Исследование и разработка методов и средств проектирования микросистем высокой надежности

• Автор: Блохина, Вероника Борисовна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 214 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКОЙ НАДЕЖНОСТИ МИКРОСИСТЕМ.

1.1. Конструкторские методы повышения надежности

и выхода годных микросистем.

1.2. Математические модели для расчета надежности и выхода годных микросистем.

1.3. Модели расчета выхода годных межсоединений

в микросистемах.

1.4. Методы повышения надежности с помощью

средств самотестирования

1.5. Влияние ионизирующего излучения на МОПэлемеиты.

1.6. Методы синтеза реконфигурируемых микросистем
высокой надежности
1.7. Выводы.
2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ВЫХОДА ГОДНЫХ
РЕЗЕРВИРУЕМЫХ МИКРОСИСТЕМ.
2.1 .Сравнительный анализ методов резервирования микросистем .
2.2. Разработка и исследование моделей надежности межэлементных соединений в микросистеме с учетом
процесса электромиграции
2.3. Выводы.
3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РЕКОНФИГУРАЦИИ МИКРОСИСТЕМ
3.1. Разработка и исследование методов и средств перестройки
и тестирования структуры микросистем.
3.1.1. Разработка и исследование методов и средств перестройки и тестирования структуры микросистем с поэлементным резервированием
3.1.2. Разработка и исследование методов и средств перестройки и тестирования структуры микросистем
со скользящим резервированием
3.1.3. Сравнительный анализ устройств самотестирования и реконфигурации шин со структурным резервированием
3.2. Разработка и исследование метода повышения допустимой дозы ионизирующих излучений микросистем на основе КМОПСБИС посредством структурного резервирования.
3.3. Выводы
4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СИ1 ГРЕЗА СТРУКТУРЫ ВЫСОКОНАДЕЖНЫХ МИКРОСИСТЕМ.
4.1. Разработка метода синтеза структуры микросистем с оптимальным резервированием.
4.2. Разработка и исследование алгоритма синтеза оптимизированной структуры резервируемых микросистем.
4.3. Выводы
5. ВНЕДРЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 0 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В ходе технологических операций изготовления СБИС действует ряд факторов, способных вызывать дефекты, структурные нарушения, пропуски требуемых элементов или появление лишних и, следовательно, приводящих к получению неработоспособных микросистем. Обнаружение этих дефектов проводится после изготовления СБИС, что приводит к существенному снижению производительности //. К настоящему моменту для повышения выхода годных используется ряд способов. В запоминающих устройствах со считыванием/записью информации применяются варьируемые соединения, фиксированные соединения, матрицы энергонезависимых переключающих элементов и двухуровневая поблочная замена /-/. Для логических схем, реализованных в виде СБИС и СБИС-пластин, исследованы такие методы, как переключение контактных площадок, локализация неисправностей по команде, выделение модуля но специальному сигналу и лазерные способы восстановления / - /. Анализ показывает, что основной проблемой реализации суперкристаллов с числом элементов более 1 млн. Так, при минимальном топологическом размере Амнн = 0. Создание отказоустойчивых СБИС позволяет повысить как надежность, так и процент выхода годных микросистем (благодаря реконфигурации частично дефектных приборов на стадии их изготовления). Добавление избыточных компонентов в схеме представляет собой один из путей реализации защищенности схем от отказов компонентов /-/. Реконфигурация - это процесс задействования избыточных ресурсов схемы в случае отказа. Механизм реконфигурации предполагает такую замену отказавших компонентов, которая не вызовет неприемлемой для данной схемы временной неработоспособности либо недопустимой задержки в функционировании. Объем избыточного оборудования в значительной степени сказывается на уровне надежности, достигаемом за счет введения избыточности /,/. Методы создания отказоустойчивых устройств нашли широкое применение при разработке кристаллов запоминающих устройств большой емкости, в арифметических и других устройствах //. Реконфигурация может быть статической и динамической. Схемы со статической реконфигурацией ориентированы на предотвращение использования элементов, имеющих производственные дефекты. Динамическая реконфигурация производится в процессе эксплуатации, причем отказавшие элементы удаляются из системы без вмешательства человека //. Если для схем со статической реконфигурацией характерны сравнительно малые аппаратные издержки и высокая степень участия оператора, то динамические схемы имеют встроенные средства управления и обычно оказываются более сложными //. Характеристики высоконадежных вычислительных систем зависят как от принципов, положенных в основу их построения, так и от архитектуры систем в целом и способа резервирования. Системы с жесткой, непрограммируемой архитектурой, подразделяются на магистральные (рис. Усложнение микросистем приводит к повышению вероятности отказа. Интефированный трехуровневый подход к реконфигурации микросистем (рис. Такой подход позволяет учесть слабые места и оценить эффективность различных схем реконфигурации. Рис. Рис. Отказы, имеющие глобальные последствия для надежности аппаратуры, появляются реже всего. Чаще всего, особенно для СВИС, появляются переходящие отказы. Наиболее часто применяются средства для защиты от этих видов отказов, например, коды с исправлением единичных ошибок. Если отказ вызывает необходимость повторною проведения расчетов, он классифицируется как стабильный отказ, но относится к отказам связанным с локальными последствиями. Как правило, эти отказы устраняют посредством подключения резервных компонентов в схеме //. При постоянном отказе элемент должен быть отключен тем или иным способом и заменен работоспособным /, /. В настоящее время наиболее эффективным конструкторским методом повышения выхода годных и надежности микросистем высокой степени интеграции является резервирование //. Временное, функциональное, информационное и нагрузочное резервирование также применимы и часто используются в интегральных микросистемах на основе ВИС и СВИС. Однако эффективны они могут быть лишь в комплексе со структурным резервированием, вносящим, как правило, основной вклад в повышение надежности и живучести системы /. Структурное резервирование использует структурные модели надежности (рис.