Analysis And Verification Of Single Event Upset Mitigation - Semiwiki

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

The evolution of space-based applications continues to drive innovation across government and private entities. The new demands for advanced capabilities and feature sets have a direct impact on the underlying hardware, driving companies to migrate to smaller geometries to deliver the required performance, area, and power benefits.

Simultaneously, the application space is evolving, and mission parameters for these new applications are causing companies to evaluate non-traditional approaches. Commercial high-reliability processes (i.e., those developed for automotive designs) are being considered for aerospace as they meet both the survivability requirements of certain scenarios and provide reduced development timelines and cost.

น่าเสียดายที่ข้อดีที่มีรูปทรงต่ำกว่านั้นต้องแลกมาด้วยต้นทุน และข้อเสียประการหนึ่งก็คือฮาร์ดแวร์ที่อยู่ภายใต้นั้นไวต่อข้อผิดพลาดเล็กน้อยมากกว่า ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าเหตุการณ์ไม่ปกติ (SEU) วิธีการดั้งเดิมของความซ้ำซ้อนหรือสามเท่าของฟังก์ชันหลัก (หากไม่ใช่ทั้งหมด) ภายในชิปกำลังกลายเป็นเรื่องต้นทุนที่ห้ามปรามอย่างรวดเร็ว

Fortunately, new flows and automation provide project teams insights into SEU mitigation and offer the ability to optimize the SEU mitigation architecture, also referred to as selective hardening.

Figure 1 Driving trends — Figure 1. Driving trends to selective radiation mitigation

ก่อนอื่น เรามาทบทวนความท้าทายกันก่อน

Selective Hardening Challenges

Feedback from the aerospace industry suggests that the traditional approach to SEU mitigation has many pitfalls and leaves two important questions unanswered.

สำหรับองค์ประกอบการออกแบบที่ทราบกันว่ามีความสำคัญต่อภารกิจ การบรรเทาผลกระทบที่นำไปใช้มีประสิทธิผลเพียงใด
ฉันจะระบุโอกาสที่จะเกิดความล้มเหลวเนื่องจากข้อบกพร่องในองค์ประกอบการออกแบบที่ไม่ได้รับการป้องกันได้อย่างไร

The traditional approach to SEU mitigation is best summarized in a three-step workflow.

Step 1: Identify failure points through expert driven analysis
Step 2: Design engineers insert the mitigation (HW and/or SW)
Step 3: Verify the effectiveness of the mitigation
- การจำลองที่ใช้ประโยชน์จากการถดถอยเชิงฟังก์ชันและคำสั่งบังคับเพื่อแทรก SEU
- การทดสอบการทำงานของโพสต์ซิลิกอนภายใต้การสัมผัสไอออนหนัก

Figure 2 old workflow — Figure 2: The traditional approach to SEU mitigation

น่าเสียดายที่วิธีการแบบเดิมมีข้อเสียหลายประการ ได้แก่:

ไม่มีการวัดผลทั่วไป (ตัวชี้วัด) ที่กำหนดประสิทธิภาพของการลดผลกระทบ SEU
การวิเคราะห์ที่ขับเคลื่อนโดยผู้เชี่ยวชาญไม่สามารถทำซ้ำหรือปรับขนาดได้เมื่อความซับซ้อนเพิ่มขึ้น
การบังคับให้เกิดข้อผิดพลาดด้วยตนเองในการจำลองการทำงานต้องใช้ความพยายามทางวิศวกรรมอย่างมาก
ไม่สามารถวิเคราะห์พื้นที่สถานะความผิดปกติทั้งหมดโดยใช้การจำลองการทำงานและคำสั่งบังคับ
การระบุความล้มเหลวในรอบล่าช้าเมื่อทำการทดสอบในสภาพแวดล้อมของลำแสง ควบคู่ไปกับการมองเห็นการดีบักที่จำกัดเมื่อเกิดขึ้น

Automation and Workflows Supporting Selective Hardening

วัตถุประสงค์โดยรวมของการชุบแข็งแบบเลือกสรรคือการปกป้องฟังก์ชันการออกแบบที่มีความสำคัญต่อการทำงานของภารกิจ และประหยัดต้นทุน (กำลังและพื้นที่) โดยการปล่อยให้ฟังก์ชันที่ไม่สำคัญไม่ได้รับการปกป้อง เมื่อลดระดับลงแล้ว วิธีการนี้มีจุดมุ่งหมาย 3 ประการ:

ให้ความมั่นใจตั้งแต่เนิ่นๆ ในวงจรการออกแบบว่าการบรรเทาผลกระทบนั้นเหมาะสมที่สุด
ให้หลักฐานเชิงประจักษ์ว่าสิ่งที่เหลืออยู่โดยไม่มีการป้องกันไม่สามารถส่งผลให้เกิดพฤติกรรมที่ผิดปกติได้
จัดทำการประเมินเชิงปริมาณโดยให้รายละเอียดเกี่ยวกับประสิทธิผลของการบรรเทาผลกระทบที่ดำเนินการ

Siemens ได้พัฒนาวิธีการและเวิร์กโฟลว์แบบบูรณาการเพื่อนำเสนอแนวทางที่เป็นระบบในการวัดประสิทธิผลของการบรรเทาผลกระทบที่มีอยู่ ตลอดจนการพิจารณาวิกฤตของตรรกะที่ไม่ได้รับการป้องกัน ขั้นตอนการทำงานแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน

Figure 3 mitigation flow — Figure 3. The Siemens SEU mitigation workflow

การแบ่งส่วนโครงสร้าง: ขั้นตอนแรกในโฟลว์จะใช้ประโยชน์จากกลไกการวิเคราะห์โครงสร้างเพื่อประเมินฟังก์ชันการออกแบบร่วมกับการลดผลกระทบด้านฮาร์ดแวร์ที่นำมาใช้เพื่อปกป้องฟังก์ชัน ผลลัพธ์ของการแบ่งพาร์ติชันเชิงโครงสร้างเป็นรายงานที่ระบุถึงประสิทธิภาพของการลดปัญหาฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่ตลอดจนข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับช่องว่างที่มีอยู่

การวิเคราะห์การฉีดข้อผิดพลาด: การบรรเทาผลกระทบที่ไม่สามารถตรวจสอบได้ในเชิงโครงสร้างอาจเข้าข่ายมีข้อบกพร่อง ในระยะนี้ SEU จะถูกฉีด เผยแพร่ และประเมินผลกระทบ ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์การฉีดข้อผิดพลาดคือรายงานการจำแนกประเภทข้อบกพร่องซึ่งแสดงรายการข้อผิดพลาดที่ตรวจพบโดยการลดปัญหาฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ และข้อบกพร่องใดที่ตรวจไม่พบ

การวิเคราะห์การขยายพันธุ์: ไซต์งาน SEU ที่ไม่ได้รับการป้องกันจะได้รับการประเมินเชิงโครงสร้างภายใต้การกระตุ้นปริมาณงานที่คาดหวัง เพื่อพิจารณาวิกฤตต่อไซต์และความน่าจะเป็นที่จะส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการทำงาน ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์การแพร่กระจายคือรายการข้อผิดพลาดที่ไม่ได้รับการป้องกันในปัจจุบัน ซึ่งได้รับการระบุว่าส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมการทำงาน

การคำนวณเมตริก: ข้อมูลจากการวิเคราะห์โครงสร้าง การฉีด และการขยายพันธุ์ป้อนกลไกการคำนวณหน่วยเมตริกและห้องนักบินการแสดงภาพ ห้องนักบินให้ข้อมูลเชิงลึกแบบภาพเกี่ยวกับอัตราความล้มเหลว ประสิทธิผลของการบรรเทา และช่องว่างใดๆ ที่มีอยู่

โปรแกรมการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ทุกโปรแกรมมีลักษณะเฉพาะตัว วิธีการที่อธิบายไว้ข้างต้นมีความยืดหยุ่นและกำหนดค่าได้สูง ช่วยให้ทีมงานโครงการปรับเปลี่ยนได้ตามต้องการ

สรุป

การบรรเทาผลกระทบจากเหตุการณ์เดี่ยวยังคงท้าทายแม้กระทั่งทีมโปรเจ็กต์ที่มีประสบการณ์มากที่สุด และความท้าทายนี้รุนแรงขึ้นเมื่อความซับซ้อนในการออกแบบเพิ่มขึ้นและโหนดเทคโนโลยีหดตัวลง มีวิธีการใหม่เพื่อให้ผลลัพธ์เชิงปริมาณซึ่งมีรายละเอียดเกี่ยวกับประสิทธิผลของการบรรเทาผลกระทบจาก SEU

หากต้องการดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับระเบียบวิธี Siemens SEU และความท้าทายที่จะช่วยให้คุณเอาชนะได้ โปรดดูเอกสารไวท์เปเปอร์ การลดรังสีแบบเลือกสรรสำหรับวงจรรวมซึ่งสามารถเข้าไปดูได้ที่ สถาบันตรวจสอบ: การบรรเทารังสีแบบเลือกสรร.

Jacob Wiltgen is the Functional Safety Solutions Manager for Siemens EDA. Jacob is responsible for defining and aligning functional safety technologies across the portfolio of IC Verification Solutions. He holds a Bachelor of Science degree in Electrical and Computer Engineering from the University of Colorado Boulder. Prior to Mentor, Jacob has held various design, verification, and leadership roles performing IC and SoC development at Xilinx, Micron, and Broadcom.