Вы здесь

Методи та засоби оцінки показників надійності цифрових пристроїв із вбудованими схемами контролю

Автор: 
Бенч Андрій Ярославович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2003
Артикул:
3403U003885
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

розділ 2 дисертації, а аналіз впливу внутрішніх завад на
роботу ЦП висвітлено у розділі 5.
Очевидно, що крім вивчення внутрішніх завад, актуальною задачею є створення
методів усунення наслідків впливу згаданих завад на роботу ЦП. Подібні методи
базуються на понятті гарантоздатності. Гарантоздатність - властивість ЦП, яка
дозволяє обгрутновано довіряти результатам обчислювальних операцій. Цей термін
був введений у роботі А.Авіженіса [2], на даний момент він відсутній у
відповідних держстандартах України [19], хоча ввійшов у видання електронної
версіїї англо-російського словника Масловського Є.К. з обчислювальної техніки,
виданого компанією ABBYY (Англо-русский словарь по вычислительной технике и
программированию (The English-Russian Dictionary of Computer Science © ABBYY,
Е.К. Масловский. 1999 г. - 1-е изд., 50 тыс. статей). Одним із найпростіших
методів забезпечення гарантоздатності є введення у структуру ЦП спеціальних
схем контролю, які сигналізують про появу помилок (котрі є результатами впливу
внутрішніх завад) у роботі ЦП. Принципи побудови подібних схем контролю були
розроблені Графом Ш., Гесселем М. [16], Согомоняном Е.С. [70], а методи оцінки
їх впливу на достовірність функціонування ЦП зустрічаються у роботах
Щербакова Н.С. [79]. Існує велика кількість методів побудови схем контролю
(детальну класифікацію методів побудови схем контролю та опис принципів їх
функціонування можна знайти у розділі 4) і інженер, користуючись досягненнями
сучасної мікроелектроніки та принципами програмованої логіки, часто розглядає
кілька альтернативних варіантів їх виконання: вища швидкодія, менша площа
кристалу, яку займає схема, краша технологічність, економніше енергоспоживання.
При цьому постає задача вибору найкращого варіанту, але методи порівняння між
собою таких схем із точки зору функціональної надійності розвинені недостатньо.
Один із методів розв’язання подібної задачі наведений у розділах 3,4, а
відповідне програмне забезпечення описано у розділі 6 цієї дисертаційної
роботи.
Отже, у даній дисертаційній роботі розглядаються два основні питання:
* удосконалення моделей внутрішніх завад із метою вивчення впливу останніх на
функціональну надійність ЦП;
* створення математичного та програмного забезпечення для проведення
порівняльного аналізу схем контролю ЦП (призначених для ліквідації наслідків
впливу помилок, викликаних внутрішніми завадами, на роботу ЦП ) з точки зору
функціональної надійності.
У актуальності поставлених завдань можна переконатись, проаналізувавши
тенденції у розвитку сучасної цифрової апаратури.
За останнє десятиріччя можемо відзначити наступні закономірності у
розвитку ЦП:
1. постійне зростання ступеня інтеграції мікросхем;
2. постійне зменшення розмірів базових комірок кристалів;
3. невпинне зростання тактової частоти, на якій працюють цифрові пристрої;
4. зменшення напруги живлення мікросхем;
5. розширення сфер застосування цифрової апаратури та підвищення складності
завдань, які вони вирішують.
Наведені висновки підтвержуються даними про зміну тактової частоти, розмір
базових комірок, кількість транзисторів на кристалі та напруги живлення
процесорів фірми Intel (додаток А), побудованими на підставі аналізу журналів
"Комп’ютерний огляд", "Chip", "PC World", "IEEE Spectrum" та матеріалів мережі
Internet за останні 5 років, [67, 81, 83-95, 97, 105, 107, 110-112, 119, 120] і
ще раз доводять правильність емпіричного закону Мура [52] [106]- складність
мікропроцесорів подвоюється через кожні 18 місяців. Приблизний прогноз
параметрів кристалу великої інтегральної схеми 2005 року наведено у таблиці 1,
взятій із [86]. Ще більш вражаючі результати можуть бути отримані при
застосуванні біполярних транзисторів із гетерогенним переходом, виготовленим із
фосфіду індію [110], або пристроїв із переходами Джозефсона, виготовлених із
ніобію - металу, якому властиве явище надпровідності [84]. Подібні пристрої
можуть працювати на частотах, більших за 100 ГГц.
До чого можуть привести згадані закономірності в розвитку цифрової техніки?
Як зазначено у [54], підвищення тактової частоти у поєднанні із зменшенням
напруги живлення призводить до зменшення енергетичного рівня інформаційних
сигналів, в той час, коли рівень зовнішніх завад неперервно збільшується. Тому
вплив зовнішніх завад на роботу ЦП різко збільшується.
Із зменшенням габаритних розмірів активних елементів та з’єднувальних ліній між
ними у поєднанні із збільшенням густини їх розташування посилюється взаємний їх
вплив один на одного. Тобто, посилюється вплив внутрішніх завад, викликаних
одночасним перемиканням великої кількості ЛЕ, на роботу ЦП.
Крім того, зараз у мобільних пристроях застосовують процесори із напругою
живлення меншою ніж 1 В [67]. Така напруга живлення досить близька до порогу
спрацювання напівпровідникових пристроїв. Запас завадостійкості ЛЕ, побудованих
із подібних напівпровідникових пристроїв різко знижується через зменшення
різниці значень між напругами логічного нуля та логічної одиниці. А цей факт
тільки сприяє шкідливому впливу внутрішніх завад на роботу ЦП.
Таблиця 1
Прогноз параметрів НВІС у 2005 році [86]
Параметр
Значення
Мінімальний розмір технологічного елемента
0,1 мкм
Загальна кількість транзисторів
200 млн. шт.
Кількість транзисторів логіки
40 млн. шт.
Площа кристалу
500 мм2
Тактова частота
2-3,5 ГГц
Кількість виводів
4000
Кількість шарів металізації
7-8
Напруга живлення
0,9-1,2 В
Струм
160 A
Розсіювана потужність
160 Ват
Із збільшенням тактової частоти, збільшується і частота перемикань ЛЕ, що також
сприяє зростанню рівня внутрішніх завад. Отже, будь-які питання, пов’язані із
вивченням внутрішніх завад, залишатимуться актуальн