Circuit-level design impact on variability and soft errors robustness

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Brendler, Leonardo Heitich
• Orientador(a): Reis, Ricardo Augusto da Luz
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Efeitos de radiação; Circuitos integrados : Microeletrônica; Transistores; FinFET; Arquitetura de computadores
• Palavras-chave em Inglês: Multi-level design; Variability
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/213589

Com o avanço da microeletrônica, limitações físicas foram encontradas em dispositivos MOSFET. Para superar essas limitações, foram introduzidos dispositivos multigate, como a tecnologia FinFET, permitindo a continuidade do dimensionamento tecnológico a abaixo de 22 nm. A evolução no processo de fabricação de circuitos integrados resultou em dispositivos cada vez menores e tornou a etapa de litografia mais complicada, podendo levar os circuitos a operarem fora de suas faixas de especificação. Ainda, os circuitos integrados são expostos a diferentes fontes de radiação, considerando aplicações espaciais ou mesmo terrestres. Todos esses fatores afetam a confiabilidade dos circuitos e podem causar um desvio no comportamento esperado. Dessa forma, o estudo de novas diretrizes capazes de lidar com os desafios colocados pelo desenvolvimento tecnológico é de extrema importância. Alguns circuitos podem ser projetados utilizando diferentes arranjos de transistores. Um arranjo de transistores específico pode influenciar o desempenho de células lógicas; portas lógicas complexas podem ser usadas para minimizar a área, o atraso e o consumo de potência. No entanto, com a crescente relevância dos desafios nanométricos, também é necessário considerar os efeitos de radiação e da variabilidade no design de nível lógico com a adoção de diferentes topologias, como a lógica multinível. Este trabalho explora técnicas em nível de circuito para mitigar os efeitos de radiação e da variabilidade de processo na tecnologia FinFET de 7nm. O impacto da variabilidade do processo, através das flutuações da função de trabalho (WFF), e a resposta de Eventos Únicos Transientes (SET) sob WFF são avaliados usando diferentes arranjos de transistores para um conjunto de funções lógicas, versões do benchmark C17 (ISCAS85) e votadores majoritários. Os resultados mostram o impacto de diferentes arranjos de transistores na robustez à radiação e variabilidade de processo. A topologia de lógica multinível é mais robusta aos efeitos de radiação do que a topologia complexa; os valores da Transferência Linear de Energia Limiar (LETth) são, em média, 55% maiores considerando ou não o impacto da variabilidade de processo. Os valores de LETth dos diferentes circuitos de votadores majoritários podem variar em até 65%. Todos os circuitos analisados, independentemente da topologia, são mais sensíveis (valores de LETth, em média, 20% menores) aos SETs, considerando o impacto da variabilidade de processo.