刍议集成电路老化预测与容忍

贾利芳

(1.太原理工大学 物理与光电工程学院，山西 太原 030000;2.忻州师范学院五寨分院，山西 五寨 036200)

集成电路范畴内的老化预测，应当带有动态特性。预测得来的数值，可以为惯常的老化防护，提供精准根据。在预测的根基上，创设了低开销的、在线态势下的多重故障辨识，消除掉了结构要素特有的误差干扰。集成电路关涉的老化容忍，涵盖了这一侧重点:高性能层级内的集成电路，常用多米诺特有的电路结构。审慎辨识老化根源，采纳了联合架构下的优化路径，创设了低功耗范畴内的容忍方法。

1 概要的预测思路

对于体系架构固有的工作负载，妥善予以区分，建构了NBTI 特有的效应模型。这样预设的预测框架，考量了各时段的电路负载。初始时段的设计中，辨识了这一原理:电路在拟定好的周期以内，出于多重成因，会渐渐老化［2］。预测得来的精准结果，提升了可靠特性。

结合特有的预测模型，假定最差情形下的操作状态。采纳静态时序，来解析这一状态，获取老化范畴内的上限数值。真正运转时，电路表征出来的老化倾向，会依赖固有的逻辑拓扑、操作态势的工作荷载。电路老化特有的速率，密切关联着路径差异。经由长时段的运转以后，关键路径潜藏着的老化倾向，会很接近测定出来的真实状态。

明晰了NBTI 关涉的效应以后，应采纳框架分析，寻找出时序架构下的违规路径。整合起来的这些路径，被设定成PCPS。对于原有的PCPS，审慎予以精简。这样做，能够除掉不可达的多重路径，提升测定之中的精准特性。路径特有的自动生成，能够判别不可敏化特有的路径。在这以后，依循拟定好的分析架构，辨识关键门。采纳反向态势下的非线性优化，求得最优解答［3］。最大范畴的时延增量、占空比特有的最差情形，应被整合起来。依循最差情形之下的占空比，求得预测得来的老化结果。

2 拟定容忍路径

2.1 体系架构的特性

高速芯片特有的常见电路，包含逻辑电路。惯用的体系构架，是高扇入情形下的多米诺门。在设定好的寄存器以内，得到简单架构下的总体构架。多米诺门固有的多重配件，包含预备着的晶体管、某规格下的保持器、求值特有的晶体管、输出态势下的反相器。晶体管建构起来的总网络，带有并联的特性。这种情形下，输入范畴的向量，在初始时段的求值中，凸显了偏多迟延。噪声特有的容忍限度，也潜藏了偏大影响。

最坏情形之下的延迟情形，包含如下特性:多米诺门或设定好的下拉网络，若开启了特有的NMOS 管，那么衔接着的其他路径，会保持着偏低耗费。在这时，动态特性的路径节点，泄露出来的电荷，包含最低态势下的泄露。输出端固有的跳变，会变得偏缓，增添了这一时段的电路迟延。最差情形下的噪声容限，包含预设的这一状态:求值时段中，动态特性的关联节点，受到下拉网络潜藏着的漏电干扰，漏电流被限缩。节点搜集得来的信号，只有依托着保持器，才能予以维持。若下拉网络、输入架构下的端口，同时被噪声干扰，则体系以内的动态节点，受到最大影响［4］。

2.2 老化补偿特有的容忍电路

补偿特性的电路，经由长时段的运转以后，会渐渐凸显出老化倾向。在这时，电路限缩了原有的速度、原有的噪声容限。多位架构之下的多米诺门，整合了保持器关涉的补偿、反相器关涉的这种补偿。

新颖特性的老化容忍，增添了并联态势下的保持器，也即补偿范畴内的保持器。它与固有的反相器，凸显了并联状态。与此同时，还添加了补偿特有的晶体管、某规格下的控制管。把它们衔接至预设的电源极，当成特有的控制管。它们协同电源，共同管控着路径的通断。

新颖特性的老化容忍，在真正老化前，电路可维持住惯常的工作状态。体系之中的保持器、添加进来的反相器，都应予以闭合。这样做，省掉了冗余范畴内的电路消耗。电路老化后，反相器及关联着的保持器，都依循测定出来的真实需求，妥善予以运转。这种情形下，保持住了路径以内的噪声容限，也限缩了时间延迟，延展运转期限。

3 老化防护依托的技术

3.1 重设拓扑架构

对于拟定好的电路架构，不变更原初的功能，但变更原初的输入位置。这样做，可以限缩老化的干扰。对于衔接着的子电路，在拟定好的关键路径之上，辨识信号概率。调换固有的输入端，保持固有的逻辑性能。在这时，反相器配有的输入端，信号概率会递增直至1/16。NBTI 对应着的电路衰退，带有先急后缓这样的倾向。信号概率等同时，阈值关联着的电压衰退，远会超出预设的其他范畴。为此，应寻找出拓扑范畴中的这类电路，也即超级门［5］。这就创设了便捷的路径，缩减了输入时段中的电路衰退。

3.2 采纳向量恢复

NBTI 带有恢复的属性。为此，可以管控输入向量，以便缩减组合态势下的电路衰退。例如:对于静电情形之下的漏电流，有序管控向量，以便优化电路。休眠模式特有的根本思路，是运用特有的休眠期，予以老化优化。生成了集合架构下的恢复向量，同时辨识向量，选出可用的向量。

电路待机之时，轮流添加多重的输入控制。这样的状态下，电路范畴内的各类节点，就产生惯常的信号翻转。实际上，这种路径变更了NBTI 特有的动静态。它把原有的静态效应，更替为动态。经由求解流程，运算得来最小数值的占空比。在这以后，提出明晰的类算法，依循门输入架构之中的占空比组合，借助添加进来的引擎，生成某规格下的控制向量。类算法特有的生成，只要考量拟定好的最优数值，不需考量原初的输出端，休眠模式重设了逻辑组合。

4 结束语

低开销特有的检定结构，能够辨识违规信号。用新颖情形下的脉冲发生器，替换稳定性辨识特有的检测装置。这样做，缩减了路径之中的功耗及开销。在线预测检定，包含对称架构之中的非门检测。它消除掉了晶体管特有的串联堆栈，提升检定精度。采纳补偿原理，提出电路特有的老化容忍。补偿构架之中的多米诺电路，在发觉了老化倾向时，会开启预备好的补偿电路，延展线路寿命。最后，采纳新颖特性的休眠模式，联合优化了惯用的电路。在休眠时段中，进入老化恢复，缩减了潜藏着的漏电流。

［1］徐辉.集成电路老化预测与容忍［D］.合肥:合肥工业大学，2013.

［2］邢璐，梁华国，严鲁明，等.基于逻辑门类型的老化路径约减算法［J］.计算机科学，2014(5):24－26.

［3］李扬，梁华国，陶志勇.应用输入向量约束的门替换方法缓解电路老化［J］.应用科学学报，2013(5):101－107.

［4］王超，徐辉，黄正峰，等.基于电路故障预测的高速老化感应器［J］.合肥工业大学学报(自然科学版)，2013(12):1447－1450.

［5］徐辉，梁华国，黄正峰，等.一种容忍老化的多米诺门［J］.电路与系统学报，2012(5):91－97.