طراحی المان های ترتیبی مقاوم در برابر خطای نرم در مدارهای دیجیتال

تحقیقات نشان می¬دهد اشکالات گذرا در سیستم¬های دیجیتال بسیار رایج بوده وغیر قابل اجتناب است. این اشکالات ممکن است توسط نوسانات منبع تغذیه، برخورد نوترون¬های ساطع¬شده از اشعه کیهانی و یا ذرات آلفا صورت گیرد. در این میان، برخورد ذرات پرانرژی ساطع¬شده از اشعه کیهانی برای سیستم¬های دیجیتال از اهمیتی ویژه برخوردار است. هنگامی که یک ذره پرانرژی به قسمت حساس یک قطعه نیمه¬هادی برخورد کند، کانال متراکمی از الکترون و حفره ایجاد می¬گردد. حضور میدان الکتریکی سبب می¬شود این حامل¬های جریان، در مدار حرکت کرده و چنانچه بتوانند خازن موجود در گره اصابت¬دیده را شارژ و یا دشارژ نمایند، پالس ولتاژ گذرایی بوجود می¬آید. چنانچه در حین عملیات فوق محتوای عنصر حافظه تحت تأثیر قرار گرفته و منطق آن تغییر کند، اصطلاحاً خطای نرم رخ داده است. خطاهای نرم در گذشته تنها برای سیستم¬های هوافضا یک دغدغه محسوب می¬شد؛ ولی امروزه با کوچک شدن ابعاد تکنولوژی و در پی آن کاهش ظرفیت خازنی گره¬های مدار، کاهش سطوح ولتاژی، افزایش فرکانس کاری مدارها و کاهش توان مصرفی، این¬گونه اشکالات برای کاربردهای در سطح زمین نیز یک دغدغه جدی محسوب می-شود. در پی کاهش ابعاد ترانزیستورها و در نتیجه کاهش مقدار خازن¬ها و بار، نرخ رخداد خطای نرم ناشی از ذرات با انرژی¬های متوسط و کم نیز افزایش یافته است. مسئله دیگری که باعث شده این خطاها اهمیت ویژه¬ای داشته باشند، آن است که نه تنها مواد بسته¬بندی مدارها نمی¬تواند از عبور ذرات شتابداری مانند نوترون جلوگیری کند، بلکه این مواد از خود ذرات آلفایی ساطع می¬کنند که از منابع تولید و ایجاد خطای نرم می¬باشد. لذا امروزه یکی از چالش-برانگیزترین مباحث طراحی مدارات دیجیتال، میزان حساسیت آنها نسبت به برخورد ذرات پرانرژی و در نتیجه ایجاد اشکالات تک¬رخداد و چندرخداد در آنها است. تاکنون پژوهش¬های زیادی در زمینه کاهش نرخ خطای نرم ناشی از اشکالات تک¬رخداد انجام شده، اما با افزایش تراکم قطعات بر سطح تراشه¬ها احتمال بروز خطای نرم ناشی از اشکالات چندرخداد نیز به صورت قابل توجهی افزایش یافته است. در این پایان¬نامه که با محوریت اشکالات ناشی از برخورد ذرات پرانرژی به قطعه نیمه-هادی تدوین گشته ابتدا مباحث فیزیکی مربوطه و سپس منابع تولید¬کننده و انواع مختلف این نوع اشکالات معرفی گردیده است. پس از آن روش¬هایی که تاکنون در این زمینه معرفی شده¬اند مورد بررسی قرار گرفته و در پایان با تکیه بر اشکالات چندرخداد واژگونی، روشهایی در سطح مدار پیشنهاد شده است. شبیه¬سازی¬های انجام¬شده در تکنولوژی 65 نانومتر ptm نشان می¬دهد ساختارهای پیشنهادی حداقل دارای کاهش حدود 10 درصدی پارامترهای تأخیر و توان مصرفی نسبت به سایر ساختارهای مشابه می¬باشند. این در حالی است که این ساختارها در مقایسه با روش¬های پیشین، کاهش بیشتر نرخ خطای نرم را در پی دارند. در روش پیشنهادی سوم، گره¬های حساس شناسایی شده و با ارائه چیدمان فیزیکی (layout) مناسب که در آن سعی شده است گره¬های حساس با فاصله از هم قرار گیرند، احتمال رخداد خطای نرم ناشی از اشکالات چندرخداد واژگونی تا حد بیشتری کاهش داده شده است.