半導(dǎo)體硅基芯片是當(dāng)今每一個(gè)電子設(shè)備運(yùn)行的必備基礎(chǔ),已經(jīng)廣泛融入日常生活。從芯片設(shè)計(jì)的角度出發(fā),為確保芯片的可靠性和安全性,芯片在大規(guī)模生產(chǎn)之前需要進(jìn)行嚴(yán)格地驗(yàn)證和調(diào)試。硅后驗(yàn)證是芯片驗(yàn)證中的一道工藝,支配了芯片設(shè)計(jì)總體時(shí)間成本。硅后驗(yàn)證應(yīng)用于原型硅上,存在驗(yàn)證周期長(zhǎng)的限制;摩爾定律和Dennard Scaling表明現(xiàn)代芯片越來越復(fù)雜,尤其是面向多核處理器的片上系統(tǒng)芯片,這為硅后驗(yàn)證提出了更高的挑戰(zhàn);同時(shí),芯片的更新迭代速率不斷加快。因此,如何快速、高效地進(jìn)行硅后驗(yàn)證是芯片驗(yàn)證領(lǐng)域亟待解決的難題。本文針對(duì)超長(zhǎng)的硅后驗(yàn)證故障檢測(cè)延遲問題展開研究,主要完成以下三個(gè)方面的工作:首先,提出了一個(gè)基于LLVM(Low level virtual machine)的快速故障檢測(cè)優(yōu)化模型。通過分析芯片驗(yàn)證流程,本文發(fā)現(xiàn)超長(zhǎng)的故障檢測(cè)延遲是硅后驗(yàn)證的瓶頸,限制了硅后驗(yàn)證的效率。借助于容錯(cuò)計(jì)算中的故障檢測(cè)算法,本文提出了一個(gè)基于這些算法的快速故障檢測(cè)優(yōu)化模型,該模型基于LLVM編譯器框架,具有易擴(kuò)展的特點(diǎn),可適用于多種不同架構(gòu)的芯片。該模型能夠解決現(xiàn)有故障檢測(cè)面臨的系統(tǒng)化和自動(dòng)化問題。其次,設(shè)計(jì)了故障延遲的檢測(cè)框架。通過分析現(xiàn)有硅后驗(yàn)證的方法論,本文發(fā)現(xiàn)設(shè)置極端的物理環(huán)境激活芯片故障的方法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下不可行。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于gem5模擬器的故障延遲檢測(cè)框架,該框架模擬現(xiàn)代硅基芯片已報(bào)告的故障類型,能夠激活特定類型的故障,并在模擬器中測(cè)量故障被觀測(cè)時(shí)的延遲。該框架能夠?qū)蜻x故障指令的選取和候選故障指令的故障注入實(shí)現(xiàn)容易的擴(kuò)展。最后開展了大規(guī)模地實(shí)驗(yàn)測(cè)試。本文對(duì)基準(zhǔn)測(cè)試程序集應(yīng)用基于LLVM的故障檢測(cè)優(yōu)化模型,生成了大規(guī)模的待測(cè)試基準(zhǔn)測(cè)試程序集合;然后在基于gem5模擬器的故障延遲檢測(cè)框架中執(zhí)行待測(cè)程序,測(cè)量故障檢測(cè)延遲以及覆蓋率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的優(yōu)化方案能夠顯著地將故障檢測(cè)延遲降低至數(shù)千個(gè)時(shí)鐘周期,故障覆蓋率平均提升2倍,這為硅后驗(yàn)證中的故障定位提供了很大的便利。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN43
【部分圖文】：

基芯片在流片之前需要進(jìn)行嚴(yán)格、充分地驗(yàn)證和調(diào)試它支配了芯片設(shè)計(jì)周期的主要時(shí)間成本。其中故障檢瓶頸。為了高效地進(jìn)行硅后驗(yàn)證，本文將對(duì)硅后驗(yàn)證化故障檢測(cè)算法以及設(shè)計(jì)注入故障并檢測(cè)故障的統(tǒng)一率進(jìn)行優(yōu)化。介紹硅后驗(yàn)證中故障檢測(cè)的重要性以及面臨的挑戰(zhàn)究背景，其次介紹國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后給出本文的們見證了移動(dòng)設(shè)備爆發(fā)式地增長(zhǎng)，例如智能手機(jī)、、汽車、機(jī)器人等等[1][2][3][4]。其中，硅芯片是它們的一個(gè)電子設(shè)備的運(yùn)行，已經(jīng)廣泛融入我們的日常生活工業(yè)控制領(lǐng)域，硅芯片也是無處不在[5][6]。自主掌握硅經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)均具有十分重大的意義。

件下三種算法實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的不同，并展開分析。4.1.1 CFCSS 算法測(cè)試圖4.1所示為十個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試程序在未應(yīng)用CFCSS算法和應(yīng)用了CFCSS算法的情形下在 gem5 模擬器中運(yùn)行的行為匯總對(duì)比，每個(gè)程序分別在未應(yīng)用 CFCSS 算法條件下執(zhí)行 100 次和在應(yīng)用了 CFCSS 算法條件下執(zhí)行 100 次。對(duì)于圖中每個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試程序，左邊的柱狀表示未應(yīng)用 CFCSS 算法條件下基準(zhǔn)測(cè)試程序在 gem5 模擬器中運(yùn)行行為的占比，右邊的柱狀表示應(yīng)用了 CFCSS 算法條件下基準(zhǔn)測(cè)試程序在 gem5 模擬器運(yùn)行行為的占比。每一種條件下基準(zhǔn)測(cè)試程序的運(yùn)行行為都與 3.5節(jié)列舉的故障可觀測(cè)類型相對(duì)應(yīng)。以 998.spec 程序?yàn)槔�，在未�?yīng)用 CFCSS 算法情形下，在 gem5 模擬器中運(yùn)行行為由正常結(jié)束且結(jié)果不正確（Incorrect）、無限循環(huán)（Hung）和提前結(jié)束且無檢測(cè)報(bào)告（Crash）構(gòu)成，它們的占比分別為 40%、10%

圖 4.1 基于 CFCSS 算法實(shí)現(xiàn)的故障檢測(cè)覆蓋率Fig.4.1 Fault detection coverage based on CFCSS algorithm故障檢測(cè)覆蓋率的計(jì)算方式是未檢測(cè)出的不正確的結(jié)果，即圖 4.1 中故障ncorrect、Hung 和 Crash 這三種類型之和。從圖 4.1 我們可以發(fā)現(xiàn)，沒有SS 算法條件下，未覆蓋的故障達(dá)到了 100%，這是由于分支指令是故障敏在分支指令中的故障基本上都會(huì)造成程序運(yùn)行的失敗；應(yīng)用了 CFCSS 算，未覆蓋的故障縮減至 35%，由此發(fā)現(xiàn)，CFCSS 算法將故障的覆蓋率提左右。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 高建良;韓銀和;;多核處理器硅后調(diào)試技術(shù)研究最新進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2013年02期

2 李靜梅;吳艷霞;沈晶;張健沛;;改進(jìn)的CFCSS控制流檢測(cè)算法[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2011年06期

本文編號(hào)：2866478