Investigating Gate-Level Evolutionary Development of Combinational Multipliers Using Enhanced Cellular Automata-Based Model

Evoluční algoritmus, development, celulární automat, číslicový obvod

Celulární automaty představují výpočetní model, který je založen na postupném výpočtu stavů buněk uspořádaných do pravidelné struktury. Celulární automaty jsou často využívány jako vývojový model k řešení různých problémů. V oblasti evolučních algoritmů jsou aplikovány jako nepřímé mapování mezi genotypy a fenotypy. V posledních letech byl tento přístup úspěšně aplikován na evoluční návrh logických obvodů na úrovni hradel. Kombinační násobičky představují třídu obvodů, která je obvykle požadována za náročný problém řešitelný pomocí evolučních technik. V našem předchozím výzkumu týkajícího se celulárních automatů byly úspěšně takto navrženy násobičky 2x2 bity. Kombinační násobičky byly zvoleny i v tomto článku jako vhodná třída obvodů, na které je možné demonstrovat schopnosti pokročilého vývojového modelu, který uvažuje různé počtu buněk celulárního automatu oproti počtu vstupů cílového obvodu. Cílem je demonstrovat vývoj větších instancí násobiček než ty s 2x2 bity. V experimentech, které jsou představeny v tomto článku, jsou jako cílové obvody uvažovány násobičky s 2x3 a 3x3 bity. Tyto obvody představují první případ takovýchto instancí násobiček úspěšně navržených na úrovni hradel pomocí celulárních automatů. Představený vývojový model je vyšetřován z pohledu úspěšnosti evolučního návrhu celulárních automatů pro konstrukci násobiček a dále z pohledu výpočetní náročnosti pro různá nastavení parametrů experimentálního systému (velikost celulárního automatu, počet stavů, počet kroků vývoje apod.). Nakonec je demonstrováno, že odlišné přístupy zapojení výstupů cílových obvodů neovlivňují zásadním způsobem úspěšnost procesu evolučního návrhu.