基底芯片軟錯(cuò)誤耐受

1/1基底芯片軟錯(cuò)誤耐受第一部分基底芯片軟錯(cuò)誤成因及影響 2第二部分軟錯(cuò)誤耐受機(jī)制的類型和原理 3第三部分基于糾錯(cuò)碼的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì) 6第四部分基于冗余技術(shù)的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì) 10第五部分邏輯門級軟錯(cuò)誤耐受電路設(shè)計(jì) 12第六部分存儲器級軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì) 15第七部分基底芯片軟錯(cuò)誤耐受性能評估 17第八部分軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)在基底芯片中的應(yīng)用 19

第一部分基底芯片軟錯(cuò)誤成因及影響關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)主題名稱：臨界節(jié)點(diǎn)電荷收集

1.由于工藝尺寸縮小，柵極電容減小，導(dǎo)致臨界節(jié)點(diǎn)上的電荷收集量減少。

2.臨界節(jié)點(diǎn)電荷收集量的減少增加了軟錯(cuò)誤發(fā)生的概率，因?yàn)榧词馆^小的噪聲脈沖也足以翻轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)。

3.軟錯(cuò)誤敏感性隨工藝節(jié)點(diǎn)的縮小而增加，為軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

主題名稱：感應(yīng)耦合噪聲

基底芯片軟錯(cuò)誤成因及影響

成因

基底芯片軟錯(cuò)誤是由高能粒子（如宇宙射線）與芯片材料相互作用產(chǎn)生的。這些粒子會產(chǎn)生電離效應(yīng)，并產(chǎn)生自由載流子（電子和空穴）。自由載流子可以遷移到器件的敏感區(qū)域，如柵極或漏極，從而引發(fā)邏輯錯(cuò)誤。

引發(fā)軟錯(cuò)誤的常見成因包括：

*宇宙射線：來自太空的高能粒子，主要由質(zhì)子和α粒子組成。

*同位素衰變：芯片封裝材料中存在的鈾和釷等放射性同位素會衰變，產(chǎn)生α粒子。

*空間中子：高能量中子，主要在高海拔或空間環(huán)境中存在。

*局部效應(yīng)：如器件老化、制造缺陷或熱應(yīng)力，會導(dǎo)致局部區(qū)域的電場分布發(fā)生變化，增加軟錯(cuò)誤的發(fā)生率。

影響

軟錯(cuò)誤的影響取決于錯(cuò)誤發(fā)生的位置和性質(zhì)。常見的軟錯(cuò)誤影響包括：

*寄存器翻轉(zhuǎn)：邏輯值從0變成1或從1變成0。這是最常見的軟錯(cuò)誤，會影響程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)完整性。

*組合邏輯故障：邏輯函數(shù)的輸出與輸入值不匹配，導(dǎo)致錯(cuò)誤計(jì)算或分支預(yù)測錯(cuò)誤。

*時(shí)序故障：軟錯(cuò)誤影響時(shí)序電路，如鎖存器或時(shí)鐘信號，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或時(shí)序偏差。

*存儲器故障：軟錯(cuò)誤導(dǎo)致存儲單元中的數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞或丟失。

軟錯(cuò)誤的影響程度取決于以下因素：

*芯片技術(shù)：較小的工藝尺寸和更低的電壓水平會導(dǎo)致更高的軟錯(cuò)誤率。

*器件類型：某些器件（如SRAM和寄存器）比其他器件（如NAND門）更易受軟錯(cuò)誤影響。

*環(huán)境：宇宙射線強(qiáng)度會隨海拔和緯度而變化，空間環(huán)境中的軟錯(cuò)誤率明顯高于地面環(huán)境。

軟錯(cuò)誤對系統(tǒng)的可靠性和可用性構(gòu)成重大威脅。它們可以導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰、數(shù)據(jù)丟失和錯(cuò)誤操作，從而對關(guān)鍵應(yīng)用（如航空航天、醫(yī)療和汽車）的安全和可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。第二部分軟錯(cuò)誤耐受機(jī)制的類型和原理關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【三重模塊冗余（TMR）】

1.在系統(tǒng)中使用三個(gè)相似的模塊執(zhí)行相同的操作。

2.比較三個(gè)輸出，如果存在不一致，則根據(jù)多數(shù)票結(jié)果選擇正確輸出。

3.TMR提供高容錯(cuò)能力，但成本高，功耗大。

【奇偶校驗(yàn)】

軟錯(cuò)誤耐受機(jī)制的類型和原理

簡介

軟錯(cuò)誤是由瞬態(tài)環(huán)境因素引起的數(shù)字電路的短暫錯(cuò)誤，通常由高能粒子轟擊引起。基底芯片對軟錯(cuò)誤特別敏感，因?yàn)樗且粔K裸露的大型半導(dǎo)體，直接暴露在輻射環(huán)境中。為了提高基底芯片的可靠性，需要采用軟錯(cuò)誤耐受機(jī)制。

類型

軟錯(cuò)誤耐受機(jī)制可分為以下幾類：

*時(shí)間冗余

*空間冗余

*信息冗余

*電路技術(shù)

時(shí)間冗余

時(shí)間冗余機(jī)制通過在不同的時(shí)間重復(fù)操作來檢測和糾正軟錯(cuò)誤。這些機(jī)制包括：

*三重模塊冗余(TMR)：使用三個(gè)相同的功能模塊并對它們的輸出進(jìn)行投票。如果一個(gè)模塊產(chǎn)生錯(cuò)誤，投票結(jié)果將正確輸出。

*鎖存投票(LV)：使用兩個(gè)鎖存器存儲同一比特。如果其中一個(gè)鎖存器發(fā)生軟錯(cuò)誤，它將在下次時(shí)鐘周期被改正。

*讀后寫(RP)：將數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，讀取數(shù)據(jù)后將其寫入臨時(shí)寄存器，然后將臨時(shí)寄存器的內(nèi)容寫入存儲器。如果存儲器中發(fā)生軟錯(cuò)誤，它將在下一次讀寫循環(huán)中被糾正。

空間冗余

空間冗余機(jī)制通過使用額外的硬件來檢測和糾正軟錯(cuò)誤。這些機(jī)制包括：

*糾錯(cuò)碼(ECC)：在數(shù)據(jù)中加入冗余位，這些冗余位可以用來檢測和糾正單比特錯(cuò)誤。

*奇偶校驗(yàn)：將額外的一位添加到數(shù)據(jù)中，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的奇偶性。如果數(shù)據(jù)中發(fā)生軟錯(cuò)誤，奇偶校驗(yàn)位將指示錯(cuò)誤。

*在線備用(OSR)：使用一個(gè)備用模塊并將其持續(xù)測試。如果主模塊發(fā)生軟錯(cuò)誤，它將被切換到備用模塊。

信息冗余

信息冗余機(jī)制通過存儲額外信息來檢測和糾正軟錯(cuò)誤。這些機(jī)制包括：

*值比較：將數(shù)據(jù)值存儲在多個(gè)位置并對它們進(jìn)行比較。如果值不匹配，則表示發(fā)生了軟錯(cuò)誤。

*指紋比較：將數(shù)據(jù)的哈希值或指紋存儲在多個(gè)位置并對它們進(jìn)行比較。如果指紋不匹配，則表示發(fā)生了軟錯(cuò)誤。

電路技術(shù)

電路技術(shù)機(jī)制通過修改電路設(shè)計(jì)或工藝來提高電路對軟錯(cuò)誤的抗擾度。這些機(jī)制包括：

*加固晶體管：使用較大的晶體管或特殊工藝技術(shù)來減少軟錯(cuò)誤的敏感性。

*偏壓技術(shù)：使用偏壓電壓或電流來減少晶體管對軟錯(cuò)誤的敏感性。

*錯(cuò)誤注入電路：在電路中加入專門的錯(cuò)誤注入電路，以提高電路對軟錯(cuò)誤的容錯(cuò)能力。

選擇

軟錯(cuò)誤耐受機(jī)制的選擇取決于多種因素，包括：

*軟錯(cuò)誤率(SER)

*成本

*性能

*功耗

通常，對于高SER應(yīng)用，需要使用多個(gè)機(jī)制來提供足夠的保護(hù)。對于低SER應(yīng)用，可以使用單一機(jī)制來降低成本和功耗。第三部分基于糾錯(cuò)碼的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)糾錯(cuò)碼概述

1.糾錯(cuò)碼（ECC）用于檢測和糾正因軟錯(cuò)誤而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)損壞。ECC通過向數(shù)據(jù)添加冗余信息，使接收器能夠識別并修復(fù)損壞。

2.ECC分為兩類：塊碼和卷積碼。塊碼對固定大小的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，而卷積碼對數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼。

3.ECC的性能由其糾錯(cuò)能力和開銷決定。糾錯(cuò)能力是指ECC可以檢測和糾正的軟錯(cuò)誤數(shù)量，而開銷是指ECC引入的冗余數(shù)據(jù)量。

海明碼

1.海明碼是一種塊編碼ECC，用于檢測和糾正單個(gè)比特錯(cuò)誤。海明碼的編碼和解碼算法簡單，使得其在硬件實(shí)現(xiàn)中具有較低的復(fù)雜度。

2.海明碼的糾錯(cuò)能力取決于碼字長度。對于長度為n的碼字，海明碼可以檢測n-1個(gè)比特錯(cuò)誤和糾正?(n-1)/2?個(gè)比特錯(cuò)誤。

3.海明碼廣泛應(yīng)用于存儲器、通信和航空航天等需要高可靠性的領(lǐng)域。

BCH碼

1.BCH碼（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem碼）是一種循環(huán)碼，用于檢測和糾正多比特錯(cuò)誤。BCH碼具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，但其編碼和解碼算法比海明碼復(fù)雜。

2.BCH碼的糾錯(cuò)能力取決于其設(shè)計(jì)參數(shù)。對于參數(shù)(n,k,d)的BCH碼，它可以檢測n-k個(gè)比特錯(cuò)誤和糾正?(d-1)/2?個(gè)比特錯(cuò)誤。

3.BCH碼廣泛應(yīng)用于無線通信、光纖通信和數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域。

里德-所羅門碼

1.里德-所羅門碼是一種非二進(jìn)制ECC，用于檢測和糾正符號錯(cuò)誤。里德-所羅門碼具有強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力，使其特別適用于誤碼率較高的信道。

2.里德-所羅門碼的編碼和解碼算法基于有限域運(yùn)算，使得其在硬件實(shí)現(xiàn)中具有較高的復(fù)雜度。

3.里德-所羅門碼廣泛應(yīng)用于光盤存儲、無線通信和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。

低密度奇偶校驗(yàn)碼

1.低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC碼）是一種稀疏編碼ECC，用于檢測和糾正大塊比特錯(cuò)誤。LDPC碼具有接近香農(nóng)極限的糾錯(cuò)性能，使其非常適合于高信噪比的信道。

2.LDPC碼的編碼算法簡單，但解碼算法復(fù)雜，需要使用迭代算法。

3.LDPC碼在無線通信、光纖通信和數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

軟信息容忍

1.軟信息容忍ECC是一種技術(shù)，允許ECC使用軟決策輸入，而不是硬決策輸入。軟決策輸入提供比硬決策輸入更多的信息，從而可以提高ECC的糾錯(cuò)能力。

2.軟信息容忍ECC通常與LDPC碼和Turbo碼等迭代ECC結(jié)合使用。

3.軟信息容忍ECC在提高半導(dǎo)體芯片在高輻射環(huán)境中的可靠性方面具有重要意義?；诩m錯(cuò)碼的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)

簡介

基底芯片的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)至關(guān)重要，因?yàn)樗鼙Ｗo(hù)設(shè)備在遭受瞬時(shí)干擾時(shí)免受數(shù)據(jù)損壞和系統(tǒng)故障的影響?；诩m錯(cuò)碼(ECC)的設(shè)計(jì)是一種有效的軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)，利用冗余信息來檢測和糾正數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤。

ECC原理

ECC算法將原始數(shù)據(jù)編碼為具有附加冗余位的編碼數(shù)據(jù)。編碼器將這些冗余位生成，它們包含原始數(shù)據(jù)的信息。當(dāng)發(fā)生軟錯(cuò)誤時(shí)，編碼數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤會被檢測到，并且可以從冗余位中重建受影響的原始數(shù)據(jù)位。

ECC編碼方案

*漢明碼：一種簡單的ECC編碼方案，可以檢測和糾正單比特錯(cuò)誤。

*BCH（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem）碼：一種更復(fù)雜的ECC編碼方案，可以糾正多個(gè)比特錯(cuò)誤。

*Reed-Solomon碼：一種強(qiáng)大的ECC編碼方案，可以糾正符號錯(cuò)誤。

ECC應(yīng)用

ECC在基底芯片設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，其中包括：

*存儲器保護(hù)：保護(hù)SRAM和DRAM等存儲器免受軟錯(cuò)誤影響。

*處理器保護(hù)：保護(hù)處理器寄存器和數(shù)據(jù)路徑免受軟錯(cuò)誤影響。

*通信保護(hù)：保護(hù)數(shù)據(jù)總線和I/O接口免受軟錯(cuò)誤影響。

ECC的優(yōu)點(diǎn)

*高可靠性：通過檢測和糾正錯(cuò)誤，ECC顯著提高了芯片的可靠性。

*透明度：ECC操作對應(yīng)用程序透明，無需用戶干預(yù)。

*低延遲：現(xiàn)代ECC算法高度優(yōu)化，在路徑中引入的延遲很小。

*可擴(kuò)展性：ECC可以針對不同級別的軟錯(cuò)誤耐受進(jìn)行定制，從單比特錯(cuò)誤到多比特錯(cuò)誤。

ECC的缺點(diǎn)

*面積開銷：ECC編碼器和解碼器需要額外的芯片面積。

*功耗開銷：ECC編碼和解碼操作會增加芯片的功耗。

*存儲開銷：冗余位需要額外的存儲空間。

*復(fù)雜性：ECC算法的實(shí)現(xiàn)可能是復(fù)雜的，需要仔細(xì)的驗(yàn)證。

選擇適當(dāng)?shù)腅CC方案

選擇適當(dāng)?shù)腅CC方案取決于以下因素：

*目標(biāo)軟錯(cuò)誤率(SER)：預(yù)期的軟錯(cuò)誤率水平。

*數(shù)據(jù)寬度：需要保護(hù)的數(shù)據(jù)總線寬度。

*性能要求：對延遲和功耗的限制。

*成本約束：面積開銷和存儲成本。

最佳實(shí)踐

實(shí)施基于ECC的軟錯(cuò)誤耐受時(shí)，建議遵循以下最佳實(shí)踐：

*采用多層ECC：使用多個(gè)ECC方案實(shí)現(xiàn)不同級別的保護(hù)。

*在關(guān)鍵路徑上放置ECC：保護(hù)對系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要的數(shù)據(jù)路徑。

*利用并行ECC：在寬數(shù)據(jù)總線上使用并行ECC以提高性能。

*使用抗軟錯(cuò)誤技術(shù)：結(jié)合ECC與抗軟錯(cuò)誤設(shè)計(jì)技術(shù)，例如門控時(shí)鐘和三重模塊冗余(TMR)。

結(jié)論

基于ECC的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)是一種有效的技術(shù)，可保護(hù)基底芯片免受軟錯(cuò)誤的影響。通過仔細(xì)選擇和實(shí)施ECC方案，設(shè)計(jì)人員可以提高芯片的可靠性，延長其使用壽命并確保關(guān)鍵系統(tǒng)的正常運(yùn)行。第四部分基于冗余技術(shù)的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)基于冗余技術(shù)的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)

簡介

軟錯(cuò)誤（SEU）是由于外部環(huán)境中的高能粒子撞擊半導(dǎo)體器件，導(dǎo)致瞬態(tài)邏輯狀態(tài)翻轉(zhuǎn)而引起的錯(cuò)誤。隨著制程工藝不斷縮小，SEU產(chǎn)生的幾率越來越高，對芯片的可靠性構(gòu)成嚴(yán)重威脅?；谌哂嗉夹g(shù)的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)是一種有效的方法，通過引入冗余單元并利用糾錯(cuò)/檢測機(jī)制來應(yīng)對SEU。

三重模塊冗余（TMR）

TMR是最簡單的冗余技術(shù)之一。它涉及使用三個(gè)邏輯單元來計(jì)算相同的函數(shù)，并將它們的輸出通過投票器組合在一起。如果其中一個(gè)單元發(fā)生SEU，投票器將選擇正確的結(jié)果。TMR提供了高達(dá)99.9%的SEU耐受性，但代價(jià)是增加了面積、功耗和延遲。

時(shí)間冗余

時(shí)間冗余涉及重復(fù)執(zhí)行同一操作多次，并比較結(jié)果。如果結(jié)果不匹配，則可以檢測到錯(cuò)誤。常見的時(shí)間冗余技術(shù)包括：

*指令重試：重復(fù)執(zhí)行指令，直到結(jié)果穩(wěn)定為止。

*結(jié)果比較：執(zhí)行操作多次，并比較結(jié)果以檢測不匹配。

*多周期操作：將操作分解為多個(gè)周期，并在每個(gè)周期中檢查錯(cuò)誤。

時(shí)間冗余的優(yōu)點(diǎn)是面積開銷相對較小，但缺點(diǎn)是會增加延遲和功耗。

空間冗余

空間冗余通過在芯片上放置額外的數(shù)據(jù)單元或電路來提供保護(hù)。常用的空間冗余技術(shù)包括：

*糾錯(cuò)碼（ECC）：使用糾錯(cuò)碼對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以便即使發(fā)生單比特錯(cuò)誤，也可以檢測和糾正錯(cuò)誤。

*存儲器軟錯(cuò)誤防護(hù)（SER）：在存儲器陣列中增加額外的位，用于存儲奇偶校驗(yàn)位或奇偶校驗(yàn)碼。

*繞線：在關(guān)鍵路徑上使用額外的走線，以防止SEU導(dǎo)致信號丟失或延時(shí)。

空間冗余可以提供高水平的SEU耐受性，但代價(jià)是增加了面積和功耗。

混合冗余

混合冗余結(jié)合了不同類型的冗余技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能、面積和功耗權(quán)衡。例如，可以將TMR與ECC相結(jié)合，以在關(guān)鍵路徑上提供高水平的耐受性，同時(shí)在非關(guān)鍵路徑上使用更低成本的冗余技術(shù)。

設(shè)計(jì)考慮

在設(shè)計(jì)基于冗余技術(shù)的軟錯(cuò)誤耐受芯片時(shí)，需要考慮以下因素：

*錯(cuò)誤率：預(yù)期的SEU率將影響所需的冗余水平。

*芯片面積：冗余技術(shù)會增加芯片面積，需要在保護(hù)級別和面積開銷之間進(jìn)行權(quán)衡。

*功耗：冗余技術(shù)會增加功耗，需要考慮芯片的功耗約束。

*延遲：冗余技術(shù)會增加延遲，需要確保芯片滿足時(shí)序要求。

*成本：冗余技術(shù)會增加芯片的制造成本，需要考慮成本效益。

應(yīng)用

基于冗余技術(shù)的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用于各種安全關(guān)鍵系統(tǒng)中，包括：

*航空航天系統(tǒng)

*醫(yī)療設(shè)備

*汽車電控系統(tǒng)

*工業(yè)控制系統(tǒng)

*電網(wǎng)系統(tǒng)

結(jié)論

基于冗余技術(shù)的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)是應(yīng)對SEU的一種有效方法。通過引入冗余單元并利用糾錯(cuò)/檢測機(jī)制，可以提高芯片的可靠性和安全性。設(shè)計(jì)師需要根據(jù)特定的應(yīng)用和約束，仔細(xì)權(quán)衡不同冗余技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能、面積和功耗平衡。第五部分邏輯門級軟錯(cuò)誤耐受電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【三重冗余邏輯（TMR）】

1.采用三個(gè)相同邏輯門實(shí)現(xiàn)同一功能，每個(gè)門輸入輸出獨(dú)立，以消除單節(jié)點(diǎn)軟錯(cuò)誤故障。

2.投票器電路用于確定多數(shù)門輸出，從而得出正確的結(jié)果。

3.這種方法簡單且有效，但增加了電路面積和功耗。

【時(shí)鐘冗余】

邏輯門級軟錯(cuò)誤耐受電路設(shè)計(jì)

軟錯(cuò)誤耐受邏輯門級電路設(shè)計(jì)旨在減輕由宇宙射線或其他源造成的軟錯(cuò)誤的影響，從而提高集成電路的可靠性。以下是一些常用的方法：

三重模塊冗余(TMR)

TMR是邏輯門級軟錯(cuò)誤耐受的一種經(jīng)典方法。它使用三個(gè)獨(dú)立的模塊來執(zhí)行相同的邏輯功能。如果其中一個(gè)模塊發(fā)生軟錯(cuò)誤，其他兩個(gè)模塊的輸出將掩蓋該錯(cuò)誤。TMR具有高容錯(cuò)能力，但會增加電路的面積、延遲和功耗。

重復(fù)投票(RV)

RV是一種比TMR更省面積的軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)。它使用兩個(gè)或多個(gè)模塊來執(zhí)行相同的邏輯功能。如果模塊輸出不一致，則使用投票器選擇多數(shù)輸出。RV的容錯(cuò)能力低于TMR，但具有更好的面積、延遲和功耗性能。

時(shí)間冗余(TR)

TR是一種通過重復(fù)執(zhí)行計(jì)算來實(shí)現(xiàn)軟錯(cuò)誤耐受的方法。如果計(jì)算結(jié)果不一致，則重復(fù)計(jì)算直到獲得一致的結(jié)果。TR具有較高的容錯(cuò)能力，但會增加延遲和功耗。

空間冗余(SR)

SR是一種通過設(shè)計(jì)冗余邏輯路徑來實(shí)現(xiàn)軟錯(cuò)誤耐受的方法。如果一條路徑發(fā)生軟錯(cuò)誤，另一條路徑仍可提供正確的輸出。SR具有較高的容錯(cuò)能力，但會增加電路面積和延遲。

混合冗余

混合冗余將不同的軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)結(jié)合起來。例如，TMR可以與RV或TR結(jié)合使用，以提高容錯(cuò)能力同時(shí)優(yōu)化面積、延遲和功耗。

旁路電路

旁路電路是一種用于檢測和糾正軟錯(cuò)誤的技術(shù)。當(dāng)檢測到軟錯(cuò)誤時(shí)，旁路電路將繞過受影響的邏輯元素并提供正確的輸出。旁路電路具有較高的容錯(cuò)能力，但會增加延遲和功耗。

糾錯(cuò)碼(ECC)

ECC是一種通過在數(shù)據(jù)中添加冗余位來檢測和糾正錯(cuò)誤的技術(shù)。如果數(shù)據(jù)發(fā)生軟錯(cuò)誤，ECC可以使用冗余位來恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。ECC具有較高的容錯(cuò)能力，但會增加電路面積、延遲和功耗。

邏輯翻轉(zhuǎn)檢測器

邏輯翻轉(zhuǎn)檢測器是一種用于檢測軟錯(cuò)誤的技術(shù)。它監(jiān)視邏輯門的輸出，并在檢測到翻轉(zhuǎn)時(shí)生成錯(cuò)誤信號。邏輯翻轉(zhuǎn)檢測器具有較低的容錯(cuò)能力，但具有較好的面積、延遲和功耗性能。

容錯(cuò)存儲器

容錯(cuò)存儲器是一種設(shè)計(jì)用于耐受軟錯(cuò)誤的存儲器。它使用冗余位、ECC或其他技術(shù)來檢測和糾正錯(cuò)誤。容錯(cuò)存儲器具有較高的容錯(cuò)能力，但會增加成本和功耗。

軟錯(cuò)誤率(SER)

SER是衡量集成電路對軟錯(cuò)誤敏感性的度量。SER通常以每比特每小時(shí)(FIT)表示。較低的SER表示芯片對軟錯(cuò)誤的耐受性更高。

選擇軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)

選擇合適的軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)取決于以下因素：

*所需的容錯(cuò)能力

*面積、延遲和功耗約束

*成本

對于具有高可靠性要求的關(guān)鍵應(yīng)用程序，TMR或混合冗余可能是一種更好的選擇。對于面積、延遲和功耗受限的應(yīng)用程序，RV、旁路電路或邏輯翻轉(zhuǎn)檢測器可能是更好的選擇。第六部分存儲器級軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)單比特翻轉(zhuǎn)檢測和校正（ECC與EDAC）

1.通過冗余編碼（如ECC）檢測和糾正單比特翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤，提高數(shù)據(jù)可靠性。

2.錯(cuò)誤檢測和校正（EDAC）機(jī)制完善ECC功能，提供更強(qiáng)的錯(cuò)誤檢測和糾正能力。

3.利用邏輯門或?qū)Ｓ秒娐穼?shí)現(xiàn)ECC和EDAC，實(shí)現(xiàn)低延遲和高效率的錯(cuò)誤檢測。

容錯(cuò)尋址與數(shù)據(jù)重組

存儲器級軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)

存儲器級軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)旨在保護(hù)存儲器單元免受單事件翻轉(zhuǎn)（SEU）的影響。SEU是由于高能粒子撞擊而導(dǎo)致的邏輯狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，這可能導(dǎo)致存儲數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

#存儲器級軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)

奇偶校驗(yàn)：奇偶校驗(yàn)是一種簡單的軟錯(cuò)誤檢測技術(shù)，它使用額外的校驗(yàn)位來跟蹤存儲單元中1或0的個(gè)數(shù)。如果存儲單元中1或0的個(gè)數(shù)在讀取時(shí)與校驗(yàn)位不匹配，則表明發(fā)生了SEU。

糾錯(cuò)碼（ECC）：ECC是一種更強(qiáng)大的軟錯(cuò)誤檢測和糾正技術(shù)，它使用復(fù)雜的算法來檢測和糾正多位錯(cuò)誤。ECC通常用于高可靠性應(yīng)用，如服務(wù)器和空間系統(tǒng)。

冗余：冗余技術(shù)通過復(fù)制存儲單元來實(shí)現(xiàn)軟錯(cuò)誤耐受。當(dāng)一個(gè)存儲單元發(fā)生SEU時(shí)，冗余副本可以用來恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。冗余可以實(shí)現(xiàn)較高的軟錯(cuò)誤耐受性，但會增加存儲器開銷。

讀后屏蔽：讀后屏蔽是一種軟錯(cuò)誤緩解技術(shù)，它通過在讀取數(shù)據(jù)后將其屏蔽掉來防止SEU的影響。這可以防止SEU在數(shù)據(jù)被使用之前傳播到其他電路。

#具體設(shè)計(jì)方法

單比特ECC：單比特ECC使用一個(gè)額外的校驗(yàn)位來檢測和糾正單比特錯(cuò)誤。校驗(yàn)位的值為存儲單元中1或0的個(gè)數(shù)（模2）。讀取時(shí)，如果存儲單元中的1或0的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位不匹配，則表明發(fā)生了SEU，并且可以糾正錯(cuò)誤。

多比特ECC：多比特ECC使用多個(gè)校驗(yàn)位來檢測和糾正多比特錯(cuò)誤。校驗(yàn)位的值由存儲單元中1或0的個(gè)數(shù)（模p）計(jì)算，其中p是一個(gè)大于2的素?cái)?shù)。讀取時(shí)，如果存儲單元中的1或0的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位不匹配，則表明發(fā)生了SEU，并且可以糾正錯(cuò)誤。

比特行交叉：比特行交叉是一種冗余技術(shù)，它通過將存儲單元按行或列組織成多個(gè)子塊來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)子塊包含多個(gè)冗余存儲單元。當(dāng)一個(gè)存儲單元發(fā)生SEU時(shí)，可以從冗余存儲單元中恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。

比特平面交叉：比特平面交叉是一種冗余技術(shù)，它通過將存儲單元按平面組織成多個(gè)子塊來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)子塊包含一個(gè)存儲單元平面。當(dāng)一個(gè)存儲單元發(fā)生SEU時(shí)，可以從冗余平面中恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。

#性能影響

存儲器級軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)會對性能產(chǎn)生一些影響。奇偶校驗(yàn)和單比特ECC對性能的影響最小，而多比特ECC和冗余技術(shù)對性能影響較大。

選擇最佳的存儲器級軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)取決于應(yīng)用對可靠性和性能的要求。第七部分基底芯片軟錯(cuò)誤耐受性能評估關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【基底芯片軟錯(cuò)誤誘發(fā)機(jī)理】

1.粒子轟擊：帶電粒子（如質(zhì)子、中子）穿過芯片時(shí)，與硅原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生電荷沉積。

2.電磁脈沖：強(qiáng)電磁場脈沖會導(dǎo)致芯片中感應(yīng)出高電壓和電流，引發(fā)電荷注入和閂鎖。

3.過程變化：芯片制造過程中的缺陷或變異，例如氧化層薄弱或雜質(zhì)污染，會降低芯片對軟錯(cuò)誤的耐受性。

【基底芯片軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)】

基底芯片軟錯(cuò)誤耐受性能評估

1.簡介

軟錯(cuò)誤耐受性評估對于確保基底芯片在惡劣的輻射環(huán)境中可靠運(yùn)行至關(guān)重要。軟錯(cuò)誤是指由帶電粒子撞擊半導(dǎo)體器件引起的瞬態(tài)故障。

2.評估方法

軟錯(cuò)誤耐受性評估通常涉及以下方法：

*模擬：使用放射性源或粒子加速器產(chǎn)生帶電粒子，并將其照射到芯片上，以模擬真實(shí)輻射環(huán)境。

*加速器測試：在高能粒子加速器中加速帶電粒子，以提供更高的粒子通量和能量。

*飛行器測試：將芯片部署在衛(wèi)星或空間站等飛行器上，以暴露在外層空間的實(shí)際輻射環(huán)境中。

3.評估指標(biāo)

評估基底芯片軟錯(cuò)誤耐受性的關(guān)鍵指標(biāo)包括：

*軟錯(cuò)誤率(SER)：單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的軟錯(cuò)誤數(shù)量。

*單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)：由單個(gè)帶電粒子引起的位翻轉(zhuǎn)。

*SEU閾值：粒子能量的最小閾值，超過該閾值時(shí)會觸發(fā)SEU。

*多元粒子事件(MPE)：由多個(gè)帶電粒子同時(shí)撞擊同一芯片區(qū)域引起的多個(gè)翻轉(zhuǎn)。

*修復(fù)時(shí)間：軟錯(cuò)誤檢測和修復(fù)所需的時(shí)間。

4.評估結(jié)果分析

評估結(jié)果通常以圖表和表格的形式呈現(xiàn)，其中顯示了SER、SEU閾值和MPE率等指標(biāo)與粒子能量、粒子通量和溫度等參數(shù)的關(guān)系。

5.提高軟錯(cuò)誤耐受性的技術(shù)

評估結(jié)果有助于識別軟錯(cuò)誤敏感區(qū)域并制定緩解策略，包括：

*冗余設(shè)計(jì)：使用備用電路或存儲器單元來容錯(cuò)軟錯(cuò)誤。

*抗輻射工藝：使用更耐輻射的材料和工藝技術(shù)來減少軟錯(cuò)誤的產(chǎn)生。

*錯(cuò)誤校正編碼(ECC)：使用編碼方案來檢測和糾正軟錯(cuò)誤。

*實(shí)時(shí)錯(cuò)誤檢測和修復(fù)(EDAC)：使用硬件或軟件機(jī)制來實(shí)時(shí)檢測和修復(fù)軟錯(cuò)誤。

6.基準(zhǔn)測試和比較

評估結(jié)果還可以用于基準(zhǔn)測試不同芯片和設(shè)計(jì)技術(shù)之間的軟錯(cuò)誤耐受性。這對于比較不同供應(yīng)商的產(chǎn)品并選擇最適合特定應(yīng)用的芯片非常重要。

7.結(jié)論

基底芯片軟錯(cuò)誤耐受性評估對于確?；仔酒诰哂刑魬?zhàn)性的輻射環(huán)境中可靠運(yùn)行至關(guān)重要。通過使用模擬、加速器測試和飛行器測試等方法，可以對基底芯片的軟錯(cuò)誤耐受性進(jìn)行全面評估，并制定提高其耐受性的措施。評估結(jié)果有助于基準(zhǔn)測試芯片，并提供設(shè)計(jì)和集成決策的信息。第八部分軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)在基底芯片中的應(yīng)用關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)在基底芯片中的應(yīng)用

主題名稱：冗余技術(shù)

1.復(fù)制電路或數(shù)據(jù)，以提供備份，當(dāng)一個(gè)版本發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，另一個(gè)版本可以提供正確的結(jié)果。

2.采用奇偶校驗(yàn)或編碼技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸或存儲期間檢測和糾正錯(cuò)誤。

3.實(shí)現(xiàn)多重模塊化，使系統(tǒng)在單個(gè)模塊出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)仍能繼續(xù)正常運(yùn)行。

主題名稱：隔離技術(shù)

基底芯片軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)應(yīng)用

隨著半導(dǎo)體制程技術(shù)不斷趨于微縮，器件尺寸減小，寄生效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致基底芯片在制造和運(yùn)行過程中更易遭受軟錯(cuò)誤的影響。軟錯(cuò)誤是指由瞬態(tài)事件造成的電路狀態(tài)的短暫改變，不影響器件的永久性物理損壞，但會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定或故障。

為了提高基底芯片的軟錯(cuò)誤耐受性，需要采用專門的設(shè)計(jì)技術(shù)。以下是一些常用的軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)技術(shù)在基底芯片中的應(yīng)用：

三重冗余（TMR）

TMR是一種經(jīng)典的軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)，它使用三個(gè)冗余的子電路來執(zhí)行相同的操作，并使用多數(shù)表決器來選擇正確的輸出。如果其中一個(gè)子電路發(fā)生軟錯(cuò)誤，多數(shù)表決器將仍然輸出正確的結(jié)果。TMR可以有效地消除單事件翻轉(zhuǎn)（SEU）引起的軟錯(cuò)誤。

錯(cuò)誤檢測和糾正（ECC）

ECC是一種在數(shù)據(jù)存儲和傳輸過程中檢測和糾正錯(cuò)誤的技術(shù)。ECC編碼通過添加冗余信息來檢測和糾正數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤。對于基底芯片，ECC可以應(yīng)用于寄存器和存儲器，以保護(hù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)免受軟錯(cuò)誤的影響。

軟錯(cuò)誤免疫存儲器（SEFI）

SEFI是一種專門設(shè)計(jì)的存儲器，具有固有的軟錯(cuò)誤免疫能力。SEFI通常使用多位存儲技術(shù)，例如多單元存儲器或容錯(cuò)存儲器，以檢測和糾正軟錯(cuò)誤。SEFI可以為基底芯片中需要高可靠性的關(guān)鍵數(shù)據(jù)提供保護(hù)。

容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)

容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)不直接解決軟錯(cuò)誤，而是通過增加系統(tǒng)的容錯(cuò)能力來減輕軟錯(cuò)誤的影響。這些技術(shù)包括：

*看門狗計(jì)時(shí)器：看門狗計(jì)時(shí)器是一種監(jiān)視器，定期檢查系統(tǒng)狀態(tài)。如果系統(tǒng)發(fā)生軟錯(cuò)誤，導(dǎo)致看門狗計(jì)時(shí)器未被重置，則看門狗計(jì)時(shí)器將觸發(fā)復(fù)位信號，將系統(tǒng)恢復(fù)到已知良好的狀態(tài)。

*故障恢復(fù)機(jī)制：故障恢復(fù)機(jī)制提供了一種在系統(tǒng)發(fā)生軟錯(cuò)誤后恢復(fù)正常操作的方法。這些機(jī)制包括錯(cuò)誤處理程序、容錯(cuò)算法和冗余組件，可以幫助系統(tǒng)從錯(cuò)誤中恢復(fù)。

*軟件容錯(cuò)技術(shù)：軟件容錯(cuò)技術(shù)可以檢測和糾正軟件中的錯(cuò)誤，包括由軟錯(cuò)誤引起的錯(cuò)誤。這些技術(shù)包括錯(cuò)誤檢測和糾正、冗余軟件組件和容錯(cuò)算法。

其他軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)

除了上述技術(shù)外，還有其他一些軟錯(cuò)誤耐受技術(shù)可以應(yīng)用于基底芯片，包括：

*工藝技術(shù)優(yōu)化：通過優(yōu)化制程工藝，可以減輕軟錯(cuò)誤的發(fā)生率。這包括使用抗輻射材料、減小寄生效應(yīng)和提高器件的電氣魯棒性。

*封裝技術(shù)：使用抗輻射封裝材料和技術(shù)，可以保護(hù)基底芯片免受外部輻射影響。

*輻射測試和認(rèn)證：對基底芯片進(jìn)行輻射測試和認(rèn)證，可以驗(yàn)證其軟錯(cuò)誤耐受能力并確保其符合特定應(yīng)用要求。

應(yīng)用實(shí)例

軟錯(cuò)誤耐受設(shè)計(jì)技術(shù)在基底芯片中得到了廣泛應(yīng)用，一些應(yīng)用實(shí)例包括：

*航空航天和國防系統(tǒng)：這些系統(tǒng)要求極高的可靠性，