Аналіз та перевірка пом’якшення збоїв у окремій події – Semiwiki

Перевидано Платоном

читають: 0

Розвиток космічних додатків продовжує стимулювати інновації в державних і приватних організаціях. Нові вимоги до розширених можливостей і наборів функцій безпосередньо впливають на апаратне забезпечення, що лежить в основі, спонукаючи компанії переходити на менші геометрії для забезпечення необхідної продуктивності, площі та потужності.

Одночасно простір додатків розвивається, а параметри місії для цих нових додатків спонукають компанії оцінювати нетрадиційні підходи. Комерційні високонадійні процеси (тобто ті, що розроблені для автомобільних конструкцій) розглядаються для аерокосмічної галузі, оскільки вони відповідають як вимогам живучості в певних сценаріях, так і забезпечують скорочення термінів розробки та вартості.

На жаль, переваги нижчої геометрії мають свою ціну, і одним із цих недоліків є те, що базове обладнання більш сприйнятливе до м’яких помилок, які зазвичай називають одноразовою подією (SEU). Традиційні підходи до резервування або потрійності основних (якщо не всіх) функцій у мікросхемі швидко стають непомірно дорогими.

На щастя, нові потоки та автоматизація надають командам проектів уявлення про пом’якшення SEU та пропонують можливість оптимізувати архітектуру пом’якшення SEU, яку також називають вибіркове загартування.

Малюнок 1 Тенденції руху — Рисунок 1. Тенденції до вибіркового пом’якшення радіації

Спочатку розглянемо виклики.

Вибіркове загартовування

Відгуки аерокосмічної промисловості свідчать про те, що традиційний підхід до пом’якшення SEU має багато підводних каменів і залишає без відповіді два важливі питання.

Для елементів дизайну, які, як відомо, є критично важливими, наскільки ефективним є реалізоване пом’якшення?
Як я можу визначити потенційну несправність через помилки незахищених елементів конструкції?

Традиційний підхід до пом’якшення SEU найкраще узагальнено у триетапному робочому процесі.

Крок 1. Визначте точки збою за допомогою експертного аналізу
Крок 2: Інженери-проектувальники вставляють засоби пом’якшення (HW та/або ПЗ)
Крок 3: Перевірте ефективність пом’якшення
- Симуляція використовує функціональні регресії та примусові команди для впровадження SEU
- Посткремнієве функціональне тестування під сильним впливом іонів

Рисунок 2 старий робочий процес — Рисунок 2: Традиційний підхід до пом’якшення SEU

На жаль, традиційний підхід має ряд недоліків, зокрема:

Немає загального вимірювання (метрики), яке визначає ефективність пом’якшення SEU.
Експертний аналіз неможливо повторити чи масштабувати, оскільки складність зростає.
Ручне форсування помилок у функціональному моделюванні потребує значних інженерних зусиль.
Нездатність проаналізувати повний простір станів несправності за допомогою функціонального моделювання та формулювань сили.
Виявлення несправностей у пізньому циклі під час тестування в середовищі променя разом із обмеженою видимістю налагодження, коли вони виникають.

Автоматизація та робочі процеси, що підтримують вибіркове зміцнення

Основна мета вибіркового зміцнення полягає в тому, щоб захистити функції конструкції, які є критично важливими для функціонування місії, і заощадити на вартості (потужності та площі), залишаючи некритичні функції незахищеними. На цьому рівні методологія має три цілі:

Забезпечте впевненість на початку циклу проектування, що пом’якшення є оптимальним.
Надайте емпіричні докази того, що те, що залишається незахищеним, не може призвести до аномальної поведінки.
Надайте кількісну оцінку з детальним описом ефективності впровадженого пом’якшення.

Компанія Siemens розробила методологію та інтегрований робочий процес для забезпечення системного підходу до вимірювання ефективності існуючих засобів пом’якшення, а також визначення критичності незахищеної логіки. Робочий процес розбивається на чотири етапи.

Рисунок 3. Потік пом'якшення — Малюнок 3. Робочий процес пом’якшення SEU Siemens

Структурні перегородки: Перший крок у потокі використовує механізми структурного аналізу для оцінки проектних функцій у поєднанні з реалізованим апаратним пом’якшенням, що захищає функцію. Результатом структурного поділу є звіт, що вказує на ефективність існуючого апаратного захисту, а також уявлення про наявні прогалини.

Аналіз введення помилок: Пом’якшення, яке не можна перевірити структурно, є кандидатами на ін’єкцію помилки. На цьому етапі SEU вводять, поширюють і оцінюють вплив. Результатом аналізу ін’єкції помилок є звіт про класифікацію помилок із переліком того, які помилки були виявлені апаратним або програмним пом’якшенням, а які не були виявлені.

Аналіз поширення: Сайти SEU, залишені незахищеними, оцінюються структурно під очікуваним стимулом робочого навантаження, щоб визначити критичність кожного сайту та ймовірність його функціонального збою. Результатом аналізу розповсюдження є список наразі незахищених несправностей, які, як виявлено, впливають на функціональну поведінку.

Розрахунок показників: Дані структурного аналізу, аналізу ін’єкції та розповсюдження подають механізм обчислення показників і кабіну візуалізації. Кабіна забезпечує візуальне уявлення про частоту відмов, ефективність пом’якшення та будь-які наявні прогалини.

Кожна програма розробки напівпровідників має унікальні характеристики. Описана вище методологія є гнучкою та легко конфігурованою, що дозволяє командам проекту коригувати за потреби.

Висновок

Пом’якшення поодиноких подій залишається проблемою навіть для найстаріших проектних команд, і ця проблема загострюється, оскільки складність конструкції зростає, а технологічні вузли звужуються. Існують нові методології для отримання кількісних результатів, що детально описують ефективність пом’якшення SEU.

Для більш детального ознайомлення з методологією Siemens SEU і труднощами, які вона допоможе вам подолати, зверніться до білої книги, Вибіркове пом'якшення випромінювання для інтегральних схем, який також доступний за адресою Академія перевірки: вибіркове пом'якшення радіації.

Джейкоб Вілтген — менеджер із рішень функціональної безпеки Siemens EDA. Джейкоб відповідає за визначення та узгодження технологій функціональної безпеки в портфоліо IC Verification Solutions. Він має ступінь бакалавра наук з електротехніки та комп’ютерної інженерії в Університеті Колорадо Боулдер. До Ментора Джейкоб обіймав різні посади в дизайні, верифікації та керівних посадах, виконуючи розробку IC та SoC у Xilinx, Micron та Broadcom.