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Universität Bremen Universität Bremen Fachbereich 3 Informatik
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» Verwendung von reversibler Logik zum Bau von Low-Power Schaltungen
»  Prof. Dr. Rolf Drechsler, Dr. Robert Wille





Die Energieabgabe in heutigen Schaltungen ist zu einem wesentlichen Hindernis bei der Entwicklung neuer und besserer Computerchips geworden. So lässt sich nach Jahrzehnten mit stetig steigenden Feature-Größen mittlerweile beobachten, dass sich Verbesserungen oft nur noch durch Wiederverwendung (z.B. Multi-Cores) erreichen lassen. Um der steigenden Energieabgabe entgegenzutreten werden daher neue Produktionsprozesse sowie die Verwendung neuer Materialien untersucht. Während diese Techniken mittelfristig zu einer Reduktion der Energieabgabe führen mag, lösen sie nicht das grundsätzliche Problem der Entropie heutiger Schaltungen. Entsprechend suchen Forscher/innen nach alternativen Technologien sowie Berechnungsmodellen.

Reversible Schaltungen stellen eine neue Form der Berechnung dar, welche invertierbar sind. Dass heißt, reversible Schaltungen ermöglichen nicht nur die Berechnung von den Eingängen zu den Ausgängen, sondern auch umgekehrt. Dies führt zu Berechnungen ohne Informationsverlust, was in Hinblick auf die Wärmeabgabe vielfältige Vorteile bietet. So wurden in den letzten Jahren verschiedene logische Modelle sowie Entwurfsverfahren für diese Art von Schaltungen vorgestellt. Darüber hinaus wurden erste physikalische Realisierungen dafür diskutiert. Bisher fanden diese beiden Entwicklungen (Entwurf und physikalische Realisierung) aber überwiegend unabhängig voneinander statt. Dadurch wurden die jeweiligen Ansätze und Verfahren kaum bzw. nur unzureichend miteinander abgestimmt.

Im Laufe des Projektes sollen die beiden Entwicklungen zusammengeführt werden. Insbesondere stehen dabei die folgenden Ziele im Vordergrund:

  • Bisherige Vorschläge zur physikalischen Realisierung reversibler Schaltungen sollen evaluiert und ggf. erweitert werden.
  • Basierend darauf soll ein erweitertes Modell für den logischen Entwurf reversibler Schaltungen entwickelt werden, welche physikalische Details abstrahiert aber (z.B. durch passende Kostenmodelle) einen technologieorientierten Entwurf ermöglicht.
  • Basierend auf dem Modell sollen neue Verfahren zur Synthese sowie für die Technologieabbildung (u.a. Place & Route) entwickelt werden. Dabei soll auf den existierenden Methoden aufgesetzt werden.
  • Die entwickelten Techniken sollen verwendet werden, um ein komplexes System in reversibler Logik zu entwerfen, auf die entsprechende Technologie abzubilden und schließlich ihre Low-Power Eigenschaften zu simulieren.








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