I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   3 J u n e   2021 ,   p p .   2 0 0 3 ~ 2 0 1 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 1 i 3 . p p 2 0 0 3 - 2 0 1 0          2003       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   H y brid  m e m risto r - CM O S i m ple menta tion o lo g ic g a tes desig using  LTSp ice       Wa n M o hd   H a s hi m i Wa n M o ha m a d S ha rif ,   M o hd   F a izul M d Id ro s ,   Sy ed  Abdu l M uta lib   Al - J un id,  F a irul Na z m i   O s m a n,  Ab du l   H a di Abdu l R a za k ,   Abd ul  K a ri m i H a li m ,   M uh a mm a Adib   H a run   El e c tro n ic A rc h it e c tu re   a n d   A p p l i c a ti o n   Re se a rc h   G ro u p   (EA rA ) F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,     Un iv e rsiti   T e k n o lo g M A R A ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 4 ,   2 0 20   R ev i s ed   Dec   15 ,   2 0 20   A cc ep ted   Dec   2 6 ,   2 0 2 0       I n   th is  p a p e r,   a   h y b rid   m e m ris to r - CM OS  im p lem e n tatio n   o f   lo g ic  g a te s   sim u late d   u sin g   LT S p ice .   M e m risto rs '   i m p le m e n tatio n   in   c o m p u ter  a rc h it e c tu re   d e sig n e x p lo re d   i n   v a rio u d e sig n   stru c tu re p r o p o se d   b y   re se a rc h e rs  f ro m   a ll   a ro u n d   t h e   wo rld .   Ho w e v e r,   a ll   p rio d e sig n h a v e   so m e   d ra w b a c k in   ter m o f   a p p li c a b il it y ,   sc a lab il it y ,   a n d   p e rf o r m a n c e .   In   th is  re se a rc h ,   lo g ic  g a tes   d e sig n   b a se d   o n   t h e   h y b rid   m e m risto r - CM OS  stru c tu re   p re se n ted .   2 - in p u ts  A ND ,   OR,  NA ND ,   NO R,   X OR,  a n d   XN OR  a re   d e m o n stra ted   w it h   m in im u m   c o m p o n e n ts  re q u irem e n ts.  In   a d d it io n ,   a   1 - b it   f u ll   a d d e c ircu it   w it h   h ig h   p e rf o rm a n c e   a n d   lo w   a re a   c o n su m p ti o n   is  a lso   p ro p o se d .   T h e   p ro p o se d   f u ll   a d d e o n ly   c o n sists   o f   4   m e m rist o rs  a n d   7   CM OS  tran sisto rs.  H a lf   d e si g n   o f   th e   a d d e b a se   o n   th e   m e m risto c o m p o n e n c re a ted .   T h ro u g h   a n a ly sis  a n d   sim u latio n s,  t h e   m e m risto im p le m e n tatio n   o n   d e sig n in g   lo g ic  g a t e u sin g   m e m risto r - CM O S   stru c tu re   d e m o n stra ted   u sin g   th e   g e n e ra l ize d   m e tas tab le  s w it c h   m e m rist o (M S S )   m o d e a n d   LT S p ice .   In   c o n c l u si o n ,   t h e   p r o p o se d   a p p r o a c h   im p ro v e sp e e d   a n d   re q u ire l e ss   a re a .   K ey w o r d s :   C MO S   Half   a d d er     L o g ic  g ate   L T Sp ice   Me m r is to r   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h d   Faizu l b i n   Md   I d r o s   E lectr o n ic  A r c h itect u r an d   Ap p licatio n   R esear c h   Gr o u p   ( E A r A )   Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g   Un i v er s iti T ek n o lo g i M A R A ,   Ma la y s ia   E m ail:  f aiz u l_ s an 2 8 7 @ u it m . e d u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   Me m r is to r s   h av m ad h u g b r ea k th r o u g h   i n   co m p u ter   ar ch itect u r d esig n s   b ec au s o f   its   n o n - v o latilit y   b e h av io r .   lo o f   r e s ea r ch es   h ad   r ep o r ted   th e ir   o u tco m e v en   t h o u g h   is   n o t   co m m er ciall y   a v ailab le   [1 - 4 ] .   Mu ch   ev id e n ce   p r o v ed   th at  u s in g   a n alo g - b ased   ci r cu it  o p e r atio n   w ill  r es u lts   i n   m u c h   f a s ter   d ata   p r o ce s s in g   co m p ar ed   to   cu r r e n d i g ital - b ased   o p er atio n .   I c an   r e m e m b er   it s   p ast   v al u e v en   w h en   t h p o w er   s u p p l y   d is co n n ec ted   o r   tu r n e d   o f f .   I ts   r esis tan ce   d ep en d s   o n   th h is to r y   o f   th ap p lied   in p u t s V o ltag o r   cu r r en t.  Mo r eo v er ,   it  is   p r ed icted   th at  m e m r i s to r s   w ill  b t h k e y   to   d esi g n in g   a n alo g - b as ed   d ata  p r o ce s s in g   as sh o w n   i n   ( 1 )   an d   ( 2 ).       ( 1 )       ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   3 J u n 2 0 2 1   :   2 0 0 3   -   2010   2004   T h er ef o r e,   h y b r id   C MO cir c u its   w er p r o p o s ed   b y   m a n y   r esear ch er s   f o r   p er f o r m a n ce   i m p r o v e m en t   [5 - 1 1 ] .   T h co m b in a tio n   w it h   m e m o r y   c h ar ac ter is t ics  o f   t h m e m r is to r s   cr ea tes  a   u n iq u e   o p p o r tu n it y   f o r   t h n ex g e n er atio n   co m p u ter s   in   w h ic h   m e m o r y   a n d   lo g ic  d ev i ce s   b len d ed   to   av o id   d ata   b a n d w id th   li m itat io n   b et w ee n   p r o ce s s i n g   u n it s   a n d   th e   m e m o r y   [ 1 2 ,   1 3 ] .   Sim u l atin g   t h d ev e lo p ed   m o d el  o f   m e m r is to r   w a s   t h e   b est  w a y   to   m o n ito r   th elec tr i ca l p r o p e r ties   as c o m p ar ed   w it h   th C MO S p r o p er ties   [ 1 4 - 1 8 ]   I n   th i s   p ap er ,   Hy b r id   C M OS - m e m r is to r   f o r   Half - A d d er   is   i m p le m e n ted   u s in g   L T - S P I C E .   T h e   i m p le m en ta tio n   s tar ted   w it h   t h s i m u lat io n   o f   t h A N a n d   XOR  lo g ic  g ate.   T h is   to   m ak s u r t h at  e v er y   h y b r id   co m p o n en t   is   w o r k i n g .   T h en ,   t h co m p ar i s o n   in   ter m s   o f   ar ea   a n d   d ela y   co n s u m p ti o n   f o r   th e   p r o p o s ed   f u ll  ad d er   ar co llected .   C o m p ar ed   w ith   p r ev io u s   w o r k s ,   th is   ap p r o ac h   p r esen ts   co n s id er ab ly   les s   d ela y   a n d   ar ea .       2.   M E T H O DO L O G Y   T h d esig n   p h a s ca n   b d iv id ed   in to   s ev er al  s ta g es.  T h in i tial  s ta g f o cu s es  o n   d esi g n i n g   th s t atic   C MO lo g ic  g ates   s u ch   as  AND,   XOR,  a n d   F u ll  A d d er .   T h s ec o n d   s ta g is   to   i m p le m en t h m e m r i s to r   eq u iv ale n cir c u it s   f o r   th A N D,   XOR  a n d   F u ll  A d d er .   T h cir cu its   ar b u ilt   as  p er   cir cu it  d iag r a m s .   A ll   o f   th r eq u ir e m e n t s   an d   li m itati o n s   ar co n s id er ed .   Mo r eo v er ,   all  o f   th g a tes  ar s i m u late d   in   L T   Sp ice.   T h o u tp u w a v e f o r m s   ar a n al y ze d   an d   v er if ied   w o r k in g   a s   p er   ex p ec tatio n .   A ll   o f   t h r es u lt s   ar co m p ar ed   w it h   p r ev io u s   r esear ch e s .       2 . 1 .   I m ple m e nta t io n o f   m e mris t o r   AND  lo g ic  g a t a nd   XO lo g ic  g a t e   Fig u r e   1   s h o w s   an   A ND  g at u s i n g   m e m r i s to r   th r esis to r   af ter   th in p u h as  b ee n   r ep lace d   w it h   m e m r is to r   to   s ee   h o w   i w o r k .   As  f o r   R 1   is   u s i n g   r esis to r   b ec au s th m e m r i s to r   in p u t   ca n n o co m f r o m   o th er   m e m r i s to r   o u tp u t,   t h o u tp u t   t h at  w i ll  p r o d u ce d   is   u n p r ed ictab le.   T h o u tp u s tat u s   o f   a   d ig i tal  lo g ic   A N g ate   r etu r n s   “L OW ”  o n l y   w h en   a n y   o f   i ts   i n p u t s   ar a 0 ”  le v el  o f   lo g ic.   I n   o th er   w o r d s ,   ea ch   L OW   in p u w i ll g i v L OW   o u tp u f o r   lo g ic  AND  g a te.           Fig u r e   1.   A ND  g ate  m e m r i s to r       T h lo g ic  A ND  B o o lean   e x p r ess io n   f o r   d ig ital  lo g ic  A ND   g ate  i s   g iv e n   as   A . B   =   Q .   T h o p er atio n   o f   d ig ital  2 - in p u lo g ic  A N g ate  ca n   t h e n   b d ef in ed   a s I f   b o th   A   a n d   B   ar v alid ,   th en   is   tr u e” .   E x clu s i v e - OR   g ate  f ea tu r i s   ac c o m p li s h ed   b y   in te g r ati n g   r eg u lar   lo g ic  g a tes  to   p r o d u ce   m o r co m p licated   g ate  f u n ctio n s   t h at  ar co m m o n l y   u s ed   in   t h cr ea tio n   o f   ar ith m etic  lo g ic  cir cu it s ,   co m p u tatio n al  lo g ic   co m p ar ato r s ,   a n d   er r o r   d ete ctio n   cir cu i ts .   T h " E x clu s iv e - O R "   t w o - in p u g ate  is   t w o - ad d er   m o d u le,   p r o v id in g   t h s u m   o f   t w o   b i n a r y   n u m b er s ,   r e n d er in g   it  m o r e   co m p lica ted   in   n atu r t h a n   o th er   b asic  lo g ic  g ate   f o r m s .       2. 2 .     M e m risto f ull   a dd er   lo g ic  g a t e   Usi n g   p r ev io u s   d esig n s   o f   AND,   OR ,   an d   XOR,  h y b r id   m e m r is to r - C MO f u ll  ad d er   co n s tr u cte d   u s i n g   4   m e m r is to r s   an d   7   C M OS  tr a n s i s to r s .   I n   th is   p r o p o s ed   f u ll  ad d er ,   th e   S u m   b it  c ir cu it  an d   C ar r y   o u t   b it   s ep ar ated   f r o m   ea ch   o t h er   f o r   s il m u latio n   p u r p o s es  u s i n g   L T - Sp ice  as  s h o w n   i n   Fi g u r 2 .   A n   AND  g ate   m e m r is to r   u s ed   to   p r o d u ce   ca r r y   o u tp u t,   w h ile  t h XOR   g ate  u s i n g   m e m r is to r   to   p r o d u ce   s u m   o u tp u t.   T h e   f u ll a d d er   is   u s ed   to   ad d   t w o   s i n g le - d i g it b in ar y   n u m b er s   w h i ch   co n tr ib u te  to   t w o - d i g it p r o d u ctio n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Hyb r id   m emris to r - C M OS   imp leme n ta tio n   o f…  ( W a n   Mo h d   Ha s h imi   W a n   Mo h a ma d   S h a r i f )   2005       ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r 2 .   Fu ll  ad d er   w it h   s ep a r ated   elem e n t.  ( a)   AND  an d   O R   cir cu it ,   ( b )   XOR cir cu i t ,   ( c)   s u m   b it c ir cu it ,     ( d )   C ar r y   o u t b it c ir cu i t ,   R =1 0   k   Ω ,   Vd d =5   V       3.   RE SU L T A ND  D I SCU SS I O N     A ll  o f   th s i m u la tio n s   i n   t h i s   w o r k   ar d o n u s i n g   t h g en er alize d   m eta s tab le  s w itc h   m e m r i s to r   ( MSS)   m o d el  p r o p o s ed   b y   Kn o wm   I n c.   [ 1 9 ] .   T h MSS  m o d el  is   ca p ab le  o f   m o d eli n g   t h m e m r i s to r s   h y s ter esi s   b eh a v io r   p r ec is el y   an d   is   s u itab le  f o r   R R AM   tec h n o lo g y .   T h is   m o d el  w as  i n tr o d u ce d   b y   K n o w m   r ef er r in g   to   th p r ev io u s l y   p r o p o s ed   m o d el  b y   B io lek   [ 2 0 ]   an d   VT E A M   [ 2 1 ] .   T h p ar a m eter s   ar s et  a s   f o llo w s ;   R on =5 0 0   Ω ,   R off =1 5 0 k   Ω ,   V on =2 . 5   V,   V off =2 . 5   V.   T h cu r r en t - v o lta g e   r elatio n s h ip   o f   t h i s   m e m r is to r   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   3 .   T h s o f t w ar u s ed   f o r   t h ese   s i m u lat io n s   is   L T Sp ice  XVI I ,   f r ee   h i g h - p er f o r m an c e   SP I C E   s i m u latio n   s o f t w ar f o r   W in d o w s .   T h r esis to r   u s ed   f o r   all  o f   t h v o lta g r ea d in g   p u r p o s es  is   1 0 k   Ω .   T h s i m u latio n   r es u lt s   f o r   o n MS m e m r is to r   m o d el  ar s h o w n   i n   Fig u r es   3   an d   4 .   A cc o r d in g   to   t h e   h y s ter esi s   lo o p   o f   t h is   m e m r i s to r   m o d el,   it   i s   v is ib le   t h at  it   f o llo w s   t h p ar a m eter s   s et  e a r lier   w ith   b o th   V on   an d   V off  ar eq u al  to   2 . 5   V.           Fig u r 3 .   H y ter esi s   l oop  s i m u l atio n           Fig u r 4 .   MSS  m o d el  s i m u lati o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   3 J u n 2 0 2 1   :   2 0 0 3   -   2010   2006   3 . 1 .   M e m risto r - CM O S XO de s ig n   h i g h - p er f o r m a n ce   C MO S   XOR  lo g ic   g ate   d esi g n   o b tain ed   u s i n g   AND  g ate  th at   i s   co n n ec ted   to   a   s in g le  NM O an d   O R   g ate  t h at  is   co n n ec ted   to   s in g le  P MO S.  T h is   d esig n   ca n   b i m p le m e n ted   u s in g   f o u r   m e m r is to r s   co m b i n ed   w i th   t w o   C MO as  s w itc h   as  s h o w n   in   Fi g u r 5 .   T h b asic  o p er atio n   o f   an   XO R   lo g ic  g ate  i s   to   o u tp u ze r o   v o ltag i f   th e   t w o   ap p lied   in p u ts   ar eq u al.   Fi g u r es  6   a n d   7   s h o w   t h o p er atio n   o f   th is   d if f er e n in p u XOR.  W h en   th t w o   i n p u t s   ar b o th   h ig h ,   t h A N cir cu it  w ill  o u tp u h i g h   a n d   p r o v id e   t h v o ltag e   to   t h N MO w h i ch   o p er ates  o n   h ig h   v o lta g e.   W h en   NM OS   co n d u ct,   P MO d o es  n o co n d u c t   an d   th o u tp u v o lta g is   eq u a to   ze r o .   C o r r esp o n d in g l y ,   wh en   i n p u t s   ap p lied   ar e   b o th   lo w ,   th O R   g ate  w ill   o u tp u lo w   an d   p r o v id v o lta g to   th P MO w h ich   o p er ates  o n   lo w   v o lta g e.   W h e n   t h P MO co n d u ct,   NM OS  d o es  n o co n d u ct  an d   th o u tp u v o lta g is   eq u al  t o   ze r o .   T h s i m u latio n   w a v e f o r m s   f o r   t h XOR   cir cu it s h o w n   i n   Fi g u r 8 .           Fig u r 5 .   Sch e m atic  o f   m e m r i s to r - C M OS X O R 2   cir cu it ,   R = 1 0 k   Ω ,   Vd d =5   V           Fig u r 6 .   T h s tate  w h en   b o th   in p u t s   ar 1   Fig u r 7 .   T h s tate  w h en   b o th   in p u t s   ar 0           Fig u r 8 .   Si m u latio n   w av e f o r m s   o f   XOR a n d   XNOR lo g ic  g ates  s h o w n   in   Fig u r e s   7   an d   8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Hyb r id   m emris to r - C M OS   imp leme n ta tio n   o f…  ( W a n   Mo h d   Ha s h imi   W a n   Mo h a ma d   S h a r i f )   2007   T h in p u t   v o ltag e s   ar r ep r es en ted   b y   V( a)   a n d   V( b ) .   T h XNOR   g ate   i s   ac h iev ed   u s i n g   ad d itio n al   C MO i n v er ter .   T h w a v e f o r m   is   tab u lated   i n   T ab le  1   w it h   lo g ic  1   is   5   a n d   lo g ic  0   i s   0   V.   T h p r esen ted   XOR  an d   XNO R   h a v s i m p l to p o lo g y   an d   f e w er   co m p o n en t s   th a co n s tr u cted   w i th   4   m e m r i s to r s   an d   2   C MO tr a n s i s to r s ,   an o th er   ad d itio n al  2   C MO tr an s is to r s   ar r eq u ir ed   as  an   in v er ter   f o r   XNOR  cir cu it.  T h is   to p o lo g y   r ed u ce s   C MO S u s ag an d   h en ce   lead s   to   lo w er   ar ea   an d   p o w er   co n s u m p tio n       T ab le  1 .   T a b u lated   d ata  o f   s o m u latio n   w a v e f o r m s   i n   Fi g u r 9   T i me ( ms)   I n p u t   O u t p u t   V ( a )   V ( b )   V ( x o r )   V( x n o r )   0   -   2   1   1   0   1   2   -   4   0   1   1   0   4   -   6   1   0   1   0   6   -   8   0   0   0   1       3 . 2 .     M e m risto r - CM O f ull   a dd er   des ig n   T h p r esen ted   S u m   b it  cir c u it  is   m ad u p   o f   3   C MO S   tr an s i s to r s   an d   o u tp u t   f r o m   t h AN D,   OR   a n d   XOR  cir cu i t.  T h o p e r atio n   o f   th Su m   b it  cir cu it  s h o w n   in   Fig u r 9 .   T h Su m   b it  i s   eq u a to   h ig h   w h e n   th e   in p u t s   ( C i n . B . A )   ar e q u al  to   0 0 1 ,   0 1 0 ,   1 0 0 ,   an d   1 1 1 .   Me an w h ile,   t h p r ese n ted   C ar r y   o u cir cu it  is   co n s i s ts   o f   2   C M OS  tr a n s i s to r s   a n d   o u tp u t   f r o m   t h A N a n d   OR   cir cu it.  T h o p er atio n   o f   t h i s   C ar r y   o u t   cir cu i t   ex p lain ed   i n   Fi g u r 1 0   w h er C ar r y   o u b it  is   eq u al  to   h i g h   w h e n   th i n p u t s   ( C i n . B . A )   ar e   eq u al  to   0 1 1 ,   1 0 1 ,   1 1 0 ,   an d   1 1 1 .   T h o p er atio n   o f   th is   cir cu i s h o w n   i n   Fi g u r 1 1 .   T h o p e r atio n   o f   th i s   f u ll  ad d er   cir cu it  s h o w n   in   th s i m u latio n   r es u lt s   s h o w n   in   Fig u r 1 1 .           ( a)     ( b )     ( c)     Fig u r 9 .   T h p ath   w h e n   t h s u m   b it i s   h i g h   ( 1 ) ,   ( a)   C in . B . ( 1 1 1 ) ,   ( b )   C in . B . A   ( 1 0 0 )   ( c)   C in . B . A   ( 0 0 1 ,   0 1 0 ) , t h cu r r en t f lo w s   i s   s h o w n   b y   t h li n w it h   R =1 0 k   Ω         ( a)     ( b )     Fig u r 1 0 .   T h p ath   w h e n   th c ar r y   o u t b it i s   h i g h   ( 1 ) ,   ( a)   C i n . B . A   ( 0 1 1 ) ,   ( b )   C in . B . A   ( 1 0 1 ,   1 1 0 ,   1 1 1 )   t h cu r r en t f lo w s   is   as  s h o w n   b y   t h li n w it h   r esis to r   R   is   e q u al  to   1 0 k   Ω       T ab le  2   ex p lain s   th tab u lated   d ata  s i m u latio n   w a v e f o r m s   o f   f u ll  ad d er   f r o m   Fi g u r 1 1 .   T h er ar 8   d if f er e n i n ter v a ls   to   s h o w   3 - b it  in p u f r o m   0 0 0   to   1 1 1 .   T h o u tp u V( s u m )   an d   V( co u t)   s h o w s   th e   o u tp u t   f r o m   t h d esig n ed   h y b r id   m e m r is to r - C MO m ee ts   s a m as  th n o r m al  F u ll  A d d er .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   3 J u n 2 0 2 1   :   2 0 0 3   -   2010   2008       Fig u r 1 1 .   T h s i m u latio n   r es u lts   o f   th f u ll a d d er   cir cu it in   Fig u r 1 2 , t h in p u v o lta g es a r r ep r esen ted   b y   V( a) ,   V( b )   an d   V( cin ) , i n   th s i m u latio n ,   lo g ic  1   is   5   an d   lo g ic  0   is   0   V       T ab le  2 .   T a b u lated   d ata  o f   s i m u latio n   w a v e f o r m s   in   F ig u r 1 1   T i me ( ms)   I n p u t   O u t p u t   V ( a )   V ( b )   V ( c i n )   V ( su m)   V ( c o u t )   -   2   1   1   1   1   1   -   4   0   1   1   0   1   -   6   1   0   1   0   1   -   8   0   0   1   1   0   -   10   1   1   0   0   1   1 0   -   12   0   1   0   1   0   1 2   -   14   1   0   0   1   0   1 4   -   16   0   0   0   0   0       B y   co m b in in g   t h cir c u it  o f   Su m   b it  a n d   C ar r y   o u b it  to g eth er ,   t h co m p lete  f u l ad d er   cir cu it  i s   m ad u p   o f   7   C M O tr a n s i s t o r s   an d   4   m e m r i s to r s .   T h is   p r o p o s ed   f u ll  ad d er   cir cu it  h a s   f e w er   co m p o n e n ts   co m p ar ed   w it h   o th er   s tr u c tu r e s   an d   w i th   f e w er   co m p o n en t s ,   it  lead s   to   le s s   d ela y ,   les s   p o w er ,   a n d   less   ar ea   co n s u m p tio n   an d   h e n ce ,   h i g h - p er f o r m an ce   f u ll a d d er   cir cu it  w a s   p r o p o s ed .     3 . 3 .     Co m pa ri s o n a nd   di s cu s s io n   s u m m ar y   a n d   co m p ar is o n   i n   ter m s   o f   ar ea   an d   d ela y   co n s u m p tio n   f o r   t h p r o p o s ed   f u l ad d er   ar s h o w n   i n   T ab le  3 .   T h co m p ar is o n   is   d o n w it h   o t h er   m e m r is to r s   b ased   d esi g n   s tr u ctu r e s   f o r   b asic  lo g ics  a n d   Fu ll  A d d er s .   I n   ter m s   o f   d ela y ,   th is   p r o p o s ed   f u l ad d er   s tr u ctu r h as   lo w er   d ela y   co m p ar ed   to   MA GI C ,   I MP L Y,   an d   C R w i th   4 d ela y .   Ho w e v er ,   it  is   s lo w er   t h an   th M R L   an d   M A s tr u ct u r e.   Me an w h ile,   in   ter m s   o f   ar ea ,   th i s   p r o p o s ed   s tr u ctu r h a s   th s m al lest   ar e a   co n s u m p tio n   w it h   o n l y   1 4   co m p o n en t s   in   to tal.   W ith   s m aller   ar ea ,   th p o w er   co n s u m ed   b y   t h is   s tr u ct u r is   b o u n d ed   to   b lo w   a n d   ef f icie n t.       T ab le  3 .   A r ea   an d   d elay   co m p ar is o n   o f   d if f er en F u ll  A d d er s     D e l a y   C M O S   M e mr i st o r   R e si st o r   P r o p o se d   4   7   4   3   CRS   [ 2 2 ]     14   0   16   1   M P L Y   [ 2 3 ]   19   0   28   5   I mp r o v e d   I M P L Y   [ 2 4 ]   10   0   9   1   M A G I C   [ 2 5 ]   16   0   28   0   M R L   [ 2 6 ]   1   8   18   0   M A D   [ 2 7 ]   2   14   8   9       4.   CO NCLU SI O   Me m r is to r   h as r ec e n tl y   r is e n   i n   p o p u lar it y   f o r   its   ca p ab ilit y   an d   p o ten tial  to   r ev a m p   t h d ev elo p m e n t   o f   co m p u ter   ar ch i tectu r in   te r m s   o f   p o w er ,   ar ea ,   an d   e f f ici en c y .   Ho w ev er ,   m o r r esear c h es  ar s til n ee d ed   to   f u ll y   u tili ze   t h is   m i s s i n g   cir cu it  f u n d a m e n tal  i n   te r m s   o f   i t s   p o s s ib ilit y   in   r ep laci n g   o r   ac co m m o d ate  cu r r en t   C MO tec h n o lo g y   i n   b o th   lo g ic  an d   m e m o r y   ap p licatio n s .   I n   th is   w o r k ,   lo g ic  g a tes  d e s ig n   b ased   o n   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Hyb r id   m emris to r - C M OS   imp leme n ta tio n   o f…  ( W a n   Mo h d   Ha s h imi   W a n   Mo h a ma d   S h a r i f )   2009   h y b r id   m e m r is to r - C M OS  s tr u ctu r is   d e m o n s tr ated   an d   an al y ze d .   2 - in p u ts   AND  an d   O R   g ate  i s   p r esen ted   u s i n g   2   m e m r is to r s   an d   ad d itio n al  2   C MO tr an s i s to r s   ar r eq u ir ed   f o r   NA ND  an d   NO R   g ate  o p er atio n .   No o n l y   ar th at,   s i m p le  XO R   lo g ic  m ad u p   o f   4   m e m r is to r s   an d   2   C MO tr an s i s to r s   also   p r o p o s ed .   I n   ad d itio n ,   f u ll  ad d er   cir cu it   w as  al s o   p r o p o s ed   w it h   lo w   d ela y   a n d   s m allest  ar ea   co n s u m p tio n   t h at   co n s tr u cted   w it h   to tal  o f   4   m e m r is to r s   an d   7   C MO tr an s i s to r s .   I n   co n cl u s io n ,   lo g ic  g ates  d esi g n   u s in g   h y b r id   m e m r is to r - C M OS str u ctu r h as b ee n   s u cc ess f u ll y   d em o n s tr ated   an d   an al y ze d .       ACK NO WL E D G E M E NT   T h is   p r o j ec w a s   s u p p o r ted   b y   Min i s tr y   o f   H ig h er   E d u ca t io n   Ma la y s ia  u n d er   F u n d a m e n tal  R esear c h   Gr an t Sc h e m ( F R GS /1 /2 0 1 9 / T K0 4 /UI T M/0 2 /2 8 ) .       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.  Jin   a n d   L .   Cu i,   F u ll y   In teg ra ted   M e m risto a n d   Its  A p p li c a ti o n   o n   th e   S c ro ll - Co n tro ll a b le   H y p e rc h a o ti c   S y st e m ,   Co mp lex it y ,   v o l.   2 0 1 9 ,   p .   4 1 0 6 3 9 8 ,   2 0 1 9 ,   d o i:   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 1 9 /4 1 0 6 3 9 8 .   [2 ]   R.   S .   W il li a m s,  Ho w   we   f o u n d   m e m risto r,   IEE S P ECT RUM ,   p p .   2 9 3 5 ,   De c .   2 0 0 8 .   [3 ]   Ş .   Ye n e a n d   H.  K u n tm a n ,   Ne w   CM OS  Ba se d   M e m risto r   Im p le m e n tatio n ,   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Ap p li e d   El e c tro n ics ,   2 0 1 2 .   [4 ]   M .   O. ;   V .   G .  ;  S .   K. ;   S .   K. ;   J.  M .  ;  E.   M . A .   Ja b ir,   T h e   M issin g   A p p li c a ti o n F o u n d R o b u st  De sig n   T e c h n iq u e s   a n d   No v e Us e o M e m risto rs,”  IEE 2 5 t h   In ter n a ti o n a S y mp o siu o n   On - L in e   T e stin g   a n d   Ro b u st  S y ste m   De sig n   ( IOL T S   2 0 1 9 ),   p p .   1 5 9 - 1 6 4 ,   2 0 1 9 .   [5 ]   M .   S a m p a th ,   P .   S .   M a n e ,   a n d   C.   K.  Ra m e sh a ,   H y b rid   CM OS - M e m risto b a se d   F P G A   A rc h it e c tu re ,   In ter n a t io n a l   Co n fer e n c e   o n   VL S S y ste ms ,   Arc h it e c tu re ,   T e c h n o l o g y   a n d   A p p li c a ti o n s ( VL S I - S AT A)  I n ter n a ti o n a l ,   2 0 1 5 .   [6 ]   M .   A .   A b u b a k e S a si,  Am irali  Am irso lei m a n i,   A ra sh   A h m a d i,   H y b rid   M e m risto r - CM OS  Ba se d   Li n e a F e e d b a c k   S h if Re g ister De sig n ,   2 4 th   IE E In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   El e c tro n ics ,   Circ u it a n d   S y ste ms   ( ICECS ),   2 0 1 7 .   [7 ]   K.  S m a g u lo v a ,   A .   T a n k i m a n o v a ,   a n d   A .   P a p p a c h e n   Ja m e s,  CM OS - M e m risto H y b rid   In teg ra ted   P ix e S e n s o rs,”   IEE In ter n a ti o n a S y mp o siu o n   N a n o e lec tro n ic  a n d   I n f o rm a ti o n   S y ste ms   CM OS - M e m risto r,   p p .   3 4 - 3 7 ,   2 0 1 6 ,   doi :   1 0 . 1 1 0 9 /i NIS . 2 0 1 6 . 4 6 .   [8 ]   M .   A .   M e h ri  T e i m o o ri,   A ra sh   Ah m a d i,   S h a h p o u A li re z a e e ,   No v e H y b rid   CM OS - M e m risto L o g ic  Circu it   Us in g   M e m risto Ra ti o e d   L o g ic,”  IEE Ca n a d ia n   Co n fer e n c e   o n   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g i n e e rin g   ( CCECE 2 0 1 6   IE EE   C a n a d i a n   C o n fer e n c e   o n   El e c trica a n d   Co m p u ter   E n g i n e e rin g   ( CCECE ),   2 0 1 6 .   [9 ]   A .   H.  A .   Ra z a k ,   e a l. ,   De si g n   o f   5 . 8   G Hz   In teg ra ted   A n ten n a   o n   1 8 0 n m   Co m p le m e n tar y   M e t a Ox id e   S e m ico n d u c to (CM OS T e c h n o l o g y ,   IOP  Co n f.   S e r.  M a ter .   S c i .   En g . ,   v o l.   3 4 1 ,   n o .   1 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 /1 7 5 7 - 8 9 9 X / 3 4 1 / 1 /0 1 2 0 1 5 .   [1 0 ]   S .   M a n d a l,   I.   Un iv e rsity   o f   C a lcu tt a ,   Ce n tre  f o Re se a rc h   in   Na n o s c ien c e   a n d   Na n o tec h n o l o g y ,   Ko lk a ta,  a n d   Ja y e e   S in h a ,   A m lan   Ch a k ra b o rty ,   D e sig n   o f   M e m risto r - CM OS  b a se d   lo g ic  g a tes   a n d   lo g ic  c ircu i ts,”  De sig n   o f   M e mr isto r - CM OS   b a se d   lo g ic g a t e s a n d   lo g ic cir c u it s,  2 0 1 9 .   [1 1 ]   C.   L .   a n d   Q.  X .   S .   P i,   P .   L in ,   H.  J ian g ,   De v i c e   e n g in e e rin g   a n d   CM OS  in teg ra ti o n   o f   n a n o sc a le m e m risto rs,”  IEE E   In ter n a t io n a S y mp o si u m o n   Circ u it s a n d   S y ste ms   ( IS CAS ),   p p .   4 2 5 - 4 2 7 ,   2 0 1 4 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /I S CA S . 2 0 1 4 . 6 8 6 5 1 5 6 .   [1 2 ]   V .   D .   T ra n   a n d   D.  J.  P a rk ,   A   su rv e y   o f   d a ta  re c o v e r y   o n   f las h   m e m o r y ,   In ter n a ti o n a J o u rn a l   of   El e c trica l   a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g v o l.   1 0 ,   n o .   1 ,   p p .   3 6 0 3 7 6 ,   2 0 2 0 ,   d o i:   1 0 . 1 1 5 9 1 /i jec e . v 1 0 i 1 . p p 3 6 0 - 3 7 6 .   [1 3 ]   N.  Dib   a n d   U.  A l - S a m m a rra i e ,   Op ti m a d e sig n   o f   s y m m e tri c   s w i tch in g   CM OS  i n v e rter  u sin g   sy m b io ti c   o rg a n ism s   se a rc h   a l g o rit h m ,   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o f   El e c trica l   a n d   Co m p u ter   En g i n e e rin g , ,   v o l.   1 0 ,   n o .   1 ,   p p .   1 7 1 - 1 7 9 ,   2 0 2 0 ,   d o i:   1 0 . 1 1 5 9 1 /i jec e . v 1 0 i 1 . p p 1 7 1 - 1 7 9 .   [1 4 ]   L .   B.   G a u ra v   S h a r m a ,   CM OS - Me m risto In v e rter  Circu it   De sig n   a n d   A n a ly sis  Us in g   Ca d e n c e   V ir t u o so ,   IEE E   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   Rec e n A d v a n c e s a n d   In n o v a t io n s in   E n g i n e e rin g   ( ICRA IE - 2 0 1 6 ),   2 0 1 6 .   [1 5 ]   T h a n g k h ie w ,   P .   L . ,   e a l . ,   Ef f i c ien Im p le m e n tatio n   o f   A d d e Circu it i n   M e m risti v e   Cro ss b a A rra y ,   IEE E   Reg io n   1 0   C o n fer e n c e   ( T ENCON),   p p .   2 0 7 - 2 1 2 ,   2 0 1 7 ,   [1 6 ]   K. - S .   M i n ,   Kh o a   V a n   P h a m ,   No n - Id e a Ef f e c ts  o f   M e m risto r - CM OS  Hy b rid   Circu it f o Re a li z in g   M u lt i p le - L a y e Ne u ra Ne tw o rk s,”   IEE In ter n a t io n a S y mp o si u m o n   Circ u it a n d   S y ste ms   ( I S CA S ) :  p ro c e e d in g s : I S CAS ,   2 0 1 9 .   [1 7 ]   S   S h i n Kim ,   S M   Ka n g ,   M e m risto r - Ba se d   F in e   Re so lu ti o n   P ro g ra m m a b le  Re sista n c e   a n d   Its  A p p li c a ti o n s,”   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   C o mm u n ica t io n s,  Circ u it a n d   S y ste ms ,   p p .   9 4 8 - 9 5 1 ,   2 0 0 9 .   [1 8 ]   I.   V o u rk a a n d   G .   C.   S irak o u li s,  E m e r g in g   m e m risto r - b a se d   lo g ic  c ircu it   d e sig n   a p p ro a c h e s:  A   re v ie w ,   IEE Circ u it s a n d   S y ste ms   M a g a zi n e ,   v o l.   1 6 ,   n o .   3 ,   p p .   1 5 - 3 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i 1 0 . 1 1 0 9 /M CA S . 2 0 1 6 . 2 5 8 3 6 7 3 .   [1 9 ]   T .   W .   M o lt e a n d   M .   A .   Nu g e n t,   T h e   g e n e ra li z e d   m e t a sta b le  sw it c h   m e m risto m o d e l,   CNNA  2 0 1 6 1 5 t h   In ter n a t io n a W o rk sh o p   o n   Ce ll u l a r Na n o sc a le Netwo rk a n d   th e ir  Ap p li c a ti o n s ,   v o l .   2 0 1 6 ,   p p .   6 5 - 6 6 ,   2 0 1 6 .   [2 0 ]   D.  Bio lek ,   M .   Di  V e n tra,  a n d   Y.  V .   P e rsh i n ,   Re li a b le  S P ICE   si m u latio n o f   m e m risto rs,  m e m c a p a c it o rs  a n d   m e m in d u c to rs,”  R a d i o e n g in e e rin g ,   v o l.   2 2 ,   n o .   4 ,   p p .   9 4 5 - 9 6 8 ,   2 0 1 3 .   [2 1 ]   S .   Kv a ti n sk y ,   M .   R a m a d a n ,   E.   G .   F ried m a n ,   a n d   A .   Ko lo d n y ,   V T EA M A   G e n e ra M o d e f o Vo lt a g e - Co n tro ll e d   M e m risto rs,”  IEE T ra n s.  Ci rc u it S y st.  II  Exp re ss   Briefs ,   v o l.   6 2 ,   n o .   8 ,   p p .   7 8 6 - 7 9 0 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /T CS II. 2 0 1 5 . 2 4 3 3 5 3 6 .   [2 2 ]   Y.  Ya n g ,   e a l. ,   Co m p le m e n tar y   re sisti v e   s w it c h - b a se d   a rit h m e ti c   lo g ic   i m p le m e n tatio n u sin g   m a t e rial  im p li c a ti o n ,   IEE T ra n s .   Na n o te c h n o l . ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 ,   p p .   9 4 1 0 8 ,   2 0 1 6 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /T NA NO . 2 0 1 5 . 2 5 0 4 8 4 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   3 J u n 2 0 2 1   :   2 0 0 3   -   2010   2010   [2 3 ]   A .   Ko lo d n y ,   e a l. ,   M e m risto r - b a se d   m a teria i m p li c a ti o n   (IM P L Y)  L o g ic:  De si g n   P rin c i p les   a n d   M e th o d o l o g ies ,   IEE T ra n s.  Ver y   L a rg e   S c a le In t e g r.  S y st.,   v o l.   2 2 ,   n o .   1 0 ,   p p .   2 0 5 4 - 2 0 6 6 ,   2 0 1 3 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 / tv lsi. 2 0 1 3 . 2 2 8 2 1 3 2 .   [2 4 ]   P .   Hu a n g   e a l. ,   Re c o n f i g u ra b le  No n v o latil e   L o g ic  Op e ra ti o n in   Re sista n c e   S w it c h in g   C ro ss b a Arra y   f o L a rg e - S c a le Ci rc u it s,”   Ad v .   M a ter . ,   v o l.   2 8 ,   n o .   4 4 ,   p p .   9 7 5 8 - 9 7 6 4 ,   2 0 1 6 ,   d o i:   1 0 . 1 0 0 2 /ad m a . 2 0 1 6 0 2 4 1 8 .   [2 5 ]   S .   Kv a ti n sk y   e a l. ,   M AG IC - M e m risto A id e d   L o G IC,   IEE T r a n s.  Circ u it S y st.  II  Exp re ss   Briefs,   v o l.   6 1 ,   n o .   1 1 ,   p p .   8 9 5 8 9 9 ,   2 0 1 4 .   [2 6 ]   S .   Kv a ti n sk y ,   N.  Wald ,   G .   S a tat,   a n d   E.   G .   F ried m a n ,   M RL - M e m risto Ra ti o e d   L o g ic  M e m risto r a re   Us e f u f o r   L o g ic,”  1 3 th   I n ter n a ti o n a l   W o rk sh o p   o n   Ce ll u la r N a n o sc a le Netwo rk s a n d   t h e ir A p p li c a ti o n s p p .   1 6 ,   2 0 1 2 .   [2 7 ]   L .   G u c k e rt  a n d   E .   E.   S w a rtzla n d e r,   M A g a t es - M e m risto lo g ic  d e sig n   u si n g   d riv e c ircu it ry ,   I EE T ra n s.   Circ u it s S y st.  II  Exp re ss   Briefs,   v o l.   6 4 ,   n o .   2 ,   p p .   1 7 1 1 7 5 ,   2 0 1 7 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /T CS II. 2 0 1 6 . 2 5 5 1 5 5 4 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS        M o h d   Fa iz u M d   Id r o s   w a b o r n   in   Ba n ti n g ,   S e lan g o r,   M a lay sia .   He   re c e iv e d   th e   B. En g in e e in g   f ro m   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M A R A   in   2 0 0 2 .   T h e n   h e   p u rsu e d   h is  stu d y   a n d   re c e iv e d   h is  M .   S c .   De g re e   a n d   P h f ro m   Un iv e rsi ti   Ke b a n g sa a n   M a la y sia   in   2 0 0 6   a n d   2 0 1 5   re sp e c ti v e ly .   His  re se a rc h   in tere sts  a r e   in   th e   f ie ld   o f   Dig it a IC  De si g n ,   Em b e d d e d   S y ste m   a n d   Co n su m e El e c tro n ics .             S y e d   Abd u M u ta li b   Al - J u n i d   r e c iev e d   B. En g   f ro m   Un iv e r siti   Tek n o lo g M A RA   in   2 0 0 6   a n d   M a ste En g in e e rin g   i n   2 0 1 0 .   T h e n   h e   p e rsu e   h is  stu d y   a n d   o b tai n e d   P h D   in   2 0 1 7 .   His   re se a rc h   in tere sts  a re   in   th e   f ield   o f   IC  De sig n ,   Em b e d d e d   S y ste m   D e sig n ,   M icro e lec tro n ic,  IC  De sig n ,   En g in e e rin g   S y ste m   De sig n ,   a n d   S o f tw a r e   En g in e e rin g .           Abd u H a d A b d u R a z a k   re c e i v e d   th e   BEn g   (Ho n s)  in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M A RA ,   M a la y sia   a n d   M a ste in   M icro e lec tro n ics   En g in e e rin g   f ro m   Ne w c a stle  Un iv e rsit y ,   Un it e d   Ki n g d o m .   He   re c e iv e d   h is  P h i n   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   V icto ri a   Un iv e rsit y ,   A u str a li a .   Cu rre n tl y ,   h e   se rv e a a n   a ss o c iate   p ro f e ss o a Un iv e rsiti   T e k n o lo g i   M A R A ,   M a la y sia .   His  c u rre n r e se a rc h   is  in   th e   f i e ld   o f   IC  De sig n   a n d   W irele ss   Bo d y   A re a   Ne tw o rk s.           Ad ib   H a r o n   re c e iv e d   th e   Ba c h e l o o f   En g i n e e rin g   (El e c tri c a l)  f ro m   Un iv e rsiti   T u n   Hu ss e in   On n   M a la y sia   a n d   M a ste o f   En g in e e rin g   (El e c tri c a -   El e c tro n ics   a n d   T e lec o m m u n ica ti o n s)  f ro m   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay sia .   He   se rv e a a   se n io lec tu re a t   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M A RA ,   M a la y sia .   His c u rre n re se a rc h   is i n   t h e   f ield   o f   m e m risto a p p li c a ti o n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.