The behavior of the Deoxyribonucleic Acid (DNA) molecule can be exploited to perform useful computation. It can also be ”programmed” using the language of Chemical Reaction Networks (CRNs). One specialized CRN construct is the Surface Chemical Reaction Network (SCRN). The SCRN construct can implement asynchronous cellular automata, which can in turn be used to implement digital logic circuits. SCRN based digital logic circuits are thought to have several advantages over regular CRN circuits. One of these proposed advantages is their scalability. This thesis investigates the scalability of SCRN based adder circuits, how does an increase in the number of bits affect the time required for the circuit to produce a correct result? Additionally, how is the throughput of the circuit affected when multiple additions are performed in a pipelined fashion? These questions are studied through experiments where the execution of optimized SCRN adder circuits is simulated. Due to the stochastic nature of SCRNs each such execution is all but guaranteed to be unique, requiring the simulation of the circuits to be repeated until a sufficiently large statistical sample has been collected. The results show these samples to follow a Gaussian distribution, regardless of the number of bits or the number of pipelined operations. The experiments show the simulated latency of the studied SCRN adder circuits to scale linearly with the number of input bits. The results also show that the throughput can be greatly improved through the pipelining of multiple operations. However, the results are inconclusive as to the maximum possible throughput of SCRN adder circuits. A conclusion of the project is that SCRN digital logic circuit design could conceivably benefit from the implementation of specialized components beyond the standard logic gates. / DNA-molekylen kan utnyttjas för att genomföra användbara beräkningar. Den kan också ”programmeras” via abstraktionen kemiska reaktionsnätverk. Ytbundna Kemiska Reaktionsnätverk (YKR) är i sin tur en vidare specialisering av sådana reaktionsnätverk. Ett YKR kan implementera en asynkrona cellulära automat, som i sin tur kan implementera kretsar för digital logik. Kretsar för digital logik byggda med YKR anses ha flera fördelar gentemot motsvarande kretsar byggda från vanliga kemiska reaktionsnätverk. En av dessa tilltänkta fördelar ligger i deras skalbarhet. Detta examensarbete undersöker skalbarheten hos YKR-baserade additions-kretsar, hur påverkar ett ökat antal bitar tiden som krävs för att kretsen ska producera ett korrekt resultat? Vidare, hur påverkas genomströmningen när flera operationer matas in direkt och genomför efter varandra i en pipeline? Dessa frågor studeras genom experiment där körningar av optimerande YKR-baserade additionskretsar simuleras. På grund av de stokastiska egenskaperna hos YKR är varje sådan körning i princip garanterad att vara unik, vilket kräver upprepade simuleringar av varje krets tills ett tillräckligt stort statistiskt urval har insamlats. Dessa resultat visar sig följa en normalfördelningskurva, oavsett antalet bitar eller antalet operationer som matats in i en pipeline. Experimenten visar att den simulerade latensen skalar linjärt med antalet indata-bitar för de studerade additionskretsarna. Resultaten visar även att genomströmningen förbättras avsevärt när flera operationer körs direkt efter varandra i en pipeline. Resultaten är dock ofullständiga när det gäller uppmätandet av additionskretsarna högsta möjliga genomströmning. En slutsats av projektet är att YKR-baserade kretsar för digital logik möjligen skulle kunna gagnas av implementerandet av specialiserade komponenter utöver de vanliga logikgrindarna.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-330713 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Arvidsson, Jakob |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Stockholm : KTH Royal Institute of Technology |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:115 |
Page generated in 0.0323 seconds