数字集成电路老化建模与防护技术研究

发布时间：2017-11-13 00:06

  本文关键词：数字集成电路老化建模与防护技术研究

  更多相关文章： 老化 可靠度 负偏置温度不稳定性 电迁移 多处理器片上系统

【摘要】：随着晶体管工艺尺寸的下降,数字电路的集成度日趋上升,在满足高性能的同时,老化成为影响电路可靠度的主导因素之一。尤其在电路生命周期的后半阶段,老化会导致电路发生时序违规甚至永久性失效故障。本文从两个方面进行电路老化相关的研究工作：第一,基于负偏置温度不稳定性(Negative Bias Temperature Instability, NBTI)效应的物理机制,提出了一种更适用于设置时序余量的电路老化预测模型；第二,针对多处理器片上系统(Multiprocessor System-on-Chip, MPSoC)的老化,在操作系统层面,采用任务调度算法缓解异构MPSoC的老化,以提高MPSoC可靠度。为了提高数字电路的寿命,在设计电路的阶段,采取一定的措施进行老化防护。常用的防护措施是设置一定的时序余量,保证一定生命周期的可靠度,准确的老化预测是设置时序余量的重要前提。随着工艺尺寸进入纳米级,NBTI成为导致电路老化的主导因素之一,针对NBTI老化效应设置时序余量是NBTI老化防护的重要方法之一,预测NBTI效应下电路的老化程度,目前基于反应扩散机制建立的老化模型是主流模型,该模型显示电路老化与时间呈指数函数关系。本文考虑NBTI空穴俘获释放机制,建立了一种新的老化预测模型(Trapping/Detrapping based Delay Prediction, TDDP),该新模型显示电路的老化与时间呈对数函数关系,并与Hspice仿真工具进行比较,准确性偏差在容忍范围之内。针对设置时序余量的老化防护方法,相比较已有的指数函数模型,新的TDDP模型可以节省更多的时序余量开销。随着多处理器片上系统MPSoC的广泛应用,数字集成电路老化给MPSoC的可靠度带来严峻挑战。高集成度的MPSoC片内互联密度越来越大,片内晶体管数目的增长导致互连线的可靠度受到电迁移(Electromigration, EM)老化效应的影响越来越严重。本文基于EM效应下的MPSoC可靠度模型—平均无故障时间(Mean Time To Failure, MTTF)模型,提出一种MTTF感知的任务调度算法(cross),达到了减小性能异构MPSoC可靠度差异的目的。性能异构MPSoC内部处理器,由于频率的异构性,导致可靠度本身存在差异,cross是一种考虑处理器可靠度差异的任务调度算法。实验室结果表明,针对性能异构的MPSoC,相比较于已有的均衡负载任务调度算法,cross更适合于提高异构MPSoC的可靠度。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332

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本文编号：1178194