افزايش طول عمر در تراشه‌هاي برنامه‌پذير با رويكرد ملاحظات سال‌خوردگي

كارشناسي ارشد

عوامل سال‌خوردگي در تراشه‌هاي قابل بازپيكربندي از جمله FPGAها سبب افت كارآيي آنها و در ادامه، كاهش طول عمر تراشه مي‌شوند. لذا تحقيقاتي براي مقابله با عوامل سال‌خوردگي در FPGAها صورت گرفته است. عامل سال‌خوردگي BTI غالب‌ترين عامل سال‌خوردگي در ميان چهار عامل مشهور سال‌خوردگي است. BTI در منابع غيرقابل پيكربندي FPGAها باعث ايجاد تأخير و در نهايت خرابي عملكرد مدار مي‌شود. امّا در منابع قابل بازپيكربندي يعني سلول‌هاي SRAM درون FPGA، باعث كاهش SNM و افزايش SER آنها مي‌شود. هدف ما در اين پايان‌نامه، ارائه‌ي يك روش كاربردي براي كاهش اثر BTI درسلول‌هاي SRAM درون ‌LUT‌هاي FPGA است. ما به خواست خدا قصد داريم با پيشنهاد يك راهكار سه مرحله‌اي موسوم بهBAS(BTI Aware Synthsis)، درسطح Logic Redesign و با روش معكوس‌سازي بيتي به كاهش اثرBTI در منابع LUT درون FPGA بپردازيم. روند كلّي كار بدين صورت است كه الگوريتم BAS فايل خروجي ابزار سنتز (C.edf) را دريافت كرده، طيّ مراحلي دو فايل خروجي(C1.edf , C2.edf) را توليد مي‌كند. محتواي سلّول‌هاي SRAM درونِ LUTها در اين دو فايل معكوس بيتي يكديگرند؛ لكن عملكردشان مانند عملكرد مدار اصلي يعني C.edf است. سپس اين دو فايل پس از P&R، با دوره‌هاي زماني مساوي بر روي FPGA بارگذاري و اجرا مي‌شوند تا بدين صورت اثر BTI در سلّول‌هاي SRAM درون هر LUT تخفيف يابد. نتايج آزمايشات نشان مي‌دهد الگوريتم BAS در زمينه‌ي جلوگيري از كاهش SNM و افزايش SER به‌طور متوسّط %11 بهتر از تنها روش پيشين در اين زمينه عمل مي‌كند. امّا در مقايسه‌ي سربارهاي تنها دو الگوريتم رقيب، الگوريتم BAS، از لحاظ سربار منابع منطقي مصرفي %7 بهتر از الگوريتم قبلي است. همچنين روش BAS در زمينه‌ي سربار كارآيي نيز %2 بهتر از روش پيشين عمل مي‌كند. امّا مزاياي اصلي و ارزشمند روش BAS نسبت به روش پيشين، يكي سهولت اجراي آن، ناشي از اجرا در مرحله‌ي پيش از Place&Route است. دوّمين مزيّت، انعطاف‌پذيري بالاي آن و تنها، وابستگي به تعداد ورودي‌هاي LUTهاي FPGA است كه قابليّت اجراي آن براي بيش از 90% از معماري‌هاي FPGAهاي موجود در بازار دنيا را فراهم مي‌كند. مزيّت ديگر روش BAS امكان استفاده به عنوان يك ابزار در دل ابزارهاي سنتز و پياده‌سازي براي توليد خروجي با ملاحظات سال‌خوردگي BTI است.

194618

دانشگاه علم و صنعت ايران

معماري سيستم‌هاي كامپيوتري

دكتر مرتضي آنالويي - دكتر حاكم بيت الهي