基于软硬件协同的国产处理器可靠性环境试验技术研究

发布时间：2020-03-23 02:28

【摘要】：随着信息技术的不断进步和国产芯片行业的蓬勃发展,诸如人工智能、物联网、虚拟现实等新一代的科技走进人们的生活,处理器扮演着不可或缺的角色。处理器国产化的进程在不断推进。国产处理器与主流处理器在性能、架构、运行环境上存在很大的不同,因此开展针对国产处理器的可靠性研究和评价有重要意义和应用价值。课题针对传统环境应力的处理器相关试验技术存在对国产处理器芯片可靠性评价不充分、不全面等不足,提出基准程序集和环境应力相结合的处理器可靠性试验技术,从软硬件协同的角度对国产处理器的性能进行评测与分析。主要研究内容和结果如下:探索了基准程序集与传统环境试验相结合的试验方案,在传统环境试验包括温度、振动和温度/振动综合环境试验的基础上引入基准程序集,利用基准程序集具有将处理器性能量化的特点,直观地分析环境试验条件对处理器性能的影响,从而达到软硬件协同试验的目的。本课题完成了对某型号国产处理器开展基于软硬件协同的处理器温度试验、振动试验以及温度/振动综合环境试验,试验结果表明:温度试验中,温度由低到高,处理器的性能呈现阶梯型下降,处理器性能评测分值明显下降的温度点分别为45℃和85℃;振动试验中,振动量级由低到高,处理器的性能评测分值呈现急剧下降,在10Grms至15Grms段下降最明显;综合环境试验中,处理器的性能评测分值随着试验条件的严酷程度的升高,呈现缓步下降。基于软硬件协同的处理器环境试验技术为对国产处理器进行充分、全面的可靠性考核与评价提供了试验手段与条件,可以促进国产处理器质量可靠性水平的提升,促进产业化发展。
【图文】：

英特尔,钟摆,发展战略

现于 1965 年，由英特尔的创始人之一 Gordon Moore（戈登摩尔）提出。摩尔定律是针对集成电路的发展预测而提出的，它的内容为：集成电路芯片上所集成的电路目，每隔 18 个月就翻一倍[8]。通过对比上文列举的英特尔公司在 1974 年到现今的年期间生产的处理器，在微处理器的性能及功能上，每一次的更新都遵守着摩尔定尔定律也成为了处理器发展与进步的标尺。钟摆计划是英特尔公司对处理器产品制一个研发战略计划。该计划制定的时间为 2005 年，正是处理器由单核向多核转变个时期。Tick-Tock 原意为“嘀嗒”，指的是时钟钟摆的一个周期，在英特尔的处发展战略中表示为一次工业制程的发展周期，周期时长为两年。在这两年中，第一行工艺的提升，第二年进行架构的升级。处理器制作工艺由 65nm 到 22nm，以及 2成功突破 14nm 研制关卡，都遵守着钟摆计划，如图 1-1 所示。Tick-Tock 研发战略特尔不断的将处理器制作工艺以及架构升级推向了更新的高度，也是英特尔能够不在处理器研发保持活力和创举的重要举措。

处理器

大批自主研发单位。以龙芯为例介绍国产处理器的发展过程。龙芯系列处理器由中国科学院计算机技术研究所研发。2002 年 8 月，龙芯 1 号研制成功。龙芯 1 号是国内第一款 32 位通用单核处理器，，采用 0.18um 工艺制造，主频可达 266MHz。2003 年，第一款 64 位处理器龙芯2B 问世。随后相继发布了龙芯 2C、2E、2F、2G、2H 系列产品。龙芯 2 号处理器在性能上实现了飞速提升，并突破了多核技术。龙芯 2 号处理器采用 90nm 工艺制程，主频可达 1GHz。2010 年，龙芯正式步入多核时代，推出首款四核处理器龙芯 3A，以及龙芯 3B。龙芯 3 号处理器采用 40nm、28nm 工艺制程，最高主频可达 1.5GHz。国内学术界对于龙芯的处理器及其应用都极为重视，比如陆锐利用龙芯 1B 设计并实现了物联网ZigBee 网关，并验证了其功能[10]；杜敏杰利用龙芯 2E 平台实现了 Linux 系统的开发与应用[11]；李俊利用龙芯 2F 处理器在嵌入式实时虚拟化领域中实现了应用[12]；徐骞利用龙芯 3A 处理器在嵌入式操作系统 VxWorks 实现了中断控制驱动软件的开发[13]等等。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP332

【参考文献】