【摘要】：隨著半導(dǎo)體工藝進入納米時代,負(fù)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(dāng)老化超過一定閾值時將導(dǎo)致電路無法正常工作。為了能夠?qū)﹄娐防匣M行檢測,部分業(yè)內(nèi)人士充分利用了機器學(xué)習(xí)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(jié)果。本文以負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性導(dǎo)致的電路老化為研究基礎(chǔ),將開源精簡指令集處理器軟核作為樣本電路,并成功設(shè)計由Prime Time功耗仿真和機器學(xué)習(xí)算法構(gòu)成的集成電路老化預(yù)測平臺,完成了精簡指令集處理器中的老化預(yù)測。本文研究了負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性導(dǎo)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(jié)合Spectre工具得到了本設(shè)計中所用標(biāo)準(zhǔn)單元15年內(nèi)的延時信息。為了模擬集成電路正常工作功耗,設(shè)計了Prime Time功耗仿真和機器學(xué)習(xí)算法構(gòu)成的集成電路老化預(yù)測平臺,并結(jié)合負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性導(dǎo)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(luò)算法構(gòu)成的數(shù)據(jù)分析平臺完成了功耗數(shù)據(jù)的分析和訓(xùn)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(luò)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(shè)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(yù)測平臺完成了該電路的老化預(yù)測工作。實驗結(jié)果表明,將輸出誤差容忍限設(shè)為0.5時,反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法與基于粒子群優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法均能達到較理想的分類準(zhǔn)確率�；诹Ｗ尤簝�(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法運行時間約為反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的3倍,且所用激活函數(shù)較為復(fù)雜,故選擇反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在現(xiàn)場可編程門陣列平臺中完成模型的搭建。當(dāng)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(jié)果,并成功預(yù)測電路老化。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(chǔ)來對本設(shè)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(dǎo)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