基于糾錯編碼的SRAM加固技術(shù)評估體系研究.pdf

1、隨著集成電路制造工藝的發(fā)展，器件特征尺寸不斷減小，半導(dǎo)體器件的噪聲容限降低。當(dāng)空間輻照環(huán)境中的高能粒子如重離子等擊中半導(dǎo)體器件的敏感位置時，會在其敏感節(jié)點淀積電荷，從而引起單粒子效應(yīng)。目前單粒子效應(yīng)是引起存儲器SRAM（Static RAM，靜態(tài)隨機存儲器）出現(xiàn)SE（Soft Error，軟錯誤）的主要因素，SE的產(chǎn)生大大降低了輻照環(huán)境下 SRAM的可靠性。因此空間中 SRAM的加固技術(shù)成為了當(dāng)前微電子學(xué)的重點研究方向之一。在SRAM抗

2、輻照加固設(shè)計中，ECC（Error Correcting Code，糾錯編碼）是解決SRAM空間單粒子效應(yīng)的一種有效方案。為了避免基于ECC的SRAM加固方案在設(shè)計完成后無法達到預(yù)期的需求或在達到預(yù)期的需求時存在大量的冗余電路，這就需要一種有效的評估模型對不同空間條件下的ECC加固方案設(shè)計進行評估，以獲得最佳加固方案。但目前國內(nèi)外對于ECC加固的SRAM的評估體系并不完全成熟，沒有一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。所以需要一套對ECC加固方案的完善評估體

3、系。
　　本文研究的主要內(nèi)容是建立一套用于ECC加固的SRAM的可靠性評估體系。評估體系采用最為廣泛應(yīng)用的衡量可靠性的參數(shù)MTTF（Mean Time To Failure，平均失效時間）作為最終衡量加固后SRAM可靠性的依據(jù)。
　　本文的評估體系主要分為兩部分，數(shù)學(xué)模型評估部分和FPGA測試統(tǒng)計部分。兩部分評估體系分別用于ECC加固設(shè)計的前期和后期對加固后的SRAM的可靠性進行評估。兩部分體系共同構(gòu)成一套完整的評估體系，這

4、兩部分評估體系的主要特點如下。
　　（1）數(shù)學(xué)模型評估部分特點
　　本文結(jié)合歸納的兩種空間單粒子效應(yīng)在SRAM產(chǎn)生錯誤的特性（錯誤分布圖樣特性和錯誤重疊特性），采用將發(fā)生 MBUs（Multi-Bit Upset，多比特翻轉(zhuǎn)）的SRAM的MTTF近似等價于更大存儲空間或更低的輻射事件到來率下只發(fā)生SEUs（Single Event Upset，單粒子翻轉(zhuǎn)）的SRAM的MTTF的思路，建立一套在錯誤圖樣與錯誤重疊特性下的快速評

5、估模型。該計算方案實現(xiàn)簡單計算速度快，十分適合在ECC加固設(shè)計的前期對設(shè)計可靠性進行評估。
　?。?） FPGA測試統(tǒng)計部分
　　本文提出基于 FPGA與上位機結(jié)合的空間環(huán)境模擬測試方案。在引入本文歸納的兩種空間單粒子效應(yīng)在SRAM產(chǎn)生錯誤的特性的基礎(chǔ)上建立FPGA與上位機結(jié)合的測試平臺，并通過測試統(tǒng)計的方式得出加固后的系統(tǒng)的精確可靠性，即統(tǒng)計計算出可靠性參數(shù) MTTF。該測試平臺主要依靠 FPGA硬件電路實現(xiàn)，相對于純軟件