基于增强型扫描结构ESFF-SED的老化加固2.pptVIP

历史回顾 References Keith A. Bowman, James W. Tschanz, Nam Sung Kim, Energy-Efficient and Metastability-Immune Resilient Circuits for Dynamic Variation Tolerance[J]. IEEE Journal OF Solid-State Circuits, vol. 44, No. 1, January 2009：49-63 A. Goel, S. Bhunia, H. Mahmoodi, and K. Roy. Low-overhead design of soft-error-tolerant scan flip-flops with enhanced-scan capability [C] // Proceedings of Asia and South Pacific Conference on Design Automation,Yokohama, 2006:665-670 背景介绍 主要内容 基础知识 老化现象 老化现象 老化现象 界面态Nit和固定电荷Qf的形成示意图： 老化现象 NBTI导致影响：晶体管阈值电压Vth的变动将会导致传播延迟的增大，从而影响电路的正常性能。 老化现象 基于时序延迟Td的老化检测机制（Razor flip-flop结构） 通常是在系统主从触发器MSFF上并联一个锁存器LATCH，数据信号D在同一时钟控制下被锁存器和触发器捕获，在输出端由一个异或门比较锁存器和触发器捕获的信号，继而判断是否出现了老化。 软错误 高能粒子效应 在宇宙辐射环境中，存在着大量的包括电子、质子、光子、a粒子和重离子在内的高能粒子。 随着集成电路特征尺寸的急剧减小，单芯片中的节点迅速增加，并且由于供电电压的降低，节点的电量也随之降低。所以较低能量的粒子也有可能影响集成电路的正常运行 。 不仅在空间环境中，甚至在地面上的集成电路也面临着高能粒子的威胁． 软错误 当高能粒子轰击存储器或触发器等时序逻辑电路时，将引发SEU (Single Event Upset) ，时序逻辑电路的值将发生翻转，错误的值将保持到下一个值写入．SEU发生的频率很高。 高能粒子轰击组合逻辑电路，将发生SET （Single Event Transient ），产生毛刺，并且有可能沿组合逻辑通路传递．如果毛刺恰好被时序逻辑采样到，将会导致集成电路功能错误。 由高能粒子瞬时效应引起的错误都可以被消除，因此也被称为软错误(soft error)。 软错误 SEU容错的技术 工艺级防护 采用抗辐射技术，即在集成电路生产过程中采用特 殊制造工艺，以防止高能粒子效应。 系统级防护 模块级引入冗余或错误检测等机制，以屏蔽或检测软错误。 电路级防护 对传统的D-latch进行设计改进，使其具有容SEU的能力例如，反馈冗余技术。 延迟测试 测试原理 基础知识 增强扫描测试 ESFF-SEAD结构 ESFF-SEAD（Flip Flop with Enhanced Scan Capability and Soft Error and Aging Detection ）结构 全新增强型扫描结构ESFF-SED（Flip Flop with Enhanced Scan Capability and Soft Error Detection ）：原理是将保持锁存器和扫描触发器进行功能整合，整合成一个时序单元ESFF-SED，ESFF-SED由两路时钟CLK和Hold来驱动。ESFF-SED也有两种工作模式：测试模式和软错误防护模式。 ESFF-SEAD（Flip Flop with Enhanced Scan Capability and Soft Error and Aging Detection ）结构 本文提出的ESFF-SEAD结构 ESFF-SEAD（Flip Flop with Enhanced Scan Capability and Soft Error and Aging Detection ）结构 面积和性能开销 面积和性能开销 结论及正在进行的工作 结论 本文在原始的扫描单元上增加了可以检测老化的模式，改变了以往将老化和软错误分开来对电路进行加固从而导致较大的面积，时延，功耗开销的缺点。将老化与软错误对系统造成的影响分开具有重要的意义：软错误是由单事件翻转或单事件瞬态引起的，对电路的影响是暂时的。而老化对电路的影响是个累积过程，如果在电路出现了老化而不能采取有效措施，将导致比较长远的危害。 下一步工作 在老化出现后，有时候不可能立即停止系统的运