एडियाबेटिक सर्किट

एडियाबेटिक सर्किट कम-शक्ति कम बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स हैं | कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक विद्युत सर्किट  जो ऊर्जा के संरक्षण के लिए प्रतिवर्ती कंप्यूटिंग का उपयोग करते हैं।  स्थिरोष्म  शब्द एक आदर्श थर्मोडायनामिक प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसमें आसपास के वातावरण के साथ कोई गर्मी या द्रव्यमान का आदान-प्रदान नहीं किया जाता है, जो गर्मी के रूप में ऊर्जा हानि को कम करने के लिए सर्किट की क्षमता का संकेत देता है।

पारंपरिक सीएमओएस सर्किट के विपरीत, जो स्विचिंग के दौरान अपव्यय होता है, एडियाबेटिक सर्किट दो प्रमुख नियमों का पालन करके अपव्यय को कम करता है:
 * जब स्रोत (FET) और नाली (FET)FET) के बीच वोल्टेज क्षमता हो तो फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर  को कभी चालू न करें।
 * किसी ट्रांजिस्टर को तब बंद न करें जब उसमें धारा प्रवाहित हो रही हो।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के कारण, ऊर्जा को पूरी तरह से उपयोगी कार्य में परिवर्तित करना संभव नहीं है। हालांकि, एडियाबेटिक लॉजिक शब्द का उपयोग तर्क परिवारों का वर्णन करने के लिए किया जाता है जो सैद्धांतिक रूप से नुकसान के बिना काम कर सकते हैं। शब्द क्वैसी-एडियाबेटिक लॉजिक का उपयोग तर्क का वर्णन करने के लिए किया जाता है जो स्थिर सीएमओएस लॉजिक की तुलना में कम शक्ति के साथ संचालित होता है, लेकिन जिसमें अभी भी कुछ सैद्धांतिक गैर-एडियाबेटिक नुकसान हैं। दोनों ही मामलों में, नामकरण का उपयोग यह इंगित करने के लिए किया जाता है कि ये प्रणालियां परंपरागत स्थिर सीएमओएस सर्किट की तुलना में काफी कम बिजली अपव्यय के साथ काम करने में सक्षम हैं।

इतिहास
एडियाबेटिक ग्रीक मूल का एक शब्द है जिसने अपने अधिकांश इतिहास को शास्त्रीय ऊष्मप्रवैगिकी से जोड़ा है। यह एक ऐसी प्रणाली को संदर्भित करता है जिसमें ऊर्जा के बिना एक संक्रमण होता है (आमतौर पर गर्मी के रूप में) या तो सिस्टम से खो जाता है या सिस्टम से प्राप्त होता है। इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के संदर्भ में, गर्मी के बजाय इलेक्ट्रॉनिक चार्ज संरक्षित होता है। इस प्रकार, एक आदर्श एडियाबेटिक सर्किट इलेक्ट्रॉनिक चार्ज के नुकसान या लाभ के बिना काम करेगा।

सर्किटरी के संदर्भ में एडियाबेटिक शब्द का पहला उपयोग 1992 में भौतिकी और संगणना पर दूसरी कार्यशाला में प्रस्तुत किए गए एक पेपर के लिए वापस जाने योग्य प्रतीत होता है। यद्यपि ऊर्जा पुनर्प्राप्ति की संभावना का एक पूर्व सुझाव चार्ल्स एच. बेनेट (कंप्यूटर वैज्ञानिक) | चार्ल्स एच. बेनेट द्वारा दिया गया था, जहां गणना करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के संबंध में, उन्होंने कहा कि इस ऊर्जा को सैद्धांतिक रूप से बचाया और पुन: उपयोग किया जा सकता है।

सिद्धांत
ऐसे कई महत्वपूर्ण सिद्धांत हैं जो इन सभी निम्न-शक्ति एडियाबेटिक प्रणालियों द्वारा साझा किए जाते हैं। इनमें केवल स्विच को चालू करना शामिल है जब उनके बीच कोई संभावित अंतर नहीं होता है, केवल स्विच को बंद करना होता है जब उनके माध्यम से कोई प्रवाह नहीं होता है, और बिजली की आपूर्ति का उपयोग करना जो विद्युत चार्ज के रूप में ऊर्जा को पुनर्प्राप्त या पुनर्चक्रित करने में सक्षम है। इसे प्राप्त करने के लिए, सामान्य तौर पर, एडियाबेटिक लॉजिक सर्किट की बिजली आपूर्ति ने अधिक परंपरागत गैर-एडियाबेटिक सिस्टम के विपरीत निरंतर वर्तमान चार्जिंग (या इसका एक सन्निकटन) का उपयोग किया है, जो आमतौर पर एक निश्चित-वोल्टेज बिजली आपूर्ति से निरंतर वोल्टेज चार्जिंग का उपयोग करते हैं।

बिजली की आपूर्ति
रुद्धोष्म तर्क परिपथों की विद्युत आपूर्ति में भी ऊर्जा संचय करने में सक्षम परिपथ तत्वों का उपयोग किया गया है। यह अक्सर इंडक्टर्स का उपयोग करके किया जाता है, जो ऊर्जा को चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तित करके संग्रहीत करता है। एडियाबेटिक लॉजिक टाइप सिस्टम को संदर्भित करने के लिए अन्य लेखकों द्वारा उपयोग किए जाने वाले कई समानार्थक शब्द हैं, इनमें शामिल हैं: चार्ज रिकवरी लॉजिक, चार्ज रीसाइक्लिंग लॉजिक, क्लॉक-पावर्ड लॉजिक, एनर्जी रिकवरी लॉजिक और एनर्जी रीसाइक्लिंग लॉजिक। एक प्रणाली के पूरी तरह से रुद्धोष्म होने की प्रतिवर्ती आवश्यकताओं के कारण, इनमें से अधिकांश समानार्थक शब्द वास्तव में अर्ध-एडियाबेटिक प्रणालियों का वर्णन करने के लिए संदर्भित होते हैं, और अंतर-परिवर्तनीय रूप से उपयोग किए जा सकते हैं। ये शब्द संक्षिप्त और स्व-व्याख्यात्मक हैं, इसलिए एकमात्र शब्द जो वारंट को और अधिक स्पष्ट करता है वह है क्लॉक-पावर्ड लॉजिक। इसका उपयोग किया गया है क्योंकि कई रुद्धोष्म सर्किट एक संयुक्त बिजली आपूर्ति और घड़ी, या एक बिजली-घड़ी का उपयोग करते हैं। यह एक चर, आमतौर पर बहु-चरण, बिजली-आपूर्ति है जो इसे ऊर्जा की आपूर्ति करके तर्क के संचालन को नियंत्रित करता है, और बाद में इससे ऊर्जा की वसूली करता है।

चूंकि सीएमओएस में उच्च-क्यू इंडक्टर्स उपलब्ध नहीं हैं, इंडक्टर्स ऑफ-चिप होना चाहिए, इसलिए इंडक्टर्स के साथ एडियाबेटिक स्विचिंग डिज़ाइन तक ही सीमित हैं जो केवल कुछ इंडक्टर्स का उपयोग करते हैं। क्वासी-एडियाबेटिक स्टेप वाइज चार्जिंग कैपेसिटर में रिकवर की गई ऊर्जा को स्टोर करके पूरी तरह से इंडक्टर्स से बचती है। स्टेपवाइज चार्जिंग (SWC) ऑन-चिप कैपेसिटर का उपयोग कर सकता है।

एसिंक्रोबैटिक लॉजिक, 2004 में पेश किया गया, आंतरिक स्टेपवाइज चार्जिंग का उपयोग करते हुए एक CMOS तर्क परिवार डिजाइन शैली है जो कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स को संयोजित करने का प्रयास करता है क्लॉक-पावर्ड लॉजिक (एडियाबेटिक सर्किट) के प्रतीत होने वाले विरोधाभासी विचारों के कम-शक्ति लाभ और घड़ी के बिना सर्किट (अतुल्यकालिक सर्किट)।

CMOS रूद्धोष्म सर्किट
गतिशील शक्ति को कम करने के लिए कुछ शास्त्रीय दृष्टिकोण हैं जैसे आपूर्ति वोल्टेज को कम करना, भौतिक समाई को कम करना और स्विचिंग गतिविधि को कम करना। ये तकनीकें आज की बिजली की आवश्यकता को पूरा करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। हालांकि, अधिकांश शोधों ने रूद्धोष्म तर्क के निर्माण पर ध्यान केंद्रित किया है, जो कम शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक डिजाइन है।

एडियाबेटिक लॉजिक स्विचिंग गतिविधियों की अवधारणा के साथ काम करता है जो संग्रहीत ऊर्जा को आपूर्ति में वापस देकर शक्ति को कम करता है। इस प्रकार, एडियाबेटिक लॉजिक शब्द का उपयोग कम-शक्ति वाले बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण सर्किट में किया जाता है जो प्रतिवर्ती तर्क को लागू करता है। इसमें, मुख्य डिज़ाइन परिवर्तन पावर क्लॉक में केंद्रित होते हैं जो संचालन के सिद्धांत में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। पावर क्लॉक का प्रत्येक चरण उपयोगकर्ता को रुद्धोष्म सर्किट डिजाइन के लिए दो प्रमुख डिजाइन नियमों को प्राप्त करने के लिए देता है।


 * यदि किसी ट्रांजिस्टर में वोल्टेज है तो उसे चालू न करें (VDS > 0)
 * किसी ट्रांजिस्टर को बंद न करें यदि उसमें करंट प्रवाहित हो रहा हो (IDS ≠ 0)
 * कभी भी डायोड से करंट पास न करें

यदि इनपुट के संबंध में ये स्थितियाँ, पावर क्लॉक के सभी चार चरणों में, पुनर्प्राप्ति चरण ऊर्जा को पावर क्लॉक में पुनर्स्थापित कर देगा, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा की काफी बचत होगी। फिर भी एडियाबेटिक लॉजिक डिज़ाइन में कुछ जटिलताएँ बनी रहती हैं। उदाहरण के लिए, दो ऐसी जटिलताएँ हैं, समय-भिन्न शक्ति स्रोतों के लिए सर्किट कार्यान्वयन की आवश्यकता है और कम ओवरहेड सर्किट संरचनाओं द्वारा कम्प्यूटेशनल कार्यान्वयन का पालन करने की आवश्यकता है।

एनर्जी रिकवरिंग सर्किट की दो बड़ी चुनौतियाँ हैं; पहला, आज के मानकों के संदर्भ में सुस्ती, दूसरा इसमें पारंपरिक सीएमओएस की तुलना में ~50% अधिक क्षेत्र की आवश्यकता होती है, और सरल सर्किट डिजाइन जटिल हो जाते हैं।

बाहरी संबंध

 * Asymptotically Zero Energy Computing Using Split-Level Charge Recovery Logic