Online monitoring and test of embedded processors
Fiabilisation et test des processeurs dans un contexte embarqué
Résumé
Slack-time reduction is a way to improve the performance of synchronous sequential circuits. In the presence of circuit wear-out, supply voltage fluctuations and temperature variations, aggressive slack-time reduction can be achieved based on adaptive voltage and frequency scaling with feedback from in-situ slack-time monitoring. The first contribution of this work consist of a new shadow-scan solution which facilitates the implementation of faster scan Flip-Flops (FFs), enables in-situ slack-time monitoring and can be transparently handled by commercial tools for automated scan stitching and automated test pattern generation. A natural approach is to place in-situ slack-time monitors close to all sequential elements with incoming timing-critical paths or susceptible to become timing-critical due to wear-out or manufacturing variability. In latency-constrained circuits with large ratios of timing-critical paths, this methodology may result in large area overheads and minor power improvements. The second contribution of this work is an evaluation methodology of the monitoring quality delivered by a set of FFs. This methodology estimates monitor activation probabilities based on which two evaluation metrics are provided. On one hand, the expected ratio of clock cycles with at least one monitor activated can be used to estimate the temporal coverage of the in-situ slack-time monitoring scheme. On the other hand, the expected number of activated monitors per clock cycle can be used to evaluate the spatial coverage of the monitoring scheme. Finally, based on these metrics, it is shown that the monitoring quality can be significantly improved if the size of the detection window of each in-situ slack-time monitor is correlated to the slack-time of the monitored timing-critical paths.
La réduction des marges temporelles dans les circuits synchrones est une manière d'améliorer leur performance.En cas de vieillissement, de fluctuations de la tension d'alimentation ou de la température du milieu de mission, des réductions sévères des marges temporelles peuvent néanmoins avoir un impact négatif sur la fiabilité des circuits. La réduction des marges temporelles sans dégradation de la fiabilité peut être réalisée à l'aide des informations d'un contrôle en ligne de ces marges. Cette thèse porte sur l'étude du suivi en ligne des marges temporelles des circuits intégrés synchrones. La première contribution de ce travail consiste en une nouvelle solution shadow-scan bien adaptée au suivi en ligne des marges temporelles, permettant une mise en œuvre de bascules scan plus rapides et pouvant être gérées de façon transparente par les outils de conception du commerce. Une approche naturelle de mise en œuvre du suivi des marges temporelles est le déploiement de moniteurs sur tous les chemins critiques ou susceptibles de le devenir à cause du vieillissement ou des variations dues au processus de production.Dans des circuits très contraints en termes de temps de propagation, avec un grand nombre de chemins critiques, cette approche peut conduire à un surcoût en surface trop important pour un gain en performance limité. Afin de pouvoir réduire le nombre de moniteurs avec un impact limité sur la qualité du monitoring, la seconde contribution de ce travail est la proposition d'une nouvelle méthode d'évaluation de la qualité du monitoring d'un groupe de bascules.Cette méthode est basée sur l'estimation de la probabilité d'activation des moniteurs. Deux métriques sont proposées pour quantifier la qualité du suivi des marges temporelles. La première sert à estimer la couverture temporelle d'un groupe de bascules, alors que la deuxième permet d'évaluer la couverture spatiale.Enfin, en se basant sur ces deux métriques, la dernière contribution de ce travail est la démonstration du fait qu'il est possible avec un surcoût limité d'améliorer significativement la qualité du monitoring d'un circuit si les moniteurs sont adaptés aux cônes logiques qu'ils surveillent.
Origine : Version validée par le jury (STAR)