Avalição e comparação de diferentes topologias de XOR para desempenho e consumo de potência Fábio G. R. G. da Silva, Vagner S. Rosa, Cristina Meinhardt e Paulo F. Butzen Centro de Ciências Computacionais – C3, Grupo de Sistemas Digitais e Embarcados - GSDE Universidade Federal do Rio Grande - FURG Rio Grande, Brasil {fabiorossato, vagner.rosa, cristinameinhardt, paulobutzen}@furg.br Abstract — Este artigo apresenta análise e comparação entre diferentes arquiteturas da porta lógica XOR. O principal objetivo é comparar características elétricas e verificar quais arquiteturas são mais apropriadas para lidar com restrições em projetos de desempenho e potência em circuitos com tecnologia preditiva de 32nm. 15 diferentes arquiteturas de XOR foram investigadas, destacando-as nos critérios de desempenho e consumo de potencia. A tecnologia preditiva de 32nm é usada para obter os resultados de atraso e potência. Em termos de desempenho, as mais rápidas foram XOR V12 e XOR V15, ambas exploram o conceito de transistor de passagem. Em termos de consumo médio de potência dinâmica e estática, os resultados dão ênfase na XOR V7. A porta XOR V9 apresenta o pior desempenho e o maior consumo de potência estática e dinâmica. Keywords — Porta Lógica XOR; Desempenho; Consumo de Potência, Tecnologia Nanométrica. I. INTRODUÇÃO A função ou-exclusivo (XOR) é amplamente utilizada em sistemas digitais. Além de estarem presentes na grande maioria dos circuitos digitais, são componentes essenciais em circuitos somadores e subtratores, comparadores, geradores de paridade e corretores/detectores de erros, entre outros [1]. Consequentemente, as características da porta lógica XOR são muito importantes porque irão influenciar significativamente o desempenho final destes sistemas. Existem muitos diferentes arranjos de transistores que podem ser utilizados para implementar a função XOR. Nos últimos anos, novas topologias para a função XOR têm sido propostas [2]. A maioria dos arranjos propostos exploram conceitos de projeto de duas famílias lógicas tradicionais. São elas, a lógica CMOS e a lógica PTL (Pass Transistor Logic). A lógica CMOS é o estilo lógico padrão usualmente utilizado no projeto de biblioteca de células. Ela explora o conceito de planos complementares para atingir um consumo de potência eficiente. A lógica PTL explora a utilização dos transistores como transistores de passagem. Para diversas funções lógicas, este estilo lógico tem capacidade de conseguir uma implementação com menor número área do que a lógica CMOS. Uma destas funções lógicas é a XOR [3]. Contudo, a utilização de diversas portas lógicas PTL em cascata compromete diversas características elétricas do sistema. Muitos pesquisadores tentam propor novas topologias usando uma combinação entre as duas abordagens com o intuito de explorar as melhores características de cada estratégia [1- 3][5][6][10]. A grande maioria dos sistemas atuais são projetados considerando informações de desempenho e consumo de potência. Frente a grande diversidade de arranjos de transistores que implementam a função lógica XOR, percebe-se a necessidade de verificar o comportamento destes diferentes arranjos em uma mesma estrutura de testes para que se alcance uma comparação justa. Este artigo baseia-se neste contexto, onde são analisadas diversas portas lógicas XOR. Foram selecionadas algumas estruturas, validando-as logicamente e caracterizando-as eletricamente, obtendo assim resultados que permitem avaliar de forma justa as melhores alternativas para cada tipo de aplicação. O restante do artigo é organizado da seguinte maneira. A Seção II apresenta as topologias de portas logicas XOR que foram avaliadas neste trabalho. A metodologia apresentada na Seção III explora a descrição dos circuitos e características de simulação. Os resultados obtidos são discutidos na Seção IV. Finalmente, a Seção V apresenta as considerações finais. II. TOPOLOGIAS DE XOR’S A função ou-exclusivo, conhecida geralmente por XOR é uma operação lógica entre dois operandos que resulta em um valor lógico verdadeiro se e somente se exatamente um dos operandos possui valor verdadeiro. Comumente, pode ser representada pelo símbolo ⊕. Sendo assim f= A ⊕ B, é uma representação para um função ou-exclusivo de 2 entradas, A e B. A Tabela 1 apresenta a tabela verdade da função XOR. TABELA I. TABELA VERDADE DA FUNÇÃO XOR Entrada Saída A B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0