Estudo dos Efeitos da Radiação em Circuitos Integrados e ...fglima/eerci_aula10.pdf · Aula 10...
Transcript of Estudo dos Efeitos da Radiação em Circuitos Integrados e ...fglima/eerci_aula10.pdf · Aula 10...
Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
Instituto de Informática, Universidade Federal do RioGrande do Sul (UFRGS)
1Setembro, 2008
Estudo dos Efeitos da Radiação emCircuitos Integrados e Desenvolvimentode Técnicas de Tolerância a Falhas deEfeito Transiente
Aula 10Técnicas de tolerância a falhas em FPGAs programados por Antifuse e Flash
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
2Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
SEE Mitigation Techniques
• By Design– Need matrix modifications (FPGA fabricant)
• By high-level (VHDL, logic, software, others)– Implemented by the user– May need design flow assistance
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
3Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Protecting SEU by DESIGN
• Control Logic– Logic redundancy design
• Clock Network– Eliminate small leaves in the clock tree
• User flip-flop– Hard-wired triple redundant latch for master and slave
• Embedded SRAM– EDAC macro in FPGA design software (ACTgen)– Hamming code detect two error bits, correct one error bit
• Glancing-angle-strike double upset simulated by SPICE andSpaceRad to determine the bit separation
• Charge-sharing double upset simulated by 3D mixed mode todetermine the bit separation
[Wang et al, NSREC, 03]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
4Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Case Study I: RTAX - TMR flip-flop
G
A
B
C
A
B
C
A
B
C
D
B
A
C
Q
Logic schematic of the triple redundant latch in the SEU hardened user flip-flop.
[Wang et al, NSREC, 03]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
5Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
3D simulations for Embedded Memory
Schematic showing the 3D device structure and SPICE circuit net. The device structureassumes the worst scenario, NMOSFET junction at high state is the sensitive area. Ion
strikes at the sensitive junction of SRAM2 to simulate single-bit upset. Ion strikes at thecenter in all three directions of the structure to simulate double-bit upset.
3D Device Structure
N+N+
VCC
N+N+
VCC
Ion strike 60°-tilt atcenter of structure(Fig B)
SRAM 1 SRAM 2
P+ P+
QB1
Q1 = ‘1’ ‘1’= Q2
QB2
Ion strike 0°-tilt atcenter of junction(Fig A)
[Wang et al, NSREC, 03]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
6Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Results
10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5
Sensitive junction (Q1) inSRAM1
Sensitive junction (Q2) inSRAM2
3D mixed mode simulation showing ion-strike-induced transient voltages of the sensitive junctions inSRAM1 and SRAM2. Heavy ion with LET of 60 MeV•cm2/mg and 60° tilt strikes a location of equaldistance to SRAM1 and SRAM2. The first voltage drop near 10 ps is due to the electric field collapsing.The main voltage drop near 10 ns is due to the charge collection of the diffused carriers at the sensitivejunctions.
Transient time
[Wang et al, NSREC, 03]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
7Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Case-Study II: Actel Flash-based FPGA
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
8Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
TMR in Volatile FPGAs as seen...
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
9Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Non-Volatile FPGAs
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
10Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Non-Volatile FPGA: SEU in ffps - TMR
[Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
11Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Is SET important?
• SET Characterization[Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
12Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Proposed SET Mitigation Techniques
[Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
13Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
SET Radiation Data[Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
14Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
SET Mitigation for IOs
[Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
15Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
SET Radiation Data [Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
16Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Case-studies [Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
17Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
More Radiation Results [Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
18Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
More Radiation Results... [Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
19Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Another Flash-based FPGA
AGL - IGLOO
[Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
20Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
AGL Characterization [Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
21Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Comparison [Rezgui et al, MAFA, 07]
Curso EERCI - 2008Prof. Fernanda Lima Kastensmidt, PhD.
22Técnicas de tolerância a falhas em FPGAsprogramados por Antifuse e FlashAula 10
Summary [Rezgui et al, MAFA, 07]