CNFET을 이용한 저전력 및 고성능 FPGA 설계

Abstract

오늘날 Field Programmable Gate Array(FPGA)의 크기와 복잡도가 점점 증가하고 있다. 최근에는 개발기간이 짧고, 개발비가 저렴하다는 장점으로 배터리 기반의 임베디드 시스템에 저가의 FPGA가 탑재되고 있다. 하지만, Application-Specific Integrated Circuit(ASIC)에 비해 상대적으로 느리고, 전력소모가 크다는 단점 때문에 많은 관련 연구가 진행되어 왔다. 특히 작아진 공정 단위에 따른 누설전류 상승으로 인한 소비전력을 줄이는 것이 더욱 큰 문제가 되고 있다. 이에 본 논문에서는 FPGA의 소비전력을 줄이기 위하여 Silicon Me- tal Oxide Semiconductor Field Effect Transisotr(Si-MOSFET)을 대체 할 유력한 미래소자 중 하나인 Carbon Nanotube Field Effect Tran- sistor(CNFET)을 이용하여 FPGA SLICE 구조를 제안하였다. 기존 Si- MOSFET과 구조적으로 유사한 CNFET은 탄소나노튜브를 전기적 채널로 갖는 트랜지스터이다. 거의 이상적인 전자이동도를 제공함으로써 상대적으로 훨씬 큰 전류를 제공하며, 기존 Si-MOSFET이 가진 Sub- threshold gate tunneling, reverse-biased junction band to band tunneling과 같은 큰 전력 누설 문제를 가지고 있지 않다. 따라서 기존의 성능 및 전력문제를 크게 완화 할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 본 논문에서는 기존 Si-MOSFET 모델의 SLICE를 설계하여 성능 및 전력을 비교 분석하였으며, 시뮬레이션 결과 CNFET 모델의 SLICE가 최대 5000배 정도의 Power-Delay Product(PDP) 이득을 보였으며, 특히 전력에서 큰 이득을 보였다.