Phân tích và xác minh việc giảm nhẹ sự kiện đơn lẻ - Semiwiki

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Sự phát triển của các ứng dụng dựa trên không gian tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới trong các tổ chức chính phủ và tư nhân. Nhu cầu mới về các khả năng và bộ tính năng nâng cao có tác động trực tiếp đến phần cứng cơ bản, thúc đẩy các công ty chuyển sang các hình dạng nhỏ hơn để mang lại lợi ích về hiệu suất, diện tích và năng lượng cần thiết.

Đồng thời, không gian ứng dụng đang phát triển và các tham số nhiệm vụ cho các ứng dụng mới này đang khiến các công ty phải đánh giá các phương pháp tiếp cận phi truyền thống. Các quy trình có độ tin cậy cao về mặt thương mại (tức là các quy trình được phát triển cho thiết kế ô tô) đang được xem xét cho ngành hàng không vũ trụ vì chúng đáp ứng cả yêu cầu về khả năng sống sót trong một số tình huống nhất định và giúp giảm thời gian và chi phí phát triển.

Thật không may, những lợi thế mang lại ở dạng hình học thấp hơn lại phải trả giá và một trong những nhược điểm đó là phần cứng cơ bản dễ mắc các lỗi phần mềm hơn, thường được gọi là sự cố sự kiện đơn lẻ (SEU). Các phương pháp truyền thống về dự phòng hoặc nhân ba đối với các chức năng nổi bật (nếu không phải tất cả) trong chip đang nhanh chóng trở nên quá tốn kém.

May mắn thay, các luồng mới và tự động hóa cung cấp cho nhóm dự án những hiểu biết sâu sắc về giảm thiểu SEU và cung cấp khả năng tối ưu hóa kiến trúc giảm thiểu SEU, còn được gọi là làm cứng chọn lọc.

Hình 1 Xu hướng lái xe — Hình 1. Xu hướng thúc đẩy giảm thiểu bức xạ có chọn lọc

Đầu tiên, hãy xem xét những thách thức.

Những thách thức làm cứng có chọn lọc

Phản hồi từ ngành hàng không vũ trụ cho thấy cách tiếp cận truyền thống để giảm thiểu SEU có nhiều cạm bẫy và để lại hai câu hỏi quan trọng chưa được trả lời.

Đối với các yếu tố thiết kế được coi là quan trọng, việc giảm thiểu được thực hiện có hiệu quả như thế nào?
Làm cách nào tôi có thể xác định khả năng xảy ra lỗi do lỗi trong các yếu tố thiết kế không được bảo vệ?

Cách tiếp cận truyền thống để giảm thiểu SEU được tóm tắt tốt nhất trong quy trình làm việc gồm ba bước.

Bước 1: Xác định các điểm thất bại thông qua phân tích do chuyên gia hướng dẫn
Bước 2: Kỹ sư thiết kế chèn phần giảm thiểu (HW và/hoặc SW)
Bước 3: Xác minh tính hiệu quả của biện pháp giảm thiểu
- Mô phỏng tận dụng hồi quy chức năng và các lệnh buộc để đưa SEU vào
- Thử nghiệm chức năng sau silicon khi tiếp xúc với ion nặng

Hình 2 quy trình làm việc cũ — Hình 2: Cách tiếp cận truyền thống để giảm thiểu SEU

Thật không may, cách tiếp cận truyền thống có nhiều nhược điểm, bao gồm:

Không có phép đo (số liệu) chung nào xác định tính hiệu quả của việc giảm nhẹ SEU.
Phân tích do chuyên gia điều khiển không thể lặp lại hoặc mở rộng được khi độ phức tạp tăng lên.
Việc buộc các lỗi trong mô phỏng chức năng theo cách thủ công đòi hỏi nỗ lực kỹ thuật đáng kể.
Không có khả năng phân tích toàn bộ không gian trạng thái lỗi bằng cách sử dụng mô phỏng chức năng và báo cáo lực.
Xác định chu kỳ muộn các lỗi khi thử nghiệm trong môi trường chùm tia cùng với khả năng hiển thị gỡ lỗi hạn chế khi chúng xảy ra.

Tự động hóa và quy trình làm việc hỗ trợ tăng cường chọn lọc

Mục tiêu bao trùm của việc tăng cường chọn lọc là để bảo vệ các chức năng thiết kế quan trọng đối với chức năng nhiệm vụ và tiết kiệm chi phí (điện năng và diện tích) bằng cách không bảo vệ các chức năng không quan trọng. Tóm tắt điều đó ở một mức độ nào đó, phương pháp này có ba mục tiêu:

Cung cấp sự tự tin sớm trong chu trình thiết kế rằng việc giảm nhẹ là tối ưu.
Cung cấp bằng chứng thực nghiệm rằng những gì không được bảo vệ sẽ không thể dẫn đến hành vi bất thường.
Đưa ra đánh giá định lượng nêu chi tiết về hiệu quả của biện pháp giảm nhẹ đã thực hiện.

Siemens đã phát triển một phương pháp luận và quy trình làm việc tích hợp nhằm cung cấp cách tiếp cận có hệ thống trong việc đo lường hiệu quả của các biện pháp giảm nhẹ hiện có cũng như xác định mức độ quan trọng của logic không được bảo vệ. Quy trình làm việc được chia thành bốn giai đoạn.

Hình 3 quy trình giảm nhẹ — Hình 3. Quy trình giảm nhẹ SEU của Siemens

Phân vùng cấu trúc: Bước đầu tiên trong quy trình tận dụng các công cụ phân tích cấu trúc để đánh giá các chức năng thiết kế kết hợp với việc giảm thiểu phần cứng được triển khai để bảo vệ chức năng. Đầu ra của phân vùng cấu trúc là một báo cáo cho thấy tính hiệu quả của việc giảm thiểu phần cứng hiện có cũng như những hiểu biết sâu sắc về những lỗ hổng tồn tại.

Phân tích tiêm lỗi: Biện pháp giảm thiểu không thể xác minh được về mặt cấu trúc là những ứng cử viên cho việc tiêm lỗi. Trong giai đoạn này, SEU được đưa vào, nhân rộng và đánh giá tác động. Đầu ra của phân tích chèn lỗi là một báo cáo phân loại lỗi liệt kê những lỗi được phát hiện bằng biện pháp giảm thiểu phần cứng hoặc phần mềm và những lỗi không được phát hiện.

Phân tích lan truyền: Các địa điểm SEU không được bảo vệ được đánh giá về mặt cấu trúc theo kích thích khối lượng công việc dự kiến để xác định mức độ quan trọng của từng địa điểm và xác suất dẫn đến lỗi chức năng của nó. Đầu ra của phân tích lan truyền là danh sách các lỗi hiện không được bảo vệ được xác định là có tác động đến hoạt động chức năng.

Tính toán số liệu: Dữ liệu từ phân tích cấu trúc, tiêm và lan truyền cung cấp cho công cụ tính toán số liệu và buồng lái trực quan. Buồng lái cung cấp những hiểu biết trực quan về tỷ lệ thất bại, hiệu quả của việc giảm thiểu và bất kỳ lỗ hổng nào tồn tại.

Mỗi chương trình phát triển chất bán dẫn đều có những đặc điểm riêng. Phương pháp được mô tả ở trên rất linh hoạt và có khả năng cấu hình cao, cho phép các nhóm dự án điều chỉnh khi cần thiết.

Kết luận

Việc giảm thiểu các sự cố xảy ra trong một sự kiện tiếp tục thách thức ngay cả những nhóm dự án kỳ cựu nhất và thách thức này càng trở nên trầm trọng hơn khi độ phức tạp của thiết kế tăng lên và các nút công nghệ thu hẹp lại. Các phương pháp mới tồn tại để cung cấp kết quả định lượng nêu chi tiết về hiệu quả của việc giảm thiểu SEU.

Để có cái nhìn chi tiết hơn về phương pháp Siemens SEU và những thách thức mà nó sẽ giúp bạn vượt qua, vui lòng tham khảo sách trắng, Giảm thiểu bức xạ có chọn lọc cho mạch tích hợp, cũng có thể được truy cập tại Học viện xác minh: Giảm thiểu bức xạ có chọn lọc.

Jacob Wiltgen là Giám đốc Giải pháp An toàn Chức năng của Siemens EDA. Jacob chịu trách nhiệm xác định và điều chỉnh các công nghệ an toàn chức năng trong danh mục Giải pháp Xác minh IC. Ông có bằng Cử nhân Khoa học về Kỹ thuật Điện và Máy tính của Đại học Colorado Boulder. Trước Mentor, Jacob đã đảm nhiệm nhiều vai trò thiết kế, xác minh và lãnh đạo khác nhau thực hiện việc phát triển IC và SoC tại Xilinx, Micron và Broadcom.