芻議集成電路老化預(yù)測與容忍

賈利芳

(1.太原理工大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院，山西 太原 030000;2.忻州師范學(xué)院五寨分院，山西 五寨 036200)

集成電路范疇內(nèi)的老化預(yù)測，應(yīng)當(dāng)帶有動態(tài)特性。預(yù)測得來的數(shù)值，可以為慣常的老化防護，提供精準(zhǔn)根據(jù)。在預(yù)測的根基上，創(chuàng)設(shè)了低開銷的、在線態(tài)勢下的多重故障辨識，消除掉了結(jié)構(gòu)要素特有的誤差干擾。集成電路關(guān)涉的老化容忍，涵蓋了這一側(cè)重點:高性能層級內(nèi)的集成電路，常用多米諾特有的電路結(jié)構(gòu)。審慎辨識老化根源，采納了聯(lián)合架構(gòu)下的優(yōu)化路徑，創(chuàng)設(shè)了低功耗范疇內(nèi)的容忍方法。

1 概要的預(yù)測思路

對于體系架構(gòu)固有的工作負載，妥善予以區(qū)分，建構(gòu)了NBTI 特有的效應(yīng)模型。這樣預(yù)設(shè)的預(yù)測框架，考量了各時段的電路負載。初始時段的設(shè)計中，辨識了這一原理:電路在擬定好的周期以內(nèi)，出于多重成因，會漸漸老化［2］。預(yù)測得來的精準(zhǔn)結(jié)果，提升了可靠特性。

結(jié)合特有的預(yù)測模型，假定最差情形下的操作狀態(tài)。采納靜態(tài)時序，來解析這一狀態(tài)，獲取老化范疇內(nèi)的上限數(shù)值。真正運轉(zhuǎn)時，電路表征出來的老化傾向，會依賴固有的邏輯拓撲、操作態(tài)勢的工作荷載。電路老化特有的速率，密切關(guān)聯(lián)著路徑差異。經(jīng)由長時段的運轉(zhuǎn)以后，關(guān)鍵路徑潛藏著的老化傾向，會很接近測定出來的真實狀態(tài)。

明晰了NBTI 關(guān)涉的效應(yīng)以后，應(yīng)采納框架分析，尋找出時序架構(gòu)下的違規(guī)路徑。整合起來的這些路徑，被設(shè)定成PCPS。對于原有的PCPS，審慎予以精簡。這樣做，能夠除掉不可達的多重路徑，提升測定之中的精準(zhǔn)特性。路徑特有的自動生成，能夠判別不可敏化特有的路徑。在這以后，依循擬定好的分析架構(gòu)，辨識關(guān)鍵門。采納反向態(tài)勢下的非線性優(yōu)化，求得最優(yōu)解答［3］。最大范疇的時延增量、占空比特有的最差情形，應(yīng)被整合起來。依循最差情形之下的占空比，求得預(yù)測得來的老化結(jié)果。

2 擬定容忍路徑

2.1 體系架構(gòu)的特性

高速芯片特有的常見電路，包含邏輯電路。慣用的體系構(gòu)架，是高扇入情形下的多米諾門。在設(shè)定好的寄存器以內(nèi)，得到簡單架構(gòu)下的總體構(gòu)架。多米諾門固有的多重配件，包含預(yù)備著的晶體管、某規(guī)格下的保持器、求值特有的晶體管、輸出態(tài)勢下的反相器。晶體管建構(gòu)起來的總網(wǎng)絡(luò)，帶有并聯(lián)的特性。這種情形下，輸入范疇的向量，在初始時段的求值中，凸顯了偏多遲延。噪聲特有的容忍限度，也潛藏了偏大影響。

最壞情形之下的延遲情形，包含如下特性:多米諾門或設(shè)定好的下拉網(wǎng)絡(luò)，若開啟了特有的NMOS 管，那么銜接著的其他路徑，會保持著偏低耗費。在這時，動態(tài)特性的路徑節(jié)點，泄露出來的電荷，包含最低態(tài)勢下的泄露。輸出端固有的跳變，會變得偏緩，增添了這一時段的電路遲延。最差情形下的噪聲容限，包含預(yù)設(shè)的這一狀態(tài):求值時段中，動態(tài)特性的關(guān)聯(lián)節(jié)點，受到下拉網(wǎng)絡(luò)潛藏著的漏電干擾，漏電流被限縮。節(jié)點搜集得來的信號，只有依托著保持器，才能予以維持。若下拉網(wǎng)絡(luò)、輸入架構(gòu)下的端口，同時被噪聲干擾，則體系以內(nèi)的動態(tài)節(jié)點，受到最大影響［4］。

2.2 老化補償特有的容忍電路

補償特性的電路，經(jīng)由長時段的運轉(zhuǎn)以后，會漸漸凸顯出老化傾向。在這時，電路限縮了原有的速度、原有的噪聲容限。多位架構(gòu)之下的多米諾門，整合了保持器關(guān)涉的補償、反相器關(guān)涉的這種補償。

新穎特性的老化容忍，增添了并聯(lián)態(tài)勢下的保持器，也即補償范疇內(nèi)的保持器。它與固有的反相器，凸顯了并聯(lián)狀態(tài)。與此同時，還添加了補償特有的晶體管、某規(guī)格下的控制管。把它們銜接至預(yù)設(shè)的電源極，當(dāng)成特有的控制管。它們協(xié)同電源，共同管控著路徑的通斷。

新穎特性的老化容忍，在真正老化前，電路可維持住慣常的工作狀態(tài)。體系之中的保持器、添加進來的反相器，都應(yīng)予以閉合。這樣做，省掉了冗余范疇內(nèi)的電路消耗。電路老化后，反相器及關(guān)聯(lián)著的保持器，都依循測定出來的真實需求，妥善予以運轉(zhuǎn)。這種情形下，保持住了路徑以內(nèi)的噪聲容限，也限縮了時間延遲，延展運轉(zhuǎn)期限。

3 老化防護依托的技術(shù)

3.1 重設(shè)拓撲架構(gòu)

對于擬定好的電路架構(gòu)，不變更原初的功能，但變更原初的輸入位置。這樣做，可以限縮老化的干擾。對于銜接著的子電路，在擬定好的關(guān)鍵路徑之上，辨識信號概率。調(diào)換固有的輸入端，保持固有的邏輯性能。在這時，反相器配有的輸入端，信號概率會遞增直至1/16。NBTI 對應(yīng)著的電路衰退，帶有先急后緩這樣的傾向。信號概率等同時，閾值關(guān)聯(lián)著的電壓衰退，遠會超出預(yù)設(shè)的其他范疇。為此，應(yīng)尋找出拓撲范疇中的這類電路，也即超級門［5］。這就創(chuàng)設(shè)了便捷的路徑，縮減了輸入時段中的電路衰退。

3.2 采納向量恢復(fù)

NBTI 帶有恢復(fù)的屬性。為此，可以管控輸入向量，以便縮減組合態(tài)勢下的電路衰退。例如:對于靜電情形之下的漏電流，有序管控向量，以便優(yōu)化電路。休眠模式特有的根本思路，是運用特有的休眠期，予以老化優(yōu)化。生成了集合架構(gòu)下的恢復(fù)向量，同時辨識向量，選出可用的向量。

電路待機之時，輪流添加多重的輸入控制。這樣的狀態(tài)下，電路范疇內(nèi)的各類節(jié)點，就產(chǎn)生慣常的信號翻轉(zhuǎn)。實際上，這種路徑變更了NBTI 特有的動靜態(tài)。它把原有的靜態(tài)效應(yīng)，更替為動態(tài)。經(jīng)由求解流程，運算得來最小數(shù)值的占空比。在這以后，提出明晰的類算法，依循門輸入架構(gòu)之中的占空比組合，借助添加進來的引擎，生成某規(guī)格下的控制向量。類算法特有的生成，只要考量擬定好的最優(yōu)數(shù)值，不需考量原初的輸出端，休眠模式重設(shè)了邏輯組合。

4 結(jié)束語

低開銷特有的檢定結(jié)構(gòu)，能夠辨識違規(guī)信號。用新穎情形下的脈沖發(fā)生器，替換穩(wěn)定性辨識特有的檢測裝置。這樣做，縮減了路徑之中的功耗及開銷。在線預(yù)測檢定，包含對稱架構(gòu)之中的非門檢測。它消除掉了晶體管特有的串聯(lián)堆棧，提升檢定精度。采納補償原理，提出電路特有的老化容忍。補償構(gòu)架之中的多米諾電路，在發(fā)覺了老化傾向時，會開啟預(yù)備好的補償電路，延展線路壽命。最后，采納新穎特性的休眠模式，聯(lián)合優(yōu)化了慣用的電路。在休眠時段中，進入老化恢復(fù)，縮減了潛藏著的漏電流。

［1］徐輝.集成電路老化預(yù)測與容忍［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2013.

［2］邢璐，梁華國，嚴魯明，等.基于邏輯門類型的老化路徑約減算法［J］.計算機科學(xué)，2014(5):24－26.

［3］李揚，梁華國，陶志勇.應(yīng)用輸入向量約束的門替換方法緩解電路老化［J］.應(yīng)用科學(xué)學(xué)報，2013(5):101－107.

［4］王超，徐輝，黃正峰，等.基于電路故障預(yù)測的高速老化感應(yīng)器［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013(12):1447－1450.

［5］徐輝，梁華國，黃正峰，等.一種容忍老化的多米諾門［J］.電路與系統(tǒng)學(xué)報，2012(5):91－97.