التحليل والتحقق من تخفيف اضطراب الحدث الفردي - Semiwiki

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

يستمر تطور التطبيقات الفضائية في دفع الابتكار عبر الجهات الحكومية والخاصة. إن المتطلبات الجديدة للقدرات المتقدمة ومجموعات الميزات لها تأثير مباشر على الأجهزة الأساسية، مما يدفع الشركات إلى الانتقال إلى أشكال هندسية أصغر لتقديم فوائد الأداء والمساحة والطاقة المطلوبة.

في الوقت نفسه، يتطور مجال التطبيقات، وتؤدي معلمات المهمة لهذه التطبيقات الجديدة إلى قيام الشركات بتقييم الأساليب غير التقليدية. يتم النظر في العمليات التجارية عالية الموثوقية (أي تلك التي تم تطويرها لتصميمات السيارات) في مجال الطيران لأنها تلبي متطلبات البقاء لسيناريوهات معينة وتوفر جداول زمنية وتكلفة منخفضة للتطوير.

لسوء الحظ، فإن المزايا المقدمة في الأشكال الهندسية المنخفضة تأتي بتكلفة، وأحد هذه العيوب هو أن الأجهزة الأساسية أكثر عرضة للأخطاء البسيطة، والتي يشار إليها عادة باسم اضطرابات الحدث الفردي (SEU). سرعان ما أصبحت الأساليب التقليدية المتمثلة في التكرار أو التكرار في الوظائف البارزة (إن لم يكن كلها) داخل الشريحة باهظة التكلفة.

لحسن الحظ، توفر التدفقات الجديدة والأتمتة لفرق المشروع رؤى ثاقبة حول تخفيف SEU وتوفر القدرة على تحسين بنية التخفيف SEU، والتي يشار إليها أيضًا باسم تصلب انتقائي.

الشكل 1: اتجاهات القيادة — الشكل 1. الاتجاهات الدافعة للتخفيف الانتقائي من الإشعاع

أولاً، دعونا نستعرض التحديات.

تحديات تصلب انتقائية

تشير ردود الفعل الواردة من صناعة الطيران إلى أن النهج التقليدي لتخفيف آثار استخدام الأسلحة النووية ينطوي على العديد من المزالق ويترك سؤالين مهمين دون إجابة.

بالنسبة لعناصر التصميم المعروفة بأنها مهمة للغاية، ما مدى فعالية التخفيف المطبق؟
كيف يمكنني التعرف على احتمالية الفشل بسبب أخطاء في عناصر التصميم غير المحمية؟

من الأفضل تلخيص النهج التقليدي لتخفيف آثار SEU في سير عمل مكون من ثلاث خطوات.

الخطوة 1: تحديد نقاط الفشل من خلال التحليل الذي يحركه الخبراء
الخطوة 2: يقوم مهندسو التصميم بإدخال عوامل التخفيف (HW و/أو SW)
الخطوة 3: التحقق من فعالية التخفيف
- محاكاة تستفيد من الانحدارات الوظيفية وأوامر القوة لإدخال وحدات SEU
- اختبار وظيفي بعد السيليكون تحت التعرض للأيونات الثقيلة

الشكل 2 سير العمل القديم — الشكل 2: النهج التقليدي للتخفيف من آثار SEU

ولسوء الحظ، فإن النهج التقليدي له عيوب متعددة، بما في ذلك:

لا يوجد قياس مشترك (متري) يحدد فعالية تخفيف SEU.
التحليل الذي يحركه الخبراء غير قابل للتكرار أو التوسع مع زيادة التعقيد.
يتطلب فرض الأخطاء يدويًا في المحاكاة الوظيفية جهدًا هندسيًا كبيرًا.
عدم القدرة على تحليل مساحة حالة الخطأ الكاملة باستخدام المحاكاة الوظيفية وبيانات القوة.
تحديد الدورة المتأخرة للفشل عند الاختبار في بيئة الحزمة إلى جانب الرؤية المحدودة لتصحيح الأخطاء عند حدوثها.

الأتمتة وسير العمل الذي يدعم التصلب الانتقائي

الهدف الشامل للتصلب الانتقائي هو حماية وظائف التصميم التي تعتبر بالغة الأهمية لوظيفة المهمة وتوفير التكلفة (الطاقة والمساحة) من خلال ترك الوظائف غير الحرجة دون حماية. وبتلخيص هذا المستوى، فإن المنهجية لها ثلاثة أهداف:

توفير الثقة في وقت مبكر من دورة التصميم بأن التخفيف هو الأمثل.
تقديم دليل تجريبي على أن ما يتم تركه دون حماية لا يمكن أن يؤدي إلى سلوك غير طبيعي.
تقديم تقييم كمي يوضح بالتفصيل مدى فعالية التخفيف المطبق.

قامت شركة Siemens بتطوير منهجية وسير عمل متكامل لتقديم نهج منظم في قياس فعالية التخفيف الحالي بالإضافة إلى تحديد مدى أهمية المنطق غير المحمي. يتم تقسيم سير العمل إلى أربع مراحل.

الشكل 3: تدفق التخفيف — الشكل 3. سير عمل التخفيف من آثار Siemens SEU

التقسيم الهيكلي: تعمل الخطوة الأولى في التدفق على تعزيز محركات التحليل الهيكلي لتقييم وظائف التصميم جنبًا إلى جنب مع تخفيف الأجهزة المطبقة لحماية الوظيفة. إن مخرجات التقسيم الهيكلي عبارة عن تقرير يشير إلى فعالية تخفيف الأجهزة الحالية بالإضافة إلى نظرة ثاقبة على الفجوات الموجودة.

تحليل حقن الخطأ: تعتبر عمليات التخفيف التي لا يمكن التحقق منها هيكليًا مرشحة لحقن الأخطاء. في هذه المرحلة، يتم حقن وحدات SEU ونشرها وتقييم التأثير. إن مخرجات تحليل حقن الأخطاء عبارة عن تقرير تصنيف الأخطاء الذي يسرد الأخطاء التي تم اكتشافها عن طريق تخفيف الأجهزة أو البرامج والأخطاء التي لم يتم اكتشافها.

تحليل الانتشار: يتم تقييم مواقع SEU التي تُركت دون حماية هيكليًا في ظل تحفيز عبء العمل المتوقع لتحديد مدى الأهمية لكل موقع واحتمال أن يؤدي ذلك إلى فشل وظيفي. إن مخرجات تحليل الانتشار عبارة عن قائمة بالأخطاء غير المحمية حاليًا والتي تم تحديدها للتأثير على السلوك الوظيفي.

حساب المقاييس: تغذي البيانات المستمدة من التحليل الهيكلي والحقن والانتشار محرك حساب المقاييس وقمرة القيادة للتصور. توفر قمرة القيادة رؤى مرئية حول معدل الفشل وفعالية التخفيف وأي فجوات موجودة.

يتمتع كل برنامج لتطوير أشباه الموصلات بخصائص فريدة. المنهجية الموضحة أعلاه مرنة وقابلة للتكوين بشكل كبير، مما يسمح لفرق المشروع بالتعديل حسب الحاجة.

وفي الختام

لا يزال التخفيف من اضطرابات الأحداث الفردية يمثل تحديًا حتى لفرق المشروع الأكثر خبرة، ويتفاقم هذا التحدي مع زيادة تعقيد التصميم وتقلص العقد التكنولوجية. توجد منهجيات جديدة لتقديم نتائج كمية توضح بالتفصيل فعالية تخفيف SEU.

للحصول على عرض أكثر تفصيلاً لمنهجية Siemens SEU والتحديات التي ستساعدك على التغلب عليها، يرجى الرجوع إلى المستند التقني، التخفيف الانتقائي للإشعاع للدوائر المتكاملة، والتي يمكن الوصول إليها أيضًا على أكاديمية التحقق: التخفيف الانتقائي للإشعاع.

جاكوب ويلتجن هو مدير حلول السلامة الوظيفية في شركة Siemens EDA. يتولى جاكوب مسؤولية تحديد ومواءمة تقنيات السلامة الوظيفية عبر مجموعة حلول التحقق من IC. وهو حاصل على درجة بكالوريوس العلوم في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات من جامعة كولورادو بولدر. قبل انضمامه إلى Mentor، شغل جاكوب العديد من الأدوار في التصميم والتحقق والقيادة حيث قام بتطوير IC وSoC في Xilinx وMicron وBroadcom.