【摘要】：隨著半導體工藝進入納米時代,負偏置溫度不穩(wěn)定性等機制對電路造成的影響將不可忽略,在這些失效機理長時間的作用下,電路中的老化情況會隨之加劇,當老化超過一定閾值時將導致電路無法正常工作。為了能夠對電路老化進行檢測,部分業(yè)內人士充分利用了機器學習算法能夠通過分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)來達到精確判斷測試數(shù)據(jù)類別的優(yōu)點,并在老化分析時得到了較理想的結果。本文以負偏置溫度不穩(wěn)定性導致的電路老化為研究基礎,將開源精簡指令集處理器軟核作為樣本電路,并成功設計由Prime Time功耗仿真和機器學習算法構成的集成電路老化預測平臺,完成了精簡指令集處理器中的老化預測。本文研究了負偏置溫度不穩(wěn)定性導致失效的基本原理,分析了隨著時間增加,該失效機理對于電路延時的影響,進而提出了基于功耗信息進行電路老化分析的研究方案,并結合Spectre工具得到了本設計中所用標準單元15年內的延時信息。為了模擬集成電路正常工作功耗,設計了Prime Time功耗仿真和機器學習算法構成的集成電路老化預測平臺,并結合負偏置溫度不穩(wěn)定性導致的延時變化規(guī)律,得到了老化后的功耗數(shù)據(jù)。并利用主成分分析算法完成了功耗數(shù)據(jù)的降維工作。然后將處理后的數(shù)據(jù)送入神經(jīng)網(wǎng)絡算法構成的數(shù)據(jù)分析平臺完成了功耗數(shù)據(jù)的分析和訓練工作。在完成兩種算法的評估之后最終選擇反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法在現(xiàn)場可編程門陣列平臺進行硬件實現(xiàn)。本文選擇開源精簡指令集處理器作為老化試驗的樣本電路,并完成了基于該處理器軟核的數(shù)字電路設計全流程工作,得到處理器的數(shù)字版圖,然后利用Prime Time工具進行了時序檢查,并通過后仿真對功能和時序進行了驗證,最終利用所搭建的預測平臺完成了該電路的老化預測工作。實驗結果表明,將輸出誤差容忍限設為0.5時,反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法與基于粒子群優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡算法均能達到較理想的分類準確率�；诹Ｗ尤簝�(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡算法運行時間約為反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法的3倍,且所用激活函數(shù)較為復雜,故選擇反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法在現(xiàn)場可編程門陣列平臺中完成模型的搭建。當輸入不同的測試數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場可編程門陣列模型測試時,該模型均能得到與仿真同樣的輸出結果,并成功預測電路老化。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP332
【圖文】：

圖 2-3 ΔVth 變化曲線.2 門級電路失效分析在上一節(jié)中分別對靜態(tài) NBTI，動態(tài) NBTI 以及長時 NBTI 三種失效模行了詳細的分析，本節(jié)將以此為基礎來對本設計中所涉及的工藝庫基本單行失效分析。由集成電路知識可知，門級網(wǎng)表是由所指定工藝庫中的基本搭建而成，故本文從小模塊出發(fā)，最后達到對整個電路進行老化模擬的。本節(jié)的重點是從理論出發(fā)，得到 NBTI 失效機理與基本單元延時之間的，從而證實利用上節(jié)中失效模型對 PMOS 管進行老化模擬仿真的可行性面將以反相器以及 D 觸發(fā)器為例，對其失效后的參數(shù)變化進行理論分析。.2.1 反相器老化分析失效機理作用在反相器上將會導致反相器的性能退化，本節(jié)中將主要研BTI 失效機制對其延時產(chǎn)生的影響。由集成電路知識可知，反相器的傳輸

瞬態(tài)仿真輸入圖

瞬態(tài)仿真輸出圖

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本文編號：2791180