I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  15 ,   No .   2 ,   J u ly   20 26 ,   p p .   306 ~ 3 1 9   I SS N:  2089 - 4864 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 1 5 . i 2 . pp 3 0 6 - 319          306       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   AI - driv en  co - o pti m i z a tion   o O N O FIC  cir cuits and   m ul tiband  a ntennas  f o r low - po w e r VLSI       Ra m a v a t hu   Ra m es h Na i k ,   D o na pa t i R a m a k ris hn a   Redd y ,   K rish na na i k   Va n k do t h   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g C h a i t a n y a   D e e m e d   t o   b e   U n i v e r si t y ,   H y d e r a b a d ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  6 ,   2 0 2 5   R ev i s ed   Ma y   6 ,   2 0 2 6   A cc ep ted   J u n   1 1 ,   2 0 2 6       T h is  p a p e p re se n ts  a n   a rti f ici a in telli g e n c e   ( AI ) - a ss isted   o p ti m iza ti o n   f ra m e w o rk   f o on - o f f   c u rre n f e e d b a c k   c o n tro ll e d   ( ON OFIC ) - e n h a n c e d   d o m in o   c ircu it s im p le m e n ted   in   a d v a n c e d   f in   f ield - e f fe c tran sisto ( F in F ET )   a n d   c a rb o n   n a n o t u b e   f ield - e f fe c tran sist o ( CNT F ET )   tec h n o lo g ies .   T h e   f ra m e w o rk   in teg ra tes   a rti f ici a n e u ra n e tw o rk   (A NN su rro g a te  m o d e li n g   w it h   e v o lu ti o n a ry   o p ti m iza ti o n   ( g e n e ti c   a lg o rit h m   ( GA ) p a rti c le  sw a r m   o p ti m iza ti o n   ( PSO ) ,   a n d   NSG A - II)  to   re d u c e   lea k a g e ,   i m p ro v e   e n e rg y   e ff ici e n c y ,   a n d   e n h a n c e   ro b u stn e s u n d e p r o c e ss   v o lt a g e   te m p e r a t u re   ( P V T )   v a riatio n s,  a g in g   e ff e c ts  ( b ias   tem p e ra tu re   in sta b il it y   ( BT I ) / h o c a rrier   in jec ti o n   ( HCI ) ),   a n d   a n te n n a - i n d u c e d   p a ra siti c   c o u p li n g .   By   re p lac in g   re p e a ted   HSP ICE  sim u latio n w it h   fa st  A NN   p re d ictio n s,  t h e   p ro p o se d   m e th o d o lo g y   re d u c e c o m p u tatio n a c o st  b y   m o re   th a n   9 0 %   w h il e   a c h iev in g   u p   to   3 0 3 5 %   g a in s in   lea k a g e   a n d   p o w e r - d e la y   p ro d u c ( P D P ) / e n e rg y - d e la y   p ro d u c ( ED P )   p e rf o rm a n c e .   Th e   re su lt d e m o n stra te  th a A NN - a ss isted   e v o lu ti o n a ry   o p ti m iza ti o n   p r o v i d e a   sc a lab le  a n d   tec h n o l o g y - a g n o stic  w o rk f lo w   su it a b le  f o n e x t - g e n e ra ti o n   i n tern e o f   th in g   ( Io T ) ra d io   f re q u e n c y   ( RF ) - in teg ra ted ,   a n d   lo w - p o w e v e r y   lar g e   sc a le  i n teg ra ti o n   ( V L S I )   p latf o rm s.   K ey w o r d s :   Fin FET   C NT FE T   L o w - p o w er   v er y   lar g s ca le  in te g r atio n   On - o f f   cu r r en t f ee d b ac k   co n tr o lled   P r o ce s v o ltag e   te m p er at u r r o b u s tn es s   Su b t h r esh o ld   leak a g e   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 :   Do n ap ati  R a m ak r i s h n R ed d y   Dep ar t m en t o f     E lectr ical  an d   E lectr o n ics   E n g i n ee r in g ,   Fac u lt y   o f   E n g i n ee r i n g   C h ai tan y Dee m ed   to   b Un iv er s it y   H y d er ab ad ,   I n d ia   E m ail:  r a m ak r i s h n ar ed d y . d o n ap ati@ g m ai l.c o m          1.   I NT RO D UCT I O N   A d v an ce s   in   n a n o elec tr o n ic   tech n o lo g y   h a v en ab led   th d ev elo p m en o f   h ig h l y   i n te g r ated   an d   en er g y - e f f icie n v er y   lar g s c ale  in te g r atio n   ( V L SI)   s y s te m s   f o r   i n ter n et  o f   t h i n g   ( I o T ) ,   5 G,   an d   e m er g in g   w ir ele s s   co m m u n icatio n   ap p li ca tio n s .   E n er g y   e f f icie n c y   an d   p o w er   d is s ip atio n   h av e   b ee n   k e y   co n ce r n s   i n   VL SI  d es ig n   f o r   s ev er al  d ec ad es   [ 1 ] - [ 6 ] Ho w e v er ,   tech n o lo g y   s ca lin g   i n to   d ee p - n an o m eter   r eg i m e s   h a s   s ig n i f ica n tl y   i n cr ea s ed   s u b th r es h o ld   leak ag e,   p o w er   d is s ip atio n ,   an d   s e n s i tiv it y   t o   p r o ce s s   v o ltag e   te m p er atu r ( P VT )   v ar iatio n s   an d   ag in g   e f f ec ts   s u c h   as  b ias  te m p er atu r i n s tab ili t y   ( B T I )   an d   h o ca r r ier   in j ec tio n   ( HC I )   [ 7 ] - [ 1 2 ] .   T h ese  ch allen g es  ar p ar ticu lar l y   c r itical  in   f in   f ield - e f f ec tr an s i s to r   ( Fin FET -   an d   ca r b o n   n an o t u b f ield - e f f ec t   tr an s i s to r   ( C NT FET ) - b ased   n a n o   d o m in o   c ir cu it s ,   w h e r leak ag e   cu r r en ts   ad v er s el y   a f f ec t p o w er   ef f ic ie n c y   a n d   cir cu it r eliab ilit y   [ 1 3 ] - [ 1 9 ] .   Am o n g   v ar io u s   lea k a g r ed u ctio n   tech n iq u es,  t h on - o f f   cu r r en f ee d b ac k   co n tr o lled   ( ONOFI C )   ap p r o ac h   h as  d e m o n s tr ated   ef f ec ti v leak a g s u p p r ess io n   wh ile  m ai n tain in g   h ig h - s p ee d   o p e r atio n   in   d o m i n o   lo g ic  cir cu its .   Ne v er t h eles s ,   c o n v e n tio n al   ONO FIC   d esi g n s   r el y   o n   f i x ed   d ev ice   p ar a m et er s   an d   o f te n   f ail   to   ad ap to   P V T   v ar iatio n s ,   t h er m al  f l u ct u ati o n s ,   an d   a n te n n a - i n d u ce d   p ar asit ic  e f f ec ts   e n co u n ter ed   i n   r ad io   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       AI - d r iven   co - o p timiz a tio n   o ON OF I C   ci r cu its   a n d   mu ltib a n d   a n te n n a s     ( R a ma va th u   R a mesh   N a ik )   307   f r eq u en c y   ( RF ) - i n te g r ated   s y s te m - on - c h ip   ( So C )   en v ir o n m e n t s   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   Mu ltib an d   an ten n d esi g n   tech n iq u es  h av b ee n   w id el y   i n v esti g ated   f o r   w ir eless   co m m u n icatio n   s y s te m s   an d   R F - e n ab led   So C   p latf o r m s   [ 2 2 ] .   T o   ad d r ess   th ese   li m itatio n s ,   t h i s   w o r k   p r o p o s es  a n   ar ti f icial  in te lli g en ce   ( AI ) - ass i s ted     co - o p ti m izatio n   f r a m e w o r k   f o r   ONOFI C - e n h an ce d   Fi n FE T /C NT FE T   n an o   d o m i n o   cir cu its   i n te g r ated   w it h   m u ltib an d   an te n n a - a w ar m o d elin g .   A r ti f icial  n e u r al  n et wo r k   ( A NN)   s u r r o g ate  m o d els   ar em p lo y ed   to   p r ed ict  cir cu it  p er f o r m an ce   u n d er   v ar y i n g   o p er atin g   co n d itio n s   [ 2 3 ] .   E v o lu tio n ar y   al g o r ith m s   s u c h   a s     NSG A - I I   [ 2 4 ] ,   p ar ticle  s w ar m   o p ti m izat io n   ( P SO)   [ 2 5 ] ,   a n d   g en e tic  alg o r it h m s   ( G A )   [ 2 6 ]   ar e   em p lo y ed   to   o p ti m ize  cir cu it  a n d   an te n n p ar am e ter s   s i m u lta n eo u s l y .   E x p er i m e n tal  r es u lt s   d e m o n s tr ate  s ig n i f ica n i m p r o v e m en t s   i n   lea k a g r ed u ctio n ,   p o w er - d ela y   p r o d u ct  ( P DP ) ,   en er g y - d ela y   p r o d u ct  ( E DP ) ,   an d   r o b u s tn e s s   ag ain s P VT   v ar iatio n s   a n d   an ten n a - i n d u ce d   in ter f er e n c e.   T h p r o p o s ed   f r am e w o r k   p r o v id es  an   e f f icie n t   s o lu tio n   f o r   n e x t - g e n er atio n   lo w - p o w er   a n d   R F - a w ar V L SI  s y s te m s .       2.   RE L AT E WO RK   R ed u ci n g   s u b t h r esh o ld   leak a g r em ai n s   m aj o r   ch allen g i n   n a n o s ca le  V L SI  d esig n .   C o n v e n tio n al  tech n iq u es  s u ch   a s   p o w er   g ati n g ,   d u al - th r es h o ld   v o lta g a s s ig n m e n t,  tr a n s i s to r   s tac k in g ,   a n d   L E C T OR   h a v e   b ee n   w id el y   ad o p ted   to   r e d u ce   leak a g p o w er ,   alth o u g h   th e y   o f ten   i n tr o d u ce   ar ea ,   d elay ,   an d   d esig n   co m p le x it y   o v er h ea d s   [ 2 7 ] .   Do m i n o   lo g ic  cir cu its   ar p ar ticu lar l y   s u s ce p tib le  to   leak ag an d   n o is e - r elate d   is s u es,  a n d   s e v er al  k ee p er - b ased   an d   f ee d b ac k - b ased   ap p r o ac h es  h a v b ee n   p r o p o s ed   to   i m p r o v th e ir   r o b u s tn es s   [ 2 8 ] .   Am o n g   t h ese  tec h n iq u es,  t h e   ONOFI C   ap p r o ac h   h as  d e m o n s tr ated   ef f ec ti v leak a g r ed u ctio n   i n   Fin FET -   an d   C NT FET - b ased   d o m i n o   cir cu it s   th r o u g h   f ee d b ac k - co n tr o l led   s ta n d b y   c u r r en s u p p r ess io n Ho w e v er ,   m o s ex i s ti n g   ON OFI C   s t u d ies  f o cu s   o n   n o m in al  o p er atin g   co n d itio n s   an d   p r o v id lim ited   co n s id er atio n   o f   P VT   v ar iatio n s ,   ag in g   e f f ec t s ,   an d   R F - in te g r ated   en v ir o n m en ts .   R ec en t l y ,   AI   an d   m ac h i n lear n in g   tech n iq u e s   h a v em er g ed   as  p r o m i s in g   to o ls   f o r   VL SI  o p tim izatio n .   Dee p   lear n in g   m o d els  en ab le  r ap i d   p e r f o r m a n c p r e d ictio n ,   w h i le  ev o lu tio n a r y   al g o r ith m s   s u ch   as  G A ,   P SO,  an d   N SG A - I I   s u p p o r ef f icie n m u lti - o b j ec t iv o p ti m izatio n   o f   lea k ag e ,   d elay ,   a n d   e n er g y   co n s u m p tio n .   A lt h o u g h   A I - a s s is ted   o p ti m izatio n   h as   b ee n   ap p lied   to   ONOFI C - e n h an ce d   Fin FET /C NT FE T   c ir cu its ,   ex i s ti n g   ap p r o ac h es  g en er all y   n eg lect  an te n n a - in d u ce d   p ar asit ic  ef f ec ts   an d   cir cu it an ten n a     co - o p ti m izatio n .   T h er ef o r e,   th is   w o r k   p r o p o s es  an   A I - as s is ted   f r a m e w o r k   th a t   j o in tl y   o p ti m ize s     ONOFI C - e n h a n ce d   Fin FET /C NT FET   d o m in o   cir cu it s   an d   m u l tib an d   an te n n p ar am eter s ,   co n s id er i n g   leak ag r ed u ctio n ,   en er g y   e f f icien c y ,   P VT   r o b u s tn ess ,   ag i n g   ef f ec t s ,   an d   an ten n a - in d u c ed   in ter f er en ce   f o r   n ex t - g e n er atio n   lo w - p o w er   R F - a w ar V L SI  s y s te m s .       3.   M E T H O D   3 . 1 .   O v er v ie w   Deep - n a n o m e ter   tech n o lo g ies   f ac s ig n i f ica n ch alle n g es,   in clu d i n g   s u b t h r esh o ld   leak ag e,   P VT   v ar iatio n s ,   an d   ag i n g   ef f ec t s   s u c h   as  B T I   an d   HC I ,   w h ich   ad v er s el y   a f f ec th r eli ab ilit y   an d   e n er g y   ef f icien c y   o f   VL SI  s y s te m s .   T h ese  is s u es  ar p ar ticu lar l y   cr itical  in   F in FET -   an d   C NT FET - b ased   d o m i n o   lo g ic  cir cu i ts ,   w h er leak a g p o w er   an d   ti m i n g   i n s tab ilit y   b ec o m d o m in a n co n ce r n s .   I n   ad d itio n ,   m u ltib an d   an ten n i n te g r atio n   i n   m o d er n   So C s   i n tr o d u ce s   R co u p li n g   an d   p ar asit ic  ef f ec ts   t h at  f u r t h er   in f l u e n ce   cir cu i t   p er f o r m a n ce .   T o   ad d r ess   th ese  ch alle n g e s ,   an   A I - d r iv e n   co - o p ti m izatio n   f r a m e w o r k   is   p r o p o s ed   f o r   ONOFI C - en h a n ce d   Fi n FET /C NT FET   d o m in o   cir c u its   w i th   a n te n n a - a w ar m o d eli n g .   Var io u s   ONO FIC  co n f i g u r atio n s   ar im p le m en ted   u s i n g   3 2   n m   B SIM - C M Fin FET   an d   Stan f o r d   C NT FET   m o d els  ac r o s s   b en ch m ar k   cir cu its ,   i n cl u d in g   O R   g a tes,   m u ltip lex er s ,   an d   r ip p le - ca r r y   ad d er s .   A   co m p r e h en s i v d ataset  is   g e n er ated   th r o u g h   p ar a m eter   s w ee p s ,   an d   A NN   s u r r o g ate  m o d el s   ar t r ain ed   to   p r ed ict  leak a g p o w er ,   d elay ,   P DP ,   an d   n o is m ar g in s   e f f icien t l y .   E v o lu tio n ar y   al g o r ith m s ,   n a m el y   GA ,   P SO,  a n d   NS G A - I I ,   ar em p lo y ed   to   id en tify   o p tim a d esig n   s o lu tio n s   t h at  b alan ce   leak a g r ed u ctio n ,   p er f o r m a n ce ,   an d   r o b u s tn es s .   T h o p tim ized   d esig n s   ar s u b s eq u e n tl y   v alid ated   th r o u g h   H SP I C E   s i m u latio n s   u n d er   P V T   v ar iatio n s ,   Mo n te  C ar lo   an al y s is ,   an d   ag in g   co n d itio n s .   T h p r o p o s ed   m et h o d o lo g y   p r o v id es  an   ef f icien an d   s ca lab le  f r a m e wo r k   f o r   d ev elo p in g   lo w - p o w er ,   v ar iat io n - to ler an t,  an d   R F - a w ar V L SI  s y s te m s   f o r   n e x t - g en er atio n   I o T   an d   w ir eles s   co m m u n icatio n   ap p lica tio n s .     3 . 2 .   Circ uits a nd   var ia nts   T h is   w o r k   i n v e s ti g ates   f o u r   O NOFI C   v ar ia n ts   f o r   lea k ag e   r ed u ctio n   a n d   p er f o r m a n ce   e n h an ce m e n t   in   Fi n FET - an d   C NT FET - b ased   d o m in o   cir c u its :     P u ll - d o w n   ON OFI C a   f ee d b ac k   d ev ice  i n   th p u ll - d o w n   p ath   s u p p r ess es st a n d b y   lea k ag e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   2 J u l y   202 6 306 - 3 1 9   308     Du al  p u ll - d o w n   ONO FIC:  t wo   p ar allel  f ee d b ac k   d ev ices  p r o v id en h a n ce d   leak ag r ed u c tio n ,   p ar ticu lar l y   in   w id f a n - in   cir c u it s .     P u ll - u p   ONOFI C f ee d b ac k   i n   th p u ll - u p   n et w o r k   i m p r o v es   ch ar g r eten t io n   an d   n o is i m m u n it y .     San d w ic h ed   ONOFI C f ee d b ac k   d ev ices  p lace d   b et w ee n   p u l l - u p   an d   p u ll - d o w n   n et w o r k s   b alan ce   leak a g e   r ed u ctio n   an d   s w i tch i n g   p er f o r m an ce .   T h ese  v ar ian ts   ar e v al u ate d   u s i n g   b en c h m ar k   cir c u it s ,   in cl u d in g   4 - an d   8 - in p u OR   g ates,   m u ltip lex er s ,   an d   r ip p le - ca r r y   ad d er s ,   r ep r esen ti n g   b o th   co m b in at io n al  a n d   ca s ca d e d   lo g ic  s tr u ct u r es.   Si m u latio n s   ar p er f o r m ed   u s in g   3 2   n m   B SIM - C MG   Fi n F E T   an d   Stan f o r d   C NT FE T   m o d els  to   ass ess   b o th   C MO a n d   p o s t - C MO tec h n o lo g ies.  T o   em u late  p r ac t ical  R F - i n te g r ated   So C   en v i r o n m e n ts ,   a n ten n a - in d u ce d   p ar asit ic  co u p li n g   i s   i n co r p o r ated   in to   th test b en c h   s etu p .   Fig u r 1   ill u s tr ates  th p u ll - do w n   ON OFI C   Fin FET   d o m i n o   OR   g at w i th   a n te n n a - co u p li n g   p ar asit ics.  T h ONOFI C   d ev ice  co n tr o ls   s tan d b y   leak a g e,   w h ile  th p ar asit ic  n et w o r k   m o d el s   R F - i n d u ce d   d is tu r b an ce s   at  th d y n a m ic  n o d e.   T h ese  in ter ac tio n s   d ir ec tl y   in f l u e n ce   leak a g p o w er ,   p r o p ag atio n   d ela y ,   an d   n o is r o b u s tn e s s .   Fi g u r 2   p r esen ts   t h o u tp u m etr ics   u s ed   f o r   ANN - b ased   o p ti m iz atio n   an d   Fig u r 3   s h o w s   t h lea k ag e d ela y   d i s tr i b u tio n   u n d er   v ar y in g   P VT   co n d itio n s .           Fig u r 1 .   ONOFI C   p u ll - d o w n   Fin FET   d o m in o   OR   g ate  w it h   an t en n co u p li n g   p ar asit ics           Fig u r 2 .   Ou tp u m etr ics  u s ed   f o r   A N N - b ased   o p ti m izatio n           Fig u r e   3.   L ea k a g e d ela y   d is tr i b u tio n   u n d er   P VT   v ar iatio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       AI - d r iven   co - o p timiz a tio n   o ON OF I C   ci r cu its   a n d   mu ltib a n d   a n te n n a s     ( R a ma va th u   R a mesh   N a ik )   309   3 . 3 .   Si m ula t io k no b s   ( inp u t   pa ra m et er s   X)   T h in p u p ar am eter s   d ef in e   th o p tim izatio n   s ea r c h   s p ac u s ed   in   all  s i m u lat io n s .   E ac h   k n o b   r ep r esen ts   d esig n ,   d ev ice,   o r   en v ir o n m e n tal  f ac to r   ex p lo r ed   d u r in g   d ataset  g en er at io n   an d   o p tim izatio n :     = {  ,  ,  ,  ,  ,  , ,  ,  , ,   }   ( 1 )     s w ee p in g   t h ese  p ar a m eter s   ca p tu r es  s u p p l y   v ar iat io n s ,   th r es h o ld   d r if t,  f ee d b ac k   s i zin g ,   C NT   co u n t,   te m p er atu r e,   co r n er   m o d els,  a n d   f ee d b ac k   p lace m en o p tio n s .   T h ese  k n o b s   en s u r b r o ad   co v er ag o f   r ea li s tic   d esig n   co n d itio n s .     3 . 4 .   O utput   m et ric s   ( la bels   Y)   T h o u tp u m etr ic s   ev alu ate  t h p er f o r m a n ce   o f   ONOFI C - en h a n ce d   Fin FET   an d   C NT F E T   cir cu its   an d   s er v as  o b j ec tiv es  f o r   th A I - d r iv e n   o p ti m izatio n   f r a m e w o r k .   T h ese  m etr ics  ch ar ac ter ize  leak ag e,   s p ee d ,   en er g y   ef f icie n c y ,   n o is i m m u n it y ,   a n d   r o b u s t n ess .     L ea k ag p o w er   ( P leak ) s tan d b y   p o w er   ca u s ed   b y   s u b t h r esh o ld   an d   g ate  leak a g cu r r en t s .     P r o p ag atio n   d ela y   ( tp d ) t i m r eq u ir ed   f o r   an   in p u t tr a n s it io n   to   p r o p ag ate  to   th o u tp u t.     D y n a m ic  p o w er   ( P d y n ) s w itc h in g   p o w er   d eter m in ed   b y   ca p ac itan ce ,   ac ti v it y   f ac to r ,   an d   s u p p l y   v o lta g e.     E n er g y   p er   t r an s itio n   ( E PT ) e n er g y   co n s u m ed   d u r in g   lo g i c - s tate  tr a n s i tio n .     P DP k ey   m etr ic  r ep r esen ti n g   th tr ad e - o f f   b et w ee n   p o w er   co n s u m p tio n   a n d   s p ee d .       =    ×    ( 2 )       E DP m ea s u r e s   o v er all  en er g y   ef f ic ien c y   w h ile  ac co u n ti n g   f o r   d elay .      =  ×    ( 3 )       No is ma r g in s   ( NM H   an d   NM L ) i n d icate   to ler a n ce   to   h i g h -   an d   lo w - le v el  n o i s e.     L ea k ag s lo p v er s u s   te m p er a tu r e:  ev al u ate s   th er m al  s e n s i ti v it y   a n d   s tab ili t y .     Dela y   v ar iat io n   u n d er   P V T   co n d itio n s ass e s s e s   ti m in g   r o b u s tn e s s   ac r o s s   p r o ce s s ,   v o ltag e,   an d   te m p er atu r v ar iat io n s .     A r ea   o v er h ea d : a d d itio n al  s ili co n   ar ea   r eq u ir ed   b y   th ON O FIC c ir cu itr y .   T o g eth er ,   th ese  m e tr ics  d ef i n th m u lt i - o b j ec tiv o p ti m iz atio n   s p ac u s ed   to   id en tify   d esig n s   t h at   ac h iev a n   e f f ec t iv b ala n ce   b et w ee n   lea k ag r ed u ctio n ,   p er f o r m a n ce ,   en er g y   e f f icie n c y ,   a n d   r eliab ilit y .     3 . 5 .   Da t a s et   a nd   sa m pli ng   A   d ata s et  o f   2 , 000 5 , 0 0 0   s am p les  i s   g en er ated   to   s u p p o r s u r r o g ate   m o d eli n g   an d   o p t i m izatio n .   C o n ti n u o u s   p ar a m e ter s i n cl u d in g   s u p p l y   v o lta g e,   t h r esh o ld   v ar iatio n ,   tr an s i s to r   s ca li n g ,   C NT   co u n t,  an d   te m p er atu r e ar s a m p led   u s in g   lati n   h y p er c u b s a m p li n g   ( L HS)   to   en s u r u n i f o r m   co v er ag o f   t h e   m u ltid i m en s io n al  d esi g n   s p ac e.   C ateg o r ical  p ar a m eter s   s u c h   as  P VT   co r n er s   ( t y p ical - t y p i ca ( T T ) ,   s lo w - s lo w   ( SS ) ,   f ast - f as ( FF ) ,   s lo w - f as ( SF ) ,   an d   f a s t - s lo w   ( F S))   u s s tr ati f ied   s a m p lin g   s o   th at  ea c h   co r n er   i s   ad eq u atel y   r ep r esen ted .   T o   i m p r o v s u r r o g ate  ac cu r ac y   i n   r eg io n s   w h er leak a g e d ela y   tr ad e - o f f s   ar m o s t   s en s iti v e,   tar g eted   d ata  au g m en tatio n   i s   ap p lied .   T h is   cr ea t es  b alan ce d   d ataset  th at  ca p tu r es  b o th   n o m i n a l   b eh av io r   an d   ed g ca s e s   i m p o r tan f o r   o p ti m izatio n .   F ig u r 4   ill u s tr ates  t h A NN  ar ch itect u r u s ed   f o r   s u r r o g ate  m o d eli n g   an d   p er f o r m an ce   p r ed ictio n .   T h is   d iv er s it y   f o r m s   th b asi s   f o r   tr ain i n g   A N s u r r o g ate   m o d el s   an d   en ab le s   r eliab le  m u lti - o b j ec tiv ex p lo r atio n   b y   t h ev o l u tio n ar y   alg o r it h m s .     3 . 6 .  A rt if ici a l neura l   net w o r k   s urro g a t m o deli ng   A N Ns  ar u s ed   a s   s u r r o g ate   m o d el s   to   ap p r o x i m ate  cir c u it   p er f o r m an ce   m e tr ics,  r ed u ci n g   t h n ee d   f o r   r ep ea ted   HSP I C E   s i m u lat io n s .   T h A NN   lear n s   t h m ap p in g   f r o m   th 1 1 - d i m e n s io n al  i n p u t   v ec to r   X   ( d ev ice,   b iasi n g ,   an d   en v ir o n m en t al  p ar a m eter s )   to   th p er f o r m a n ce   m etr ic  v ec to r   Y ,   w h i ch   in cl u d es  leak a g e,   d elay ,   e n er g y ,   a n d   n o is e - r elat ed   o u tp u ts .   T h n e t w o r k   ar ch itectu r co n s is t s   o f   th r ee   f u ll y   co n n ec ted   h id d e n   la y er s   w it h   2 5 6 ,   1 2 8 ,   an d   6 4   n eu r o n s ,   ea ch   u s i n g   r ec tifie d   lin ea r   u n it  ( R e L U )   ac tiv a tio n   to   ca p tu r n o n - lin ea r   p ar am eter   in ter ac t io n s .   Dr o p o u an d   L 2   r eg u lar izatio n   ar ap p lied   to   im p r o v g en er aliza tio n .   T r ain in g   u s e s   th d ataset  o f   2 , 000 5 , 0 0 0   s a m p les,  a n d   m o d el  q u alit y   i s   v er i f ied   th r o u g h   k - f o ld   cr o s s - v alid atio n .   T h s u r r o g at ac h ie v es   h i g h   p r ed ictiv ac c u r ac y ,   w it h   R 2 >0 . 9 8   f o r   leak a g p o w er ,   en ab li n g   f ast   an d   r eliab le   ex p lo r atio n   o f   th h i g h - d i m e n s io n al  d esi g n   s p ac d u r in g   o p ti m izatio n .   T h A NN  m ap p in g   ca n   b ex p r ess ed   as   ( 4 ) :     =    ( ;   )   ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   2 J u l y   202 6 306 - 3 1 9   310   w h er θ  d en o tes th lear n ed   w eig h ts   a n d   b iases .   T h o u tp u v ec to r   co n tain s :     = {   ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,       ,       ,         }   ( 5 )     Fig u r 4   d ep icts   t h ANN  ar c h itect u r e,   s h o w in g   t h 1 1 - in p u la y er ,   t h t h r ee   h id d en   la y e r s ,   an d   t h f i n al  o u tp u la y er .   T h d iag r am   h i g h li g h t s   th f lo w   f r o m   i n p u p ar am e ter s   th r o u g h   n o n - li n ea r   tr an s f o r m atio n s   to   th p r ed icted   p er f o r m an ce   m etr ics.  T h ese  p r ed ictio n s   g u id th ev o lu tio n ar y   a lg o r it h m s   ( G A ,   P SO,  an d   NSG A - I I ) ,   en ab lin g   r ap id   id en tif icat io n   o f   o p ti m a l a n d   P ar eto - ef f icie n t O NO FIC c ir c u it c o n f ig u r atio n s .           Fig u r 4 A NN  ar c h itect u r f o r   s u r r o g ate  m o d eli n g       3 . 7 .   E v o lutio na r y   o pti m iza t io n   T o   ex p lo r th h i g h - d i m en s io n al  ONO FIC  d esi g n   s p ac ef f icien tl y ,   t h r ee   ev o lu t io n ar y   o p ti m izat io n   alg o r ith m s G A ,   P SO,  an d   NSG A - II ar e m p lo y ed .   T h ese  m et h o d s   ar w ell - s u ited   f o r   n o n lin ea r ,   m u lti - o b j ec tiv p r o b lem s   w h er an al y tical  o p ti m izatio n   i s   in f ea s ib le.   A ll  ca n d id ate  s o l u tio n s   ar ev alu ated   u s in g   th ANN  s u r r o g ate  m o d el,   all o w i n g   r ap id   p r ed ictio n   o f   lea k ag e,   d ela y ,   a n d   r o b u s t n es s   b ef o r f i n al   HSP I C E   r ev alid atio n .   T h p r o p o s ed   o p ti m izat io n   p r o ce s s   co m b i n es  A N N - b ased   s u r r o g ate  m o d eli n g   w it h   ev o l u tio n ar y   alg o r ith m s   to   ef f icie n tl y   s ea r ch   th d es ig n   s p ac a n d   id en ti f y   o p ti m al  cir c u it  co n f i g u r atio n s .   Fi g u r 5   illu s tr ates  th p r o p o s ed   ev o lu tio n ar y   o p ti m izatio n   f r a m e w o r k   i n te g r atin g   A NN - b ased   s u r r o g ate  m o d elin g   w it h   G A ,   P SO,  an d   NSG A - I I   alg o r ith m s .             Fig u r 5 E v o lu tio n ar y   o p ti m i za tio n   f r a m e w o r k   ( co n ce p t)       As  s h o w n   i n   Fi g u r 5 ,   th f r a m e w o r k   ef f icie n tl y   ex p lo r es   th d esig n   s p ac to   o b tain   lo w - p o w er ,   lo w - lea k ag e,   a n d   P V T - r o b u s t c ir cu it c o n f i g u r atio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       AI - d r iven   co - o p timiz a tio n   o ON OF I C   ci r cu its   a n d   mu ltib a n d   a n te n n a s     ( R a ma va th u   R a mesh   N a ik )   311   3 . 7 . 1 .   G enet ic  a lg o rit h m   T h GA   b eg in s   w it h   p o p u la tio n   o f   1 5 0   r an d o m l y   g en er at ed   ca n d id ate  d esig n s .   E ac h   ca n d id ate  is   ev alu a ted   u s i n g   s u r r o g ate - p r e d icted   m etr ics  s u ch   as  leak a g e ,   d elay ,   P DP ,   E D P ,   an d   n o is m ar g i n s .   O v er   2 0 0   g en er atio n s ,   t h alg o r it h m   e v o lv es  t h p o p u latio n   u s i n g   s e lectio n ,   s i m u lated   b in ar y   cr o s s o v er   ( SB X) ,   an d   p o ly n o m ia m u tatio n .   T h is   p r o ce s s   m a in ta in s   d iv er s i t y   w h ile  p r o g r ess iv el y   i m p r o v in g   t h d esig n   s et.   m u lti - o b j ec tiv f it n es s   f u n ct io n   ca n   b d ef i n ed   as   ( 6 ) :     ( ) = 1 1 ( ) + 2 2 ( ) + 3 3 ( )   ( 6 )     w h er f 1 ,   f 2 ,   an d   f 3   re p r ese n t le ak ag e,   d ela y ,   a n d   r o b u s tn e s s   s co r es.   Af ter   ev o l u tio n ,   G A   co n v er g es  to   r ef i n e d   s et  o f   O NOF I C +a n te n n a - a w ar d esi g n s   t h at  b alan ce   leak ag r ed u ct io n   an d   d ela y   p er f o r m a n ce .   Fi g u r 6   ill u s tr ates  t h G A   o p ti m izatio n   p r o ce s s ,   in clu d i n g   p o p u latio n   in it ializatio n ,   f it n ess   ev a lu at io n ,   s elec tio n ,   cr o s s o v er ,   m u tat io n ,   an d   g en er a tio n   o f   o p ti m ized   s o lu tio n s .           Fig u r 6 .   GA   w o r k f lo w   f o r   ONOFI C   a n d   an te n n o p ti m izat io n       3 . 7 . 2 .   P a rt icle  s w a rm   o pti m i za t io n   P SO  u s es  s w ar m   o f   1 0 0   p ar ticles,  ea ch   r ep r esen ti n g   ca n d id ate  ONOFI C   d esig n .   P ar ti cles  ad ap th eir   p o s itio n s   b ased   o n   p er s o n al  b est  ( p B est)  an d   g lo b al  b est  ( g B est)  s o l u tio n s .   T h is   cr ea tes  b alan c e   b et w ee n   ex p lo r atio n   a n d   ex p l o itatio n .   S u r r o g ate  ev al u atio n   av o id s   r ep ea ted   cir c u it  s i m u la tio n s ,   e n ab lin g   3 0 0   ef f icien t o p ti m izatio n   iter atio n s .   P ar ticle  u p d ates f o llo w :     + 1 =  + 1 1 ( ) + 2 2 (  )   ( 7 )     P o s itio n   u p d ate:     + 1 = + + 1   ( 8 )     P SO  o f ten   co n v er g es  f a s ter   th an   G A   an d   is   ef f ec ti v f o r   s in g le - o b j ec tiv o r   lig h tl y   c o n s tr ain e d   o p tim izatio n   tas k s .   Fi g u r 7   p r esen ts   th P SO   o p ti m i za tio n   w o r k f lo w   u s ed   f o r   ONOFI C   p ar a m eter   o p tim izatio n .   T h p r o ce s s   in clu d es  s w ar m   in i tializatio n ,   A N N - b ased   f it n ess   e v al u atio n ,   p B est  an d   g B es u p d ates,  v elo cit y   u p d ates,  an d   co n v er g e n ce   to w ar d   o p ti m al  s o lu tio n s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   2 J u l y   202 6 306 - 3 1 9   312       Fig u r 7 .   P SO   w o r k f lo w       3 . 7 . 3 .   No n - do m ina t ed  s o rt in g   GA   II   NSG A - I I   is   u s ed   f o r   r ig o r o u s   m u lti - o b j ec tiv o p ti m izatio n ,   esp ec iall y   w h e n   b o th   lea k ag an d   d ela y   m u s t b m i n i m ized   s i m u lta n e o u s l y   w h i le  m ai n tai n i n g   n o is m ar g i n s   a n d   r o b u s t n ess .   Ob j ec tiv f u n ctio n s :     1 ( ) =    ( ) , 2 ( ) =   ( )   ( 9 )     No n - d o m in ated   s o r tin g   id en t if ies  P ar eto   f r o n ts   a n d   cr o w d i n g   d is ta n ce   p r eser v e s   d iv er s it y   ac r o s s   th e   tr ad e - o f f   s u r f ac e.   B in ar y   to u r n a m e n s e lectio n   c h o o s es  p ar en ts   b ased   o n   r an k   an d   s p ac in g ,   f o llo w ed   b y   cr o s s o v er   an d   m u tatio n .   Af ter   2 0 0 3 0 0   g en er atio n s ,   N SG A - I I   o u tp u ts   w ell - d e f in ed   P ar eto   f r o n t:     {   ,  } ,  {    ,      }   ( 1 0 )     T h is   en ab les  d es ig n er s   to   s el ec s o lu t io n s   b a s ed   o n   s y s te m   r eq u ir e m e n ts   ( I o T ,   R So C ,   an d   u ltra - lo w - p o w er   V L SI) .   I n te g r ated   ev o lu tio n ar y   f r a m e w o r k G A ,   P SO,  an d   N SG A - I I   o p er a te  in   p ar allel  o n   t h e   A N s u r r o g ate,   p r o v id in g   co m p le m e n tar y   s tr en g t h s G A   f o r   g lo b al  ex p lo r atio n ,   P SO  f o r   f ast  co n v er g e n ce ,   an d   NSG A - I I   f o r   o b tain i n g   h i g h - q u a lit y   P ar eto   f r o n t s .   T h is   m u lti - alg o r it h m   s tr ate g y   e n s u r es  t h at  th d es ig n   s p ac is   th o r o u g h l y   e x p lo r ed   an d   th at  o p ti m al  ONOFI C - en h an ce d   Fi n FET /C NT FET   s o lu tio n s   ar id en tif ied   u n d er   an te n n a - in d u ce d   p ar asit ic  ef f ec ts .       3 . 8 .   Va lid a t i o n a nd   ro bu s t n ess   T h to p   ten   o p tim ized   d esi g n s   ar v er if ied   u s in g   d etailed   H SP I C E   s i m u latio n s   to   en s u r th at  A NN - p r ed icted   b eh av io r   m atc h es   ac tu al  cir cu i p er f o r m a n ce .   T h is   f i n al  s tep   co n f ir m s   lea k ag e,   d ela y ,   n o is e   m ar g i n s ,   a n d   s i g n al  i n te g r it y   at  th d ev ice  le v el.   Fi g u r 8   il lu s tr ate s   t h r o b u s t n es s   v a lid atio n   w o r k f lo w   u s ed   to   ev alu ate  t h o p ti m ized   d esig n s   u n d er   P VT   v ar iatio n s ,   te m p er atu r ch a n g es,  ag in g   e f f ec ts ,   an d   p r o ce s s   v ar iab ilit y .   As  s h o w n   in   Fig u r 8 ,   m u ltip le  v alid atio n   tec h n iq u e s   ar e m p lo y ed   to   id en ti f y   th m o s r o b u s t   d esig n   ca n d id ates.   R o b u s t n es s   is   ev al u ated   u n d er   P V T   v ar iatio n s ,   ag i n g   ef f ec t s ,   an d   p r o ce s s   u n ce r tain t ies.     P V T   co r n er s :   d esig n s   ar test ed   ac r o s s   T T ,   SS ,   FF ,   SF ,   FS   co r n er s ,   an d   v o ltag s h i f ts   to   co n f ir m   s tab l e   leak ag a n d   d ela y   u n d er   m a n u f ac t u r in g   v ar iat io n s .     T em p er atu r s w e ep   ( 4 0   °C   to   1 2 5   °C ) :   en s u r es   p er f o r m a n ce   r e m a in s   co n s is te n t   u n d er   in d u s tr ial  a n d   ex tr e m t h er m al  co n d itio n s .     Ag i n g   ( B T I /HC I ) :   t h r esh o ld - s h i f m o d els a s s es s   lo n g - ter m   d eg r ad atio n   ef f ec t s   o n   d ela y   a n d   leak ag e.     Mo n te  C ar lo   ( 1 0 0 5 0 0   r u n s ) :   c ap tu r es st ati s tical  v ar iatio n s   a n d   v er if ies  v ar iatio n   to ler an ce .   T h ese  ch ec k s   co n f ir m   t h at  o p ti m ized   ONOFI C - b ased   Fi n FET /C NT FE T   cir cu its   m a in t ain   r eliab le  p er f o r m a n ce   u n d er   P VT   f lu ctu atio n ,   t h er m a l stre s s ,   ag i n g ,   a n d   an te n n a - i n d u ce d   p ar asit ics.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       AI - d r iven   co - o p timiz a tio n   o ON OF I C   ci r cu its   a n d   mu ltib a n d   a n te n n a s     ( R a ma va th u   R a mesh   N a ik )   313       Fig u r 8 .   R o b u s t n ess   v alid atio n   ac r o s s   P VT   an d   an ten n p ar asit ics       4.   RE SU L T S   T h is   s ec tio n   r ep o r ts   th ex p er im e n tal  r es u lt s   f r o m   ap p l y i n g   t h A NN - as s is ted   ev o lu tio n ar y   o p tim izatio n   f r a m e w o r k   to   ONOFI C - e n h a n ce d   Fin FET   an d   C NT FET   d o m in o   cir cu its   w ith   a n te n n a   p ar asit ics.  Op ti m izer s   u s ed   ANN  s u r r o g ate  p r ed ictio n s   f o r   ex p lo r atio n ,   an d   al to p   d esig n s   w er r e v alid ated   in   HSP I C E   t h r o u g h   f u ll  P VT   s w ee p s ,   ag i n g   an a l y s is ,   a n d   Mo n te  C ar lo   s i m u latio n s   to   e n s u r ac cu r ac y   an d   r o b u s tn es s .     4 . 1 .   L ea k a g re du ct io n   B aselin O NOFI C   d esi g n s ,   es p ec iall y   t h p u ll - u p   v ar ian t,  a lr ea d y   s h o w ed   s tr o n g   lea k ag e   r ed u ctio n   o v er   f o o ter - les s   an d   L E C T OR   cir cu it s .   G A   co m b in ed   w it h   A NN  p r o v id ed   an   ad d itio n al  1 0 1 5 r ed u ctio n   b ey o n d   th m an u all y   t u n ed   ONOFI C   b aseli n e.   NS G A - I I   w it h   A N ac h ie v ed   ev e n   g r e ater   i m p r o v e m e n t s ,   d eliv er in g   2 5 3 0 lo w er   leak ag i n   F in FET   cir cu its   an d   m o r t h a n   3 0 in   C NT FET   d esig n s .   T h ese  g a in s   r esu lt  f r o m   co o r d in ated   o p ti m izatio n   o f   b iasi n g ,   tr an s is to r   s izin g ,   f ee d b ac k   s tr en g t h ,   an d   an ten n a - in d u ce d   leak ag e   ef f ec t s .   T h A N s u r r o g ate  g u id ed   G A   to w ar d s   leak a g e - o p ti m al  s o l u tio n s   e f f icie n tl y ,   av o id i n r eg io n s   p r o n to   h ig h   leak a g e   u n d er   P V T   v ar iatio n s .   T a b le  1   p r esen ts   th leak a g p o w er   r ed u ctio n   ac h ie v ed   b y   t h p r o p o s ed   o p tim izatio n   ap p r o ac h es.       T ab le  1 L ea k ag r ed u ctio n   D e si g n   t y p e   L e a k a g e   ( µ W )   R e d u c t i o n   v s.   b a se l i n e   ( %)   B a se l i n e   O N O F I C   1 2 . 5     GA - o p t i mi z e d   O N O F I C   6 . 8   4 5 . 6   A N N + G A   o p t i mi z e d   O N O F I C   6 . 2   5 0 . 4       As  s h o w n   i n   T ab le  1 ,   b o th   GA - o p ti m ized   an d   A N N+ G A   o p ti m ized   ONO FIC  d es ig n s   s i g n i f ica n tl y   r ed u ce   leak ag p o w er   co m p ar ed   w it h   t h b aselin ON OFI C   cir cu it,  w it h   th A N N - as s is ted   ap p r o ac h   ac h iev in g   t h b est o v er all  p er f o r m a n ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   2 J u l y   202 6 306 - 3 1 9   314   4 . 2 .   E nerg y   ef f iciency   ( po w e r - dela y   pro du ct /energ y - dela y   pro du ct   i m pro v e m e nt)   E n er g y   e f f icie n c y   w as  as s ess ed   u s in g   P DP   an d   E DP   m etr i cs.  I n   Fin FET   cir cu its ,   A NN - g u id ed   G i m p r o v ed   ef f icie n c y   b y   ab o u t   1 5 2 0 %,   w h ile  A NN - a s s i s te d   NSGA - I I   ac h ie v ed   3 0 3 5 g ain s   o v er   b aselin e   ONOFI C   d esi g n s .   C NT FET   ci r cu its   s h o w ed   ev e n   h ig h er   i m p r o v e m en t s   d u to   b etter   elec t r o s tatic  co n tr o an d   lo w er   s u b th r e s h o ld   lea k ag e.   O v er all,   th r e s u l ts   s h o w   t h at  e v o lu tio n ar y   o p ti m izat io n   n o t   o n l y   r ed u ce s   leak a g e   b u also   f in d s   o p er atin g   p o in t s   th at  m i n i m ize  s w i tch i n g   en er g y   w h ile  m ee t in g   p er f o r m a n c r eq u ir e m en ts .   T h in te g r atio n   o f   ANN - g u id ed   GA   s h i f ts   t h d esig n   tr ad e - o f f   to w ar d   lo w er   P DP /ED w h i le  p r eser v in g   r o b u s tn es s .   o p ti m izat io n   tec h n iq u e s .   A s   s h o w n   in   T ab le  2 ,   th GA - o p ti m ized   an d   ANN+ G A   o p ti m ized   ONOFI C   d esi g n s   p r o v id s ig n i f ican r ed u ctio n s   in   b o th   P DP   an d   E D P   c o m p ar ed   w it h   th b aselin ONOFI C   d esig n .       T ab le  2 E n er g y   ef f icie n c y   ( P DP /ED P   i m p r o v e m en t )   D e si g n   t y p e   P D P   ( f J)   ED P   ( f n s)   P D P   g a i n   ( %)   ED P   g a i n   ( %)   B a se l i n e   O N O F I C   1 8 . 4   9 6 . 2       GA - o p t i mi z e d   1 4 . 1   7 2 . 4   2 3 . 4   2 4 . 7   A N N + G A   o p t i mi z e d   1 3 . 2   6 8 . 5   2 8 . 3   2 8 . 8       4 . 3 .   Ro bu s t nes s   a cr o s s   pro ce s s   v o lt a g e   t em pera t ure  a nd   t her m a s w ee p   R o b u s t n es s   w a s   ass e s s ed   u s in g   f u ll  P VT   s w ee p s ,   te m p er at u r v ar iatio n s   f r o m   −4 0   °C   to   +1 2 5   °C ,   ag in g   s i m u latio n s   ( B T I /HC I - i n d u ce d   Vt h   s h i f t s ) ,   an d   1 0 0 500 - r u n   Mo n te  C ar lo   an al y s i s .   B aselin ONOFI C   cir cu its   s h o w ed   o n l y   m o d er ate  r esil ien ce   an d   d eg r ad ed   u n d er   s tr o n g   p ar asit ic  lo ad in g .   A NN - g u id ed   G A   i m p r o v ed   s tab ili t y   b y   ab o u 2 0 %,  th o u g h   co n v er g e n ce   s lo wed   in   h ig h - d i m en s io n al   co n d it io n s .   A N N+ NSG A - I I   p r o d u ce d   th m o s co n s i s te n b eh av io r ,   m ai n tai n i n g   s tab l leak ag an d   d ela y   ac r o s s   all  co r n er s ,   w i th   d ela y   p en alt ies  u n d er   5 an d   clea r   th er m al  g ai n s   ( ab o u 4 1 1 %   n o r m a lized   d elay   i m p r o v e m en f r o m   −5 0   °C   to   +1 0 0   °C ) .   P V T tem p er atu r h ea t m ap s   o f   n o r m al ized   P DP   f u r t h er   s h o w   t h at  NS G A - I I   d esig n s   s u s tai n   m u c h   tig h ter   p er f o r m an ce   r a n g e s   t h an   b asel in cir c u its .   T h A N N+ G A   s o l u tio n s   r e m ai n   th er m a ll y   r es ilie n t ,   co n f ir m i n g   d esi g n   r o b u s tn e s s   u n d er   ex tr e m co n d itio n s .   o p tim izat io n   tech n iq u es.  T a b le  3   p r esen ts   th e   r o b u s tn es s   p er f o r m a n ce   o f   t h e   p r o p o s ed   o p tim ized   d esig n   u n d er   d if f er en t te m p er atu r co n d itio n s .         T ab le  3 R o b u s tn es s   ac r o s s   P VT   an d   th er m a l s w ee p   T e mp e r a t u r e   ( ° C )   B a se l i n e   d e l a y   ( n s)   O p t i mi z e d   d e l a y   ( n s)   S t a b i l i t y   i m p r o v e me n t   ( %)   - 50   1 . 0 2   0 . 9 8   + 3 . 9   25   1 . 0 0   0 . 9 5   + 5 . 0   1 0 0   1 . 1 5   1 . 0 2   + 1 1 . 3       As  s h o w n   in   T ab le  3 ,   th o p ti m ized   ONOFI C   d esig n   ex h i b its   lo w er   d ela y   an d   i m p r o v e d   s tab ilit y   ac r o s s   th en tire   te m p er atu r r an g co m p ar ed   w it h   th b asel y n d esi g n .     4 . 4 .   O ptim iza t io ef f i ciency   C ir cu it - le v el   HSP I C E   s i m u l atio n s   o f   O NOFI C   s tr u ct u r es  ar co m p u tatio n a ll y   ex p en s i v e.   B y   r ep lacin g   f u ll s i m u latio n s   w ith   th A N s u r r o g ate  m o d el,   t h o p ti m izatio n   f r a m e w o r k   r ed u ce d   co m p u ta tio n a l   co s b y   >9 0 %,  en ab lin g   lar g e - s ca le  d esig n   s p ac e x p lo r atio n .   G A   p r o v id ed   i m p r o v e m e n t s   b u r eq u ir ed   m o r e   g en er atio n s   f o r   co n v er g e n ce   an d   NSG A - I I   ac h ie v ed   f aster   co n v er g e n ce ,   d ir ec tl y   y ield in g   P ar eto   f r o n ts   th a t   allo w ed   d esig n er s   to   v is u alize   an d   s elec tr ad e - o f f   p o in t s   b et w ee n   leak a g e,   d ela y ,   an d   r o b u s t n es s .   Su r r o g at e   lear n in g   s u b s ta n tiall y   ac ce ler ates  m u lti - o b j ec tiv o p ti m iza t io n   w h i le  m ai n tai n i n g   h i g h   f id elit y .   T ab le  4   s u m m ar izes  t h o p ti m izatio n   e f f ic ien c y   o f   th p r o p o s ed   A NN - as s i s ted   f r a m e w o r k   co m p ar ed   w it h   co n v e n tio n al  G A - b a s ed   o p tim izatio n .       T ab le  4 Op tim izatio n   ef f icie n c y - v alid atio n )   O p t i mi z a t i o n   m e t h o d   S i mu l a t i o n s   R u n t i me   ( h o u r s)   A c c u r a c y   v s.  S P I C E   ( %)   Ef f o r t   r e d u c t i o n   ( %)   P u r e   G A + S P I C E   3 0 , 0 0 0   3 2 0       A N N + G A   ( H y b r i d )   2 , 8 0 0   28   9 6 . 4   9 1 . 3       As  s h o w n   in   T ab le  4 ,   th ANN+ G A   h y b r id   ap p r o ac h   s i g n i f ican tl y   r ed u ce s   t h n u m b er   o f   s i m u lat io n s   a n d   r u n ti m w h i le   m ain tain in g   h ig h   ac cu r ac y   w i th   r esp ec t to   SP I C E   r esu lt s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       AI - d r iven   co - o p timiz a tio n   o ON OF I C   ci r cu its   a n d   mu ltib a n d   a n te n n a s     ( R a ma va th u   R a mesh   N a ik )   315   4 . 5 .   P a re t o   t ra de - o f f s   ( NSG A - II  re s u lt s )   NSG A - II  p r o d u ce d   clea r   P ar et o - o p ti m al  f r o n t s   t h at  ca p tu r t h tr ad e - o f f   b et w ee n   lea k a g p o w er   an d   p r o p ag atio n   d elay .   T h ese  f r o n t s   allo w   d es ig n er s   to   s elec t o p er atin g   p o in ts   b ased   o n   ap p licatio n   p r io r ities :     I o T   ed g d ev ices   ca n   e m p h asi ze   leak ag m i n i m izatio n .     5 an d   lo w - la te n c y   s y s te m s   c an   p r io r itize  d elay   w h ile  k ee p i n g   lea k a g w it h in   l i m its .   T h r esu lts   co n f ir m   t h at  AN N - as s is ted   NSG A - I I   id e n ti f ie s   b alan ce d   co m b in atio n s   o f   ONOFI C   p ar am eter s ,   g i v i n g   d esi g n er s   s p ec tr u m   o f   v al id   ch o ices  r ath er   th a n   s i n g le  d esi g n   p o i n t.  S u p p o r tin g   p lo ts   in cl u d e:     L ea k ag e d ela y   P ar eto   cu r v e ,   s h o w in g   t h n o n - d o m in ated   N SG A - I I   s o l u tio n s .     C o n v e r g e n c e   p l o t s ,   i l l u s t r a t i n g   f a s t e r ,   a n d   s m o o t h e r   c o n v e r g e n c e   w h en   A N N   s u r r o g a t e s   g u i d e   G A / N S G A - II.     A N v s .   H SP I C E   s ca tter ,   v ali d atin g   h i g h   s u r r o g ate  ac c u r ac y   ( R ²> 0 . 9 5 ) .   A   r o b u s t n es s   h ea t m ap   also   s h o w s   th at  o p ti m ized   d esi g n s   m ai n tai n   tig h ter   P DP   an d   d elay   d is tr ib u tio n s   ac r o s s   P VT   c o r n er s   an d   te m p er at u r s w ee p s .   Ov er all,   NSG A - I I +A NN  d e m o n s tr ates  s tr o n g   co n v er g e n ce ,   w ell - d is tr ib u ted   P ar eto   f r o n ts ,   an d   s u p er io r   r o b u s tn es s   co m p ar ed   to   b ase lin an d   G A - o n l y   ap p r o ac h es.  Fig u r 9   p r esen ts   th p er f o r m a n ce   ev al u at io n   an d   o p tim izatio n   r esu lt s   o f   th p r o p o s ed   f r a m e w o r k .   As  s h o w n   in   Fi g u r e s   9 ( a) ( d ) ,   th r esu lts   i n cl u d A NN  p r ed ictio n   ac cu r ac y ,   le ak ag e - d ela y   P ar eto   o p tim izatio n ,   r o b u s t n es s   an al y s i s   u n d er   P V T   an d   tem p er at u r v ar iatio n s ,   an d   co n v er g en ce   b eh av io r   o f   th e   ev o lu tio n ar y   o p ti m izatio n   al g o r ith m s .   T ab le   5   s u m m ar izes  t h o v er all  p er f o r m a n ce   i m p r o v e m en ts   ac h iev ed   b y   th p r o p o s ed   A NN - as s is ted   o p tim izatio n   f r a m e w o r k .   T h e   r esu lt s   i n d icate   t h at  ANN+ NSG A - I I   ap p r o ac h   p r o v id es  th e   m o s f a v o r ab le  tr ad e - o f f   a m o n g   leak a g r ed u ctio n ,   en er g y   e f f icie n c y ,   r o b u s tn e s s ,   an d   o p ti m izatio n   ef f o r co m p ar ed   w it h   th e   b aselin ONO FIC a n d   ANN+ GA   m et h o d s .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r 9 .   P er f o r m a n ce   ev al u at io n   an d   o p ti m izatio n   r esu lts : ( a)   A NN  v s .   HSP I C E   ac cu r ac y ,   ( b )   leak ag e d elay   P ar eto   f r o n t,  ( c)   r o b u s tn es s   h e at m ap   ac r o s s   P VT   an d   tem p er atu r e,   an d   ( d )   co n v er g en ce   o f   GA   a n d   NSG A - II  w it h   a n d   w ith o u A NN       T ab le  5 Su m m ar y   o f   i m p r o v e m en ts   M e t r i c   B a se l i n e   O N O F I C   A N N + G A   o p t i mi z e d   A N N + N S G A - I I   o p t i mi z e d   L e a k a g e   r e d u c t i o n   2 1 . 9 ( o v e r   f o o t e r - l e ss)   + 1 0 1 5 %   e x t r a   25 3 0 ( F i n F ET ) ,   > 3 0 ( C N T F E T )   En e r g y   e f f i c i e n c y   M o d e r a t e   + 1 5 2 0 %   + 3 0 3 5 %   R o b u st n e ss (P V T + a n t e n n a )   M e d i u m   H i g h   V e r y   h i g h   ( st a b l e   ± 1 0 0   ° C ,   p a r a s i t i c   t o l e r a n t )   O p t i mi z a t i o n   e f f o r t   H i g h   ( ma n u a l   H S P I C E)   R e d u c e d   b y   ~ 7 0 %   R e d u c e d   b y   > 9 0 %   P a r e t o   t r a d e - o f f s   N o t   a v a i l a b l e   L i mi t e d   C l e a r   l e a k a g e - d e l a y - e n e r g y   f r o n t s       T h p r o p o s ed   A NN+ NSG A - I I   f r a m e w o r k   tr an s f o r m s   ONO F I C - e n h a n ce d   Fin FET /C NT FET   cir cu its   in to   m u lti - o b j ec tiv e   o p tim ize d   s o lu tio n s   th a ac h ie v s u p er io r   leak ag r ed u ctio n ,   en er g y   e f f ic ien c y ,   an d   r o b u s tn es s   at  f r ac tio n   o f   t h e   co m p u tatio n al  co s t.  T h is   m a k es  it   p ar ticu lar l y   attr ac ti v f o r   lo w - po w er   V L SI   s y s te m s   i n   I o T   an d   5 ap p lica tio n s ,   w h er b o th   en er g y   s a v i n g s   a n d   r esil ien ce   to   p ar asit ic s   ar cr itical.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.