T E L KO M N I KA  T e lec om m u n icat ion ,   Com p u t i n g,   E lec t r on ics   an d   Cont r ol   Vol.   18 ,   No.   1 F e br ua r y   2020 ,   pp.   234 ~ 2 39   I S S N:  1693 - 69 30,   a c c r e dit e F ir s G r a de   by  Ke me nr is tekdikti ,   De c r e e   No:   21/E /KP T /2018   DO I 10. 12928/ T E L KO M NI KA . v18i1. 12645     234       Jou r n al  h omepage ht tp: // jour nal. uad . ac . id/ index . php/T E L K OM N I K A   N ovel   hi gh  f unct i onal i t f aul t   t ol e rant   A L U       S h ave t T h ak r al,   Dip ali   B an s al   D ep ar t men t   o E l ect r o n i cs   an d   Co mm u n i cat i o n   E n g i n ee ri n g ,   Facu l t y   o E n g i n eeri n g   an d   T ec h n o l o g y ,   Man av   Rach n In t ern a t i o n a l   In s t i t u t o f   Res earch   an d   St u d i es ,   In d i a       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived  M a r   11 ,   2019   R e vis e J ul  3 ,   20 19   Ac c e pted  Ju l   2 1 ,   20 19       Mi n i at u ri za t i o n ,   co s t ,   f u n c t i o n a l i t y ,   c o mp l ex i t y   an d   p o w er  d i s s i p a t i o n   are   i mp o rt a n t   an d   n eces s ary   d e s i g n   t ra i t s   w h i ch   n ee d   at t en t i o n   i n   ci rcu i t   d es i g n i n g .   T h ere   i s   a   t ra d o ff   b e t w ee n   mi n i a t u ri zat i o n   an d   p o w er   d i s s i p at i o n .   Smart   t ech n o l o g y   i s   al w ay s   s earc h i n g   f o n ew   p ara d i g ms   t o   co n t i n u i mp r o v p o w er  d i s s i p at i o n .   Rev er s i b l l o g i i s   o n o s mart   co mp u t i n g   d ep l o y ed   t o   a v o i d   p o w er  d i s s i p at i o n .   Res ea rch ers   h av p r o p o s ed   man y   rev er s i b l l o g i c - b a s ed   ari t h me t i a n d   l o g i u n i t s   (A L U ).   H o w ev er,     t h res earch   i n   t h area  o fau l t   t o l eran t   A L U   i s   s t i l l   u n d er  p ro g re s s .   T h ai m   o t h i s   p ap er  i s   t o   b ri d g t h k n o w l ed g g ap   fo n ew   res earch er  i n   area  o fau l t   t o l eran ce  u s i n g   p ar i t y   p res er v i n g   l o g i g a t es   rat h er   t h an   s earc h i n g   h u g e   d at t h ro u g h   v ari o u s   s o u rce s .   T h i s   p a p er  al s o   p res e n t s   h i g h   fu n c t i o n a l i t y   b as e d   n o v el   fa u l t   t o l era n t   ari t h me t i a n d   l o g i c   u n i t   arch i t ec t u re.     A   co m p ari s o n   o n   o p t i mi za t i o n   a s p ec t s   i s   p re s en t ed   i n   t ab u l ar  f o rm  an d   res u l t s   s h o w s   t h a t   p ro p o s ed   A L U   arc h i t ect u re  i s   o p t i m u b al a n ce  i n   t erms   o f   al l   as p ect s   o rev er s i b l l o g i s y n t h e s i s .   T h p r o p o s e d   A L U   arch i t e ct u re  i s   co d e d   i n   V eri l o g   H D L   an d   s i m u l a t ed   u s i n g   X i l i n x   ISE   d es i g n   s u i t   1 4 . 2   t o o l .   T h q u an t u co s t   o al l   g at e s   u s e d   i n   p r o p o s e d   arch i t ec t u re  i s   v eri f i ed   u s i n g   RCV i ew er   +   t o o l .   K e y w o r d s :   AL U   F a ult   tol e r a nt   P owe r   dis s ipation   R e ve r s ibl e   logi c   S ynthes is   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA l i ce n s e .     C or r e s pon din A u th or :   S ha ve ta  T ha kr a l,   De pa r tm e nt  of   E lec tr onics   a nd  C omm unica ti on   E n ginee r ing,   F a c ult y   of   E nginee r ing   a nd  T e c hnology ,   M a na R a c hna   I nter na ti ona I ns ti tut e   of   R e s e a r c S tudi e s ,     F a r idaba d,   I nd ia.   E mail:   s ha ve ta. f e t@m r iu. e du. in       1.   I NT RODU C T I ON   R e ve r s ibl e   c omput ing  is   f ound   to   be   one   of   the   e mer ging  a nd   pr omi s ing   tec hnologi e s   to   ove r c ome   powe r   dis s ipation  due   to  los s   of   bit s .   R olf   L a nda u e r   [ 1]   a nd  C . H .   B e nne tt   [ 2] ,   joi ntl a ddr e s s e the  is s ue   a nd   s hown  the  dir e c ti on  to  wor k   in   thi s   a r e a .   s igni f i c a nt  wor ha s   be e a lr e a dy  done   by  many  r e s e a r c he r s   a nd  e f f icie nt  a r c hit e c tur e s   ha ve   be e inves ti ga ted.   S mar r e ve r s ibl e   c ompu ti ng  is   incor por a ti ng   f a ult   tol e r a nc e   mec ha nis m   in  e xis ti ng  a r c hit e c tur e s .   C ir c uit   de s ig ne f o r   a ny   a ppli c a ti on  is   r e li a ble   a nd  r obus t   onl if   f a ult   c ove r a ge   a nd  tes table   f e a tur e s   a r e   e mbedde int o   it .   F a ult   tol e r a nc e   e mbedding  a voids   a ddit ional  ha r dwa r e   a nd  c ompl e xit ove r he a d.   I or de r   to  a c hieve   r ob us tnes s   a nd  making  r e ve r s ibl e   logi c   ba s e de s ig ne s ys tem  f a ult   tol e r a nt;   pa r it p r e s e r ving  logi c   ga tes   a r e   us e d.   C ompl e x   c omput ing   e nvir onment   is   s witching   f r om  pe ta   s c a le  to  e xa   s c a le  a nd  f a ult   tol e r a nt   AL is   he a r o f   it .     P a r it p r e s e r ving  logi c   ga tes   a r e   ba s e on   pr inciple  of   holdi ng   pa r it y .   I f   in put   ve c tor   ( AB C )   o f     3*3  ga te   holds   e ve n/odd  pa r it y ,   then  outpu ve c t or   ( P QR )   s hould   a ls hold   e ve n/odd   pa r i ty.   C ons e r va ti ve   ga te  is   not  only  pa r it pr e s e r ving  bu it   a ls maintains   e qua number   of   1’ s   in   both  input   a nd  output   v e c tor s .   I t   is   e a s to  inves t igate   pa r it pr e s e r ving  r e ve r s ibl e   logi c   ga te  but  making  it   c ons e r va ti ve   is   a   bit   int r a c table .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA T e lec omm un   C omput   E l   C ontr ol         N ov e high  functional it y   faul tol e r ant  A L U   ( Shav e ta  T hak r al )   235   F r e dkin  ga te   is   e xc lus ively  de s igned  to   maintain   c ons e r va ti ve   pr ope r ty .   R e s e a r c he r s   ha ve   inves ti ga t e many  pa r it y   pr e s e r ving   logi c   ga tes .   S ome  o f   them   a r e   one   th r ough  a nd   c ons e r va ti ve   a ls o.   M os o f   the   r e s e a r c he s   ha ve   s hown  qua ntum   e quivale nc e   of   their   pr opos e ga tes   a nd  de f ined  their   c or r e s ponding  qua ntum   c os ye t   qua ntum   c os of   s ome  is   s ti ll   unknown  a nd   ne e to   be   inves ti ga ted  li ke   P R UG   a nd   P P P G   ga tes .   I the  p a s f e ye a r s   r e s e a r c he r s   h a ve   made   e f f or ts   to  de s ign  r e ve r s ibl e   logi c   ba s e A L [3 - 6 ] .   How e ve r ,   ti ll   now  a va il a ble  r e s e a r c r e s ult s   on  f a ult   tol e r a nt  a r it hmetic   logi c   unit   a r e   ve r f e w.     Gua e a l .   [ 6]   pr opos e opt im ize a r i thm e ti c   a nd   logi c   c ir c uit   but   f a ult   tol e r a nc e   is   mi s s ing  in   their   de s ign.   R a ks hit a nd  S a li gr a [ 7]   p r opos e f a ult   tol e r a nt  a r it hmetic   logi c   unit   us ing  pa r it y   pr e s e r ving   l ogic  but  c ompl e xit of   c ir c uit   is   high  f or   bit   AL a s   divi de   a nd  c onque r   a ppr oa c is   mi s s ing.   M a ny  other   r e s e a r c h e r s   ha ve   obtaine good   r e s ult s   in   AL o pti mi z a ti on  [ 8 9] .   S a li gr a m   e t   a l. ,   [ 10]   ha ve   p r op os e two  f a ult s   tol e r a nt   AL a r c hit e c tur e s   but   qua ntu c os t   of   both   c ir c uit s   is   uns pe c if ied .   B a s hir a nd     Ha ghpa r a s [ 11]   pr opos e f a ult   tol e r a nt  AL a r c hit e c tur e   but   ga r ba ge   a nd  a nc il lar li ne s   r e main  unopti mi z e d   as   c ompar e   to  number   of   ope r a ti ons   pe r f or med .   Author s   pr opos e a nd  a na lyze a   ba s ic  model  of   f a ult   tol e r a nt  r e ve r s ibl e   AL but   qua ntum   c os t   is   high   a nd  number   of   ope r a ti ons   a r e   li mi ted  [ 12 ] .   F a ult   t oler a nc e   i s   incor por a ted  in  1 - bit   AL s tr uc tur e   ba s e on   pa r it y   pr e s e r ving  ga tes   including  F T R A,   F r e dkin  a nd  double  F e ynman  ga tes .   T he r e   is   opti mum   uti l iza ti on  of   r e s our c e s   but   f unc ti ona li ty   is   li mi te [ 13] .     M oa ll e e a l. ,   [ 14]   pr ovided  a nother   a ppr oa c of   de s ig ning  a r it hmetic  a nd  logi c   unit   but  f a ult   t oler a nc e   f e a tur e   is   no a dde d   to   c ir c uit .   Anothe r   unique   a p pr oa c of   AL de s ign  is   pr e s e nted  in   r e s e a r c w or [ 15 ] .     S e e a l. ,   [ 16]   p r opos e 1 - bit   AL s tr uc tur e   but   many  de s ign  tr a it s   r e main  unopti mi z e d .   P r opos e d   de s ign  doe s   not  e ve s uppor t   f a ult   tol e r a nc e .     T ha kr a a nd  B a ns a [ 17]   p r opos e f a ult   tol e r a nt   AL a r c hit e c tur e   us ing  pa r it pr e s e r ving  logi c   ga tes   but  una ble   to   pr ove   it   c ompl e tely  f a ult   tol e r a nt   du e   to   us e   of   HN G   ga te.     S ome  r e s e a r c he r s   ha ve   inv e s ti ga te pa r it pr e s e r ving  r e ve r s ibl e   logi c - ba s e ga tes   a n uti li z e them  to  de s ign  f a ult   tol e r a nt   AL but  qua ntum   c os of   their   pr opos e AL r e mains   uns p e c if ied  [ 18 19] .   I mpl e menta ti on  a nd  c ompar a ti ve   a n a lys is   of   e xis ti ng  AL de s igns   is   f oc us s e to  inves ti ga te   s c ope   of   im p r ove ment  in   s tate   o f   the   a r t   [ 20 ] .     I 2016,     M is r a   e a l. ,   [ 21]   pr opos e ne tec hnique  f or   f a ult   tol e r a nt  AL de s ign  with   32  ope r a ti ons   but  the r e   a r e   s ome  r e dunda nt  ope r a ti ons .   R a him pour   a nd   J a f a r [ 22]   pr opos e f a ult   to ler a nt  AL us ing  QC te c hnology  QC a na lys is   s how s   good  r e s ult s   a s   f a r   a s   de lay  a nd  a r e a   a r e   c onc e r ne but  f unc ti ona li ty   a nd  qua ntum   c os a ls o   ne e to   be   f oc us e in   thi s   wo r k.   B a ha dor i   e t   a l. ,   [ 23 ]   pr opos e r e ve r s ibl e   c ontr ol   unit   wi th  f a ult   t oler a nc e   mec ha nis m.   T he   qua ntum   c os t   is   opti mum   in   ter m s   of   number   of   ope r a ti ons   but  f o r   c ompl e te  AL U,   qua ntum   c os will   r is e   with   c i r c uit   e xpa ns ion.   Da s   a nd   C h a nda r a [ 24]   p r opos e 1 - bit   AL U   incor por a ted   w it f a ul tol e r a nc e .   T he r e   is   opt im um  uti li z a ti on   of   r e s our c e s   li ke   c ons tant  input   li n e s ,   ga r ba ge   output   li ne s   a nd  ga te  c ount  a s   f a r   a s   number   of   ope r a ti ons   a r e   c onc e r n e but  the r e   is   s c ope   o f   i mpr ove ment  o f   it s   f unc t ions   a nd  qua ntum   c os t.   T ha k r a a nd  B a ns a [ 25 26]   pr opos e r e duc e qua ntum   c os t - ba s e f a ult   tol e r a nt  AL a r c hit e c tur e s .   E a c h   e xis ti ng   de s ign  ha s   s ome  a dva ntage s   a nd  li mi tations .   How e ve r ,   ther e   is   a   lot   of   s c ope   f or   f ur ther   im pr ove ment   of   opti mi z a ti on   metr ics   li ke   qua ntum   c os t,   a nc il lar y   input s ,   number   of   ope r a ti ons   a nd  ga r ba ge   output s .   T his   pa pe r   p r e s e nts   a   nove l ow  c ompl e x   an high   f unc ti ona li ty - ba s e d   f a ult   tol e r a nt   a r it hmetic  logi c   unit .   P r opos e f a ult   tol e r a nt  a r it hmetic  logi c   unit   is   de s igned  ba s e on  c ons e r va ti ve   a nd  pa r it pr e s e r ving  F r e dkin ,   low   qua ntum   c os pa r it pr e s e r ving  ba s e “D ouble  F e ynman   a nd  high  f unc ti ona li ty  pa r it y   pr e s e r ving  ba s e F T R A”   ga t e s .   br ief   ins ight   int o   us e pa r it pr e s e r ving  log ic  ga tes   a long  with  e xpr e s s ion  a nd  qua ntum   im p leme ntation  is   given  in  T a ble  1 .   T he   methodology   o f   p r opos e AL de s ign,   pr opos e nove a r c hit e c tur e ,   de s ign  t r a it s   c ompar is on  a nd  c onc lus ion  a r e   given  in  s e c ti on  to   5       T a ble  1.   P opular   pa r it y   pr e s e r ving  logi c   ga tes   R e ve r s ib le   lo gi c  ga te   E xpr e s s io n   Q ua nt um  i mpl e me nt a ti on   F r e dki n       D oubl e  F e ynma n       F a ul to le r a nt  r e ve r s ib le  a dde r   ( F T R A )           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I S S N : 1693 - 6930   T E L KO M NI KA T e lec omm un   C omput   E l   C ontr ol Vol.   18 ,   No.   1 F e br ua r y   2020:    2 34   -   2 39   236   2.   M E T HO DOL OG OF   P RO P OS E DE S I GN   T he   pr opos e f a ult   tol e r a nt  a r it hmetic  logi c   unit   a r c hit e c tur e   is   de s igned  to  ke e in  view   e nha nc ing   f unc ti ona li ty.   P r opos e c i r c uit   is   de s igned  us ing  s ix  F r e dkin   ga tes ,   f ou r   D ouble   F e ynman   g a te s   a nd  one   F T R ga te   whic a r e   pa r it y   pr e s e r ving  ga tes .   P r opos e C ir c uit   is   s hown  in  F igu r e   1 .   Double   F e ynman  ga te  1   is   pa s s ing  B   or   B   a s   p e r   s e lec li ne   S 0.   F r e dkin  ga te  1   is   a c ti ng  a s   2:1  mul ti plexe r .   S a nd  T a r e   input s   of   mul ti plexe r   a nd   S i s   a c ti ng  a s   s e lec ti on  li ne .   F r e dkin  ga te   1   is   pa s s ing  0,   1,   B   a nd  B   a s   pe r   de s ir e logi c   de pe nding  upon  c ombi na ti on  o f   S a nd  S 2.   Double   F e ynman  ga te  2   is   dupli c a ti ng  a s   we ll   a s   inver ti ng  the  input   s ignal.   Double   F e ynman  ga te  2   is   pa s s ing  B   or   B   a s   pe r   de s ir e logi c   de pe ndi ng  upon  s e lec li ne   S 3.   F r e dkin   ga te  2   is   a c ti ng  a s   2:1   mu lt ipl e xe r .   S a nd   T 3   a r e   two   input   li ne s   a nd  S is   a c ti ng  a s   s e lec li ne .   I t   is   pa s s ing  S ( logi c   0   /l ogic  1 )   o r   T 3   ( s ignal  B /B )   a s   pe r   de s ir e logi c   de pe ndi ng  upon   c omb ination  of   S 4   a nd  S 5 .   Double   F e ynman   ga te  3   is   dupl ica ti ng  a s   we ll   a s   inver ti ng   input   s ign a a s   pe r   r e quir e ment.   Double   F e ynman  ga te  3   is   pa s s ing  a s   we ll   a s   A’   a s   pe r   de s ir e logi c   de pe nding  up on  s e lec li ne s   S a nd  S 7 .   Double   F e ynman  ga te  4   is   us e to  a void  f a n   out  p r oblem  a nd  c opying   S s ign a on  a ll   thr e e   output   li ne s .   Double   F e ynman  ga te   4   is   pa s s ing  0   o r   1   c hos e by  s e lec t   li ne   S 8.   F r e dkin   g a te  3   is   pa s s ing  logi c   0   or   logi c   1   or   s ignal  o r   A B   or   AB   or   A’ B   or   A+ B   or   A+ B   a s   pe r   de s ir e logi c   de pe nding  upon   c ombi na ti on   of   T 6 ,   T 4   a nd   T 7 .   I f   T 7   is   0 ,   then   AN o f   c ompl e ment  o f   s ignal  on   T input   li ne   a nd   s ignal  on   T 4   input   li ne   is   p r oduc e on   T output   li ne .   I f   T 7   is   1 ,   T he n   OR   o f   s ignals   on   T a nd   T 4   input   li ne s   is   pr oduc e on   T 8   outpu t   li ne .           F igur e   1.   P r opos e high   f unc ti ona li ty   f a ult   tol e r a nt   r e ve r s ibl e   AL a r c hit e c tur e         F T R ga te   is   5x5  pa r it pr e s e r ving  f a ult   tol e r a nt  r e ve r s ibl e   a dde r   ga te  whic c a wor a s   f ull   a dde r   a s   we ll   a s   f ull   s ubtr a c tor   a long  with  pe r f or mi ng  other   l ogica ope r a ti ons pr oving  it   to  be   a   univer s a logi c   ga te.   F T R A   is   ope r a ted  unde r   va r ious   c ombi na ti ons   of   s e lec ti on  l ines   to  pe r f or m   12   logi c a op e r a ti ons   a nd  28  a r i thm e ti c   ope r a ti ons .   I n   tot a l   it   c a pe r f or 40   ope r a ti ons .   T his   high  f unc ti ona li ty  p r ove s   it   to   be   opti mum   a r it hmetic  logi c   unit .   F our tee s e lec ti on  li ne s   a r e   us e to  c ontr ol  ope r a ti on   of   a r i thm e ti c   a nd  logi c   unit .   F o r   pe r f or mi ng   logi c a ope r a ti ons ,   S 3   is   put  d on’ c a r e ,   S 4,   S 6   a nd  S 7   a r e   put   to  z e r o .   L ogica op e r a ti ons   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA T e lec omm un   C omput   E l   C ontr ol         N ov e high  functional it y   faul tol e r ant  A L U   ( Shav e ta  T hak r al )   237   XO R ,   XN OR ,   A   a nd   A’   a r e   ob taine on   F 1   output   li ne ,   AN D,   NO R ,   OR ,   NA ND   a r e   obtaine on   F 2   li ne   a nd   ( A+ B ) ,   ( A’ + B ) ,   AB ,   A B   a r e   obtaine on  F 3   output   li ne .   I f   input   ve c to r   of   F T R is   c ons i de r e a s   A, B , C , D, E   a nd  output   ve c tor   is   c ons ider e a s   P , Q, R , S , T   then  F T R wor ks   a s   f ull   a dde r   with  thr e e   input s   A, B   a nd  C in  a r e   pr ovided  on  A, B , C   li ne s   a nd  D,   E   a r e   put  to  z e r .   I thi s   a r r a nge ment,   s um  is   obtaine on  R   li ne   a nd  C out  is   obtaine on  S   li ne .   W hil e   f or   s ubtr a c ti on  input s   A,   B   a nd  B in  a r e   pr ovided  on  A,   B   a nd  D   li ne s   r e s pe c ti ve ly  a n C ,   E   a r e   put   to  z e r o .   I n   thi s   a r r a nge ment,   Dif f e r e nc e   is   obtaine on  R   li ne   a nd   B out  is   obtaine on  T   li ne .   F r e dkin   ga te  5   is   a c ti ng  a s   2:1  mul ti plexe r .   F a nd  F a r e   two   input   li ne s   a n S 12  is   a c ti ng  a s   s e lec li ne .   I is   pa s s ing  F o r   F 2   on  f u nc out put  li ne   a s   pe r   de s ir e logi c   de pe nding  up on  s e lec li ne   S 12 .   F r e dkin   ga te   6   is   a c ti ng  a s   2:1   mul ti ple xe r .   I is   pa s s ing  f unc ( F o r   F 2 )   o r   F 3   on  f unc   ou tput   li ne   a s   pe r   de s ir e logi c   de pe nding  upon   s e lec li ne   S 1 3.       3.   P ROP OS E F AU L T   T OL E RA NT   AL AR C HI T E C T UR E   T he   p r opos e F a ult   tol e r a nt   AL a r c hit e c tur e   is   c onf igu r e to   pe r f or m   40   ope r a ti ons   including     12  logi c a a nd   28  a r it hmetic  ope r a ti ons .   L is of   logi c a ope r a ti ons   pe r f o r med  by   pr opos e a r it hm e ti c   a nd  logi c a unit   is   s hown  in  T a ble  2.   F or   pe r f o r mi ng  l ogica ope r a ti ons S is   put   to  don c a r e   c ondit i on  while   S 4,   S 6 ,   S a nd  S 9   a r e   put  to   0.   L is of   a r it hmetic  ope r a ti ons   a r e   divi de int two  s e ts .   Ar it hmetic  o pe r a ti ons   s e c ompr is e s   of   a ddit ion  r e late ope r a ti ons   a nd  Ar it hmetic  ope r a ti ons   s e c ompr is e s   of   s ubtr a c ti on  r e late ope r a ti ons .   F or   s e t - 1ope r a ti ons S 9,   S 10,   S 11,   S 12  a nd  S 13   a r e   put  to   while  f o r   s e t - ope r a ti ons S is   put   e qua to   1   a nd   S 10 ,   S 11 ,   S 12   a nd  S 13   a r e   pu to   0 .   L is t   of   a r it h metic  ope r a ti ons   pe r f or med   by   p r opos e d   a r it hmetic  a nd  lo gic  unit   is   s hown  in  T a ble  3.   T ot a ope r a ti ons   c ount  is   40  making  it   high  f unc ti ona li ty  f a ult   tol e r a nt  a r it hmetic   a nd   logi c a unit .   P r opos e high   f unc ti ona li ty   f a ult   tol e r a nt   r e ve r s ibl e   AL a r c hit e c tur e   is   s hown  in  F igur e   1.   As   p r opos e nove l   a r c hit e c tur e   c ons is ts   of   s ix  F r e dkin   ga tes   ( with   qua ntum   c os o f     e a c h ) ,   f our   double  F e ynman  ga tes   ( with  qua ntu c os of   e a c h)   a nd  one   F T R ga te  with  qua ntu c os of   8.   T he r e f or e ,   tot a qua ntum   c os c a lcula ted   is   46.   T he   s im ulation  wa ve f o r of   pr opos e high   f unc ti o na li ty  f a ult   tol e r a nt   r e ve r s ibl e   AL a r c hit e c tur e   is   s hown   in  F igu r e   2       T a ble  2.   L ogica ope r a ti ons   S0   S1   S2   S5   S8   S 10   S 11   S 12   S 13   f unc   0   1   x   0   0   0   1   0   0   A  X O R  B   0   1   X   0   0   0   1   1   0   A  A N D  B   0   1   X   0   0   0   1   X   1   A + B   0   1   X   0   0   1   0   0   0   A  X N O R  B   0   1   X   0   0   1   0   1   0   A  N O R  B   0   1   X   0   0   1   0   X   1   A + B   0   1   X   1   1   0   0   1   0   A  O R  B   0   1   X   1   1   0   0   X   1   A B   0   1   X   1   1   1   1   1   0   A  N A N D  B   0   1   X   1   1   1   1   X   1   A B   X   0   0   0   0   0   1   0   0   A   X   0   1   0   0   0   1   0   0   A’       T a ble  3.   Ar it hmetic   ope r a ti ons   S0   S1   S2   S3   S4   S5   S6   S7   S8   F unc  ( S e t - 1)   F unc  ( S e t - 2)   X   0   0   1   1   X   1   1   0   A  pl us  A B   A  mi nus  A B   1   1   X   0   1   X   1   1   0   A  pl us  B  pl us  A B   A  mi nus  B  mi nus  A B   0   1   X   1   1   X   1   1   0   A  pl us  B  pl us  A B   A  mi nus  B  mi nus  A B   0   1   X   X   0   0   0   0   0   A  pl us  B   A  mi nus  B   1   1   X   X   0   0   0   0   0   A  pl us  B   A  mi nus  B   X   0   0   0   1   X   1   1   0   A  pl us  A B   A  mi nus  A B   1   1   X   X   0   0   0   0   1   A  pl us  B  pl us  A   A  mi nus  B  mi nus  A   0   1   X   X   0   0   0   0   1   A  pl us  B  pl us  A   A  mi nus  B  mi nus  A   X   0   0   0   1   X   0   0   0   A  pl us  A B   A  mi nus  A B   0   1   X   0   1   X   0   0   0   A  pl us  B  pl us  A B   A  mi nus  B  mi nus  A B   1   1   X   0   1   X   0   0   0   A  pl us  B  pl us  A B   A  mi nus  B  mi nus  A B   X   0   0   0   1   X   0   0   1   A  pl us  ( A + B )   A  mi nus  ( A + B )   X   0   0   1   1   X   0   0   1   A  pl us  ( A + B )   A  mi nus  ( A + B )   X   0   0   X   0   0   0   0   1   A  pl us  A   A  mi nus  A     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I S S N : 1693 - 6930   T E L KO M NI KA T e lec omm un   C omput   E l   C ontr ol Vol.   18 ,   No.   1 F e br ua r y   2020:    2 34   -   2 39   238       F igur e   2.   S im ulation   wa ve f or m   of   pr opos e f a ult   t oler a nt  r e ve r s ibl e   AL a r c hit e c tur e         4.   COM P AR I S ON  AN RE S UL T S   T he   pr opos e d   nove high   f unc ti ona li ty   f a ult   tol e r a nt   AL a r c hit e c tur e   is   c ompar e d   wit   De s ign  [ 6] ,   De s ign   2   [ 7]   a nd   De s ign  3   [ 21 ]   in   ter ms   of   im po r tant   r e ve r s ibl e   de s ign   tr a it s .   T he   p r opos e d   a r c hit e c tur e   is   de s igned   with  mi nim um  qua ntum   c os t 46   a nd  highes ope r a ti ons 40 T he r e   i s   dr a s ti c   r e duc ti on  in   r e ve r s ibl e   logi c   ga tes ,   c ons tant  inpu li ne s   a nd  c ompl e xit y   is   a ls a voided.   R e ve r s ibl e   de s ign  tr a it   c ompar is on  s he e t   of   va r ious   AL de s ign s   is   p r e s e nted  in  T a ble  4 .   c ompa r is on  on  opti mi z a ti on  a s pe c ts   is   pr e s e nted  in  tabula r   f o r a nd  r e s ult s   s hows   that  pr opos e AL a r c hit e c tur e   is   opti mum   ba lanc e   in  ter ms   of   a ll   a s pe c ts   of   r e ve r s ibl e   logi c   s ynthes is .   B a r   c ha r r e pr e s e ntation  is   s hown  in  F igur e   to   c ompar e   e v a luation  r e s ult s   a nd  c lea r   unde r s tanding.           F igur e   3.   B a r   c ha r t   c ompar is on  f o r   qua nti tative   a n a lys is   T a ble  4.   R e ve r s ibl e   de s ign  tr a it   c ompar is on   s he e t   A L U   D E S I G N S   D e s ig n   1   [ 6]   D e s ig n   2   [ 7]   D e s ig 3   [ 21]   P r opos e F a ul T ol e r a nt   A L U   A r c hi te c tu r e   N o. of   G a te s   24   17   16   1 1   Q ua nt um  C os t   70   595   77   46   O pe r a ti ons   32   32   32   40   G a r ba ge   O ut put s   12   37   25   20   A nc il la r I nput s   12   33   25   4   F a ul T ol e r a nc e   No   Y e s   Y e s   Y e s         5.   CONC L USI ON   T he   pr opos e nove high  f unc ti ona li ty   f a ult   to ler a n AL d e s ign  pr omi s e s   the  low  qua ntum   c os t   a nd   high  f unc ti ona li ty   a s   c ompar e   to   other   e xis ti ng  d e s igns .   T he   ba r   c ha r c ompar is on   o f   p r opos e no ve high  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA T e lec omm un   C omput   E l   C ontr ol         N ov e high  functional it y   faul tol e r ant  A L U   ( Shav e ta  T hak r al )   239   f unc ti ona li ty  f a ult   tol e r a nt  AL de s ign  ove r   e xi s ti ng  AL de s ign  1,   a nd   3   qua nti tatively   de m ons tr a tes     25%   incr e a s e   in  f unc ti ona li ty  with  40%   r e duc t io in  qua ntum   c os a s   c ompar e   to  be s r e s ult s   in  l it e r a tur e .   F a ult   tol e r a nc e   a nd   tes pa tt e r ns   not   only   make   s ys tem  r obus t   but   a ls de mande d   by   s mar c o mput ing   r e quir e f or   indus tr ial  a nd  c omm e r c ial  a ppli c a ti on s .   T his   r e s e a r c may  be   f ur ther   e xtende f o r   mul ti bit   f a ult   de tec ti on  a nd  c or r e c ti on  a long   with  f unc ti ona li ty  e nha nc e ment .       RE F E RE NC E S     [1 ]   L an d au er  R. ,   Irrev er s i b i l i t y   an d   H ea t   G en erat i o n   i n   t h Co m p u t i n g   Pr o ces s ,   IB M   Jo u r n a l   o f   R es e a r c h   a n d   D evel o p m en t ,   v o l .   5 ,   n o .   3 ,   p p .   1 8 3 - 1 9 1 ,   1 9 6 1 .   [2 ]   Ben n e t t   C. L o g i cal   Rev ers i b i l i t y   o Co mp u t a t i o n ,   IB M   Jo u r n a l   o f   R es e a r c h   a n d   D eve l o p m e n t ,   v o l .   1 7 ,   n o .   6 ,     p p .   5 2 5 - 5 3 2 ,   1 9 7 3 .     [3 ]   T h o ms e n   M . ,   G l ü ck   R . ,   A x el s e n   H . ,   Rev ers i b l A ri t h met i L o g i U n i t   fo Q u an t u A ri t h me t i c,   Jo u r n a l   o f   P h y s i c s   A M a t h em a t i ca l   a n d   Th e o r e t i c a l ,   v o l .   4 3 ,   n o .   3 8 ,   2 0 1 0 .     [4 ]   Mat t h ew   M,   Mat t h e w   L ,   Ri ch ard   M,   N ag araj a n   R. ,   “D es i g n   o N o v e l   Rev ers i b l A L U   u s i n g   an   E n h a n ced   Carr y   L o o k   A h ead   A d d er,   11 th   IE E E   In t er n a t i o n a l   C o n f er e n c o n   Na n o t ech n o l o g y ,   2 0 1 2 .     [5 ]   Sy amal Y ,   T i l ak   A . ,   Rev er s i b l A ri t h me t i L o g i U n i t ,   2 0 1 1   3 rd   I n t e r n a t i o n a l   Co n f er en ce  o n   E l ect r o n i cs   Co m p u t er   Tech n o l o g y ,   2 0 1 1   [6 ]   G u an   Z . ,   L i   W . ,   D i n g   W . ,   H an g   Y . ,   N i   L . ,   A n   A r i t h me t i L o g i U n i t   D es i g n   Bas e d   o n   Rev ers i b l L o g i G at es , ”  P r o ceed i n g s   o f   2 0 1 1   IE E E   P a ci f i R i m   C o n f er e n ce  o n   Co m m u n i c a t i o n s ,   Co m p u t e r s   a n d   S i g n a l   P r o ce s s i n g ,   2 0 1 1 .     [7 ]   Rak s h i t h ,   T . R.   an d   Sal i g ram,   R. ,   Pari t y   Pres er v i n g   L o g i Bas ed   Fau l t   T o l era n t   Re v ers i b l A L U , ”  2 0 1 3   IE E E   Co n f er e n ce  o n   I n f o r m a t i o n   Co m m u n i ca t i o n   Tech n o l o g i e s ,   2 0 1 3 .   [8 ]   Si n g h   R,   U p a d h y a y   S,   S,   J ag an n a t h   K ,   H ar i p ra s ad   S. ,   E ffi ci en t   D e s i g n   o A ri t h m et i L o g i U n i t   u s i n g   Rev ers i b l L o g i G at es ,”   In t er n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   A d v a n ce d   R es e a r c h   i n   Co m p u t er   E n g i n ee r i n g   Tech n o l o g y   (IJA R C E T),   v o l .   3 ,   n o .   4 ,   p p .   1 4 7 4 - 1 4 7 7 ,   2 0 1 4 .     [9 ]   G u p t A ,   Mal v i y U ,   K a p s V . ,   D e s i g n   o S p eed ,   E n erg y   a n d   Po w er  E ff i ci e n t   Rev er s i b l L o g i Bas e d   V ed i A L U   fo D i g i t a l   Pro ce s s o rs ,   2 0 1 2   N i r m a   U n i ver s i t y   In t er n a t i o n a l   C o n f er e n ce  o n   E n g i n ee r i n g   (N U i C O NE ),   2 0 1 4 .   [1 0 ]   Sal i g ram  R. ,   Sh ri d h ar  H e g d S. ,   A .   K u l k arn i   S,   H . R.   Bh ag y a l ak s h m i ,   M. K .   V en k at e s h a,   D es i g n   o Pari t y   Pres erv i n g   L o g i Bas e d   Fau l t   T o l eran t   Rev er s i b l A ri t h met i L o g i U n i t ,”   In t er n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   V LS D es i g n   Co m m u n i ca t i o n   S ys t em s ,   v o l .   4 ,   p p .   5 3 - 6 8 ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]   Bas h i ri   R . ,   H ag h p ara s t M . ,   D es i g n i n g   N o v el   N an o m et ri Pari t y   Pres erv i n g   Rev ers i b l A L U ,”   Jo u r n a l   o f   B a s i c   a n d   A p p l i ed   S ci e n t i f i R es e a r c h ,   v o l .   3 ,   n o .   6 ,   p p .   5 7 2 - 5 8 0 ,   2 0 1 3 .   [1 2 ]   Safari   P . ,   H ag h p aras t   M . ,   A zari   A . ,   Bran c h   A . ,   A   D e s i g n   o Fau l t   T o l er an t   Rev ers i b l A r i t h met i L o g i U n i t ,”   Li f e   S c i en ce  J o u r n a l ,   v o l .   9 ,   n o .   3 ,   p p .   6 4 3 - 6 4 6 ,   2 0 1 2 .   [1 3 ]   Sen   B . ,   G an eri w a l   S . ,   Si k d ar  B K. ,   Rev er s i b l L o g i c - Bas ed   Fa u l t - T o l era n t   N an o ci rc u i t s   i n   Q CA ,”   I n t e r n a t i o n a l     S ch o l a r l R es e a r c h   No t i ce s ,   v o l .   2 0 1 3 ,   p p .   1 - 9 ,   2 0 1 3 .   [1 4 ]   Mo al l em  P. ,   E h s a n p o u M. ,   Bo l h a s an i   A . ,   Mo n t azer i   M. ,   O p t i m i zed   Re v ers i b l A r i t h met i L o g i U n i t s ,”   Jo u r n a l   o f   E l ect r o n i c s   (Ch i n a ) ,   v o l .   3 1 ,   n o . 5 ,   p p .   3 9 4 - 4 0 5 ,   2 0 1 4 .   [1 5 ]   G o p al   L . ,   Sy ah i ra  N . ,   Mah ay a d i n   M. ,   Ch o w d h u r y   A . ,   G o p a l ai   A . ,   Si n g h   A . ,   D e s i g n   an d   Sy n t h e s i s   o Rev er s i b l A ri t h me t i a n d   L o g i U n i t   (A L U ) ,”   I n t e r n a t i o n a l   C o n f er e n ce   o n   Co m p u t e r ,   Co m m u n i ca t i o n s ,   a n d   C o n t r o l   Tech n o l o g (I4 CT),   2 0 1 4 .   [1 6 ]   Sen   B. ,   D u t t M. ,   G o s w am i   M. ,   Si k d ar  B. ,   Mo d u l ar  D es i g n   o T es t ab l Rev ers i b l A L U   b y   Q CA   Mu l t i p l e x er  w i t h   i n creas i n   Pro g rammab i l i t y ,   M i c r o e l ec t r o n i cs   Jo u r n a l ,   v o l .   4 5 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 5 2 2 - 1 5 3 2 ,   2 0 1 4 .   [1 7 ]   T h a k ral   S. ,   Ban s al   D . ,   Fau l t   T o l er an t   A L U   u s i n g   P ari t y   Pres erv i n g   Rev ers i b l L o g i G at es ,”   In t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   M o d e r n   E d u c a t i o n   a n d   Co m p u t e r   S c i en ce,   v o l ,   8 ,   n o .   8 ,   p p .   5 1 - 5 8 ,   2 0 1 6 .   [1 8 ]   Sas amal   T . ,   Si n g h   A . ,   Mo h an   A . ,   E ffi ci e n t   D e s i g n   o Re v ers i b l A L U   i n   Q u an t u m - D o t   Cel l u l ar  A u t o ma t a ,”   O p t i k ,   v o l .   1 2 7 ,   n o .   1 5 ,   p p .   6 1 7 2 - 6 1 8 2 ,   2 0 1 6 .   [1 9 ]   K ri s h n Mu rt h y   M. ,   D es i g n   o E ff i ci e n t   A d d er  Ci r cu i t s   U s i n g   Pro p o s ed   Par i t y   Pres er v i n g   G at ( PPPG ),   In t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   V L S D e s i g n   Co m m u n i ca t i o n   S ys t e m s ,   v o l .   3 ,   n o .   3 ,   p p .   8 3 - 3 9 ,   2 0 1 2 .   [2 0 ]   T h a k ral   S. ,   Ban s al   D . ,   Ch a k arv ar t i   S. ,   Imp l emen t at i o n   an d   A n al y s i s   o Rev er s i b l l o g i Bas e d   A ri t h me t i L o g i U n i t ,   TE LKO M NIKA   Te l eco m m u n i ca t i o n   C o m p u t i n g   E l ect r o n i c s   a n d   Co n t r o l ,   v o l .   1 4 ,   n o .   4 ,   1 2 9 2 - 1 2 9 8 ,   2 0 1 6 .   [2 1 ]   Mi s ra  N .   K . ,   W ai ry S. ,   &   Si n g h   V .   K . ,   A p p ro ac h   t o   D es i g n   H i g h - Perfo rma n ce  Fau l t - T o l era n t   Rev er s i b l e   A L U ,   In t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   Ci r cu i t s   a n d   A r ch i t ec t u r D es i g n ,   v o l .   2 ,   n o .   1 ,   p p .   8 3 - 1 0 3 ,   2 0 1 6 .   [2 2 ]   G ad i M.   R. ,   N av i mi p o u r   N.   J . ,   “A   N ew   T h ree - L ev e l   Fau l t   T o l er an ce  A r i t h met i an d   L o g i U n i t   Bas e d   o n   Q u a n t u D o t   Cel l u l ar  A u t o ma t a,   M i c r o s ys t em   t ech n o l o g i es ,   v o l .   2 4 ,   n o .   2 ,   p p .   1 2 9 5 - 1 3 0 5 ,   2 0 1 8 .   [2 3 ]   Bah ad o ri   G . ,   H o u s h ma n d   M. ,   Z o mo r o d i - Mo g h a d am  M. ,   D es i g n   o Fau l t - T o l eran t   Rev er s i b l Co n t r o l   U n i t   in  Mo l ec u l ar   Q u an t u m - D o t   Cel l u l ar  A u t o mat a ,”   In t er n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Q u a n t u m   In f o r m a t i o n ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 ,   2 0 1 8 .   [2 4 ]   D as   B.   an d   Ch a n d ra n   S. ,   “T o w ar d s   t h D es i g n i n g   o E ffi ci e n t   C o mp u t i n g   Rev er s i b l Fa u l t   T o l era n t   A ri t h me t i c   Ci rcu i t s   an d   A L U ,”   E u r o p ea n   Jo u r n a l   o f   S c i en t i f i R es e a r c h ,   v o l . 1 5 0 ,   n o .   2 p p .   1 2 6 - 1 5 1 ,   2 0 1 8 .   [2 5 ]   T h a k ral   S. ,   an d   Ban s al   D . ,   Fau l t   T o l era n t   A ri t h me t i L o g i U n i t ,”   In t er n a t i o n a l   Co n f e r en ce  o n   E m er g i n g   Cu r r e n t   T r en d s   i n   Co m p u t i n g   a n d   E x p er t   Tech n o l o g y ,   p p .   2 2 6 - 2 3 3 ,   2 0 1 9 .   [2 6 ]   T h a k ral   S. ,   an d   Ban s al   D . ,   Imp ro v ed   Fa u l t   T o l eran t   A L U   A rch i t ec t u re ,”   I n t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   E n g i n ee r i n g   and  A d v a n ce d   Tech n o l o g (IJE A T) ,   v o l .   8 ,   n o .   6 ,   p p .   1 4 7 7 - 1 4 8 4 ,   2 0 1 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.