presentation - Team project work development
P.D.1-1 - Gennaio
P.D.1-1 - January