本文關(guān)鍵詞：微處理器軟錯誤脆弱性建模及緩解技術(shù)研究　出處：《北京工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 微處理器可靠性 體系結(jié)構(gòu)脆弱因子 分析模型 指令占用 軟錯誤緩解技術(shù)

【摘要】：系統(tǒng)的軟錯誤隨著集成電路工藝技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)指數(shù)級增加,軟錯誤導(dǎo)致的可靠性問題已經(jīng)成為高性能微處理器設(shè)計的一個主要障礙。為了以低成本高效益的方式實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計目標(biāo),在設(shè)計早期對軟錯誤脆弱性建模是非常關(guān)鍵的。研究顯示,相當(dāng)部分來自于器件層和電子層的原始軟錯誤在體系結(jié)構(gòu)層會被掩蓋。體系結(jié)構(gòu)脆弱因子(Architectural Vulnerability Factor,AVF)表示原始軟錯誤最終在程序輸出可見錯誤的概率,可用來衡量體系結(jié)構(gòu)層掩蓋效應(yīng),是評估體系結(jié)構(gòu)層可靠性的重要參數(shù)。AVF的建模研究有助于在設(shè)計早期提高可靠性的預(yù)測性,有效權(quán)衡可靠性、性能、功耗等設(shè)計目標(biāo),以及開發(fā)低開銷的軟錯誤緩解技術(shù)。但現(xiàn)有的AVF建模對AVF與程序特征、體系結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系研究還不夠充分,更多的研究者意識到機器和程序共同作用對AVF影響的重要性,亟需相應(yīng)的研究投入。指令占用是AVF分析模型的關(guān)鍵計算指標(biāo),但結(jié)構(gòu)指令占用的變化規(guī)律以及與其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系仍缺乏清晰的揭示。AVF的理論研究成果需要更多地轉(zhuǎn)化應(yīng)用于低開銷的軟錯誤緩解技術(shù)。針對以上問題,本文以探索AVF與程序特征、體系結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系,開發(fā)有效的低開銷軟錯誤緩解技術(shù)為主要方向,從周期精確的指令占用計算為切入點,展開了微處理器軟錯誤脆弱性的分析建模和緩解技術(shù)研究工作。取得的創(chuàng)新性成果主要有:1、采用自底向上分析思路,構(gòu)建了一個周期精確的、基于并行性約束的AVF分析模型。與現(xiàn)有典型模型相比,在機器并行性約束、周期精確跟蹤指令流以及功能單元競爭等方面進行了擴展。模型以較低誤差預(yù)測AVF并為揭示影響AVF的因子及其影響機制奠定了理論基礎(chǔ)。2、建立了程序特征、體系結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對AVF的影響關(guān)系曲線�；诒疚奶岢龅姆治瞿Ｐ�,分析并證實:處理器流水線的前端階段、發(fā)射執(zhí)行階段和退出階段分別存在幾個共同影響AVF的程序特征和體系結(jié)構(gòu)參數(shù)對;體系結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對AVF的影響存在閾值,這個閾值是可計算的且由程序的內(nèi)在指令級并行性決定。這些程序特征、體系結(jié)構(gòu)參數(shù)和AVF的關(guān)系可以利用一個分段曲線歸納。3、揭示了指令占用及AVF與結(jié)構(gòu)尺寸變化的規(guī)律�；诒疚奶岢龅姆治瞿Ｐ�,運用邏輯斯蒂方程對結(jié)構(gòu)指令占用和結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系進行分析,通過理論推導(dǎo)和實驗驗證,證實指令占用與結(jié)構(gòu)尺寸之間高度符合四參數(shù)邏輯斯蒂曲線關(guān)系�；谶@種關(guān)系,分析揭示了指令占用及AVF隨結(jié)構(gòu)尺寸及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的規(guī)律,以幫助設(shè)計者快速選擇體系結(jié)構(gòu)參數(shù),達到可靠性、性能和開銷的較好平衡。4、提出了一種基于靜態(tài)編譯的動態(tài)調(diào)節(jié)IQ尺寸的軟錯誤緩解技術(shù)。該技術(shù)在編譯層面通過指令基本塊關(guān)鍵路徑分析確定IQ的動態(tài)尺寸,在程序中插入攜帶控制信息的指令實現(xiàn)調(diào)節(jié),從而降低指令占用,實現(xiàn)軟錯誤緩解。這種方法硬件開銷很小,易于實施,對系統(tǒng)復(fù)雜性的影響很小。實驗結(jié)果表明,該方法平均降低IQ AVF 19.7%,平均性能下降控制在5.7%左右。5、提出了一種基于指令流混合比與功能單元配置匹配的IQ AVF控制技術(shù)。通過判斷和調(diào)整指令流混合比與功能單元配置的匹配程度,縮短指令在IQ中的等待時間,從而控制IQ的AVF。在此基礎(chǔ)上,針對長延遲數(shù)據(jù)Cache缺失引起的IQ堵塞問題,進一步優(yōu)化該技術(shù)。這種控制方法通過在前端調(diào)節(jié)分派指令實現(xiàn),硬件開銷小,實施較為簡單。實驗結(jié)果證明,此方法能降低IQ AVF 6.6%,而對性能的影響控制在2%以內(nèi),能有效的提升可靠性-性能的平衡。本文就微處理器體系結(jié)構(gòu)層的軟錯誤脆弱性建模和軟錯誤緩解技術(shù)問題進行了研究探索,為微處理器可靠性領(lǐng)域提供了深入的理論拓展和有效的應(yīng)用技術(shù)。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP332

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱丹;李暾;李思昆;;形式化等價性檢查指導(dǎo)的軟錯誤敏感點篩選[J];計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報;2011年03期

2 徐建軍;譚慶平;熊磊;葉俊;;一種針對軟錯誤的程序可靠性定量分析方法[J];電子學(xué)報;2011年03期

3 熊磊;譚慶平;;基于軟錯誤的動態(tài)程序可靠性分析和評估[J];小型微型計算機系統(tǒng);2011年11期

4 梁華國;黃正峰;王偉;詹文法;;一種雙�；ユi的容軟錯誤靜態(tài)鎖存器[J];宇航學(xué)報;2009年05期

5 龔銳;戴葵;王志英;;片上多核處理器容軟錯誤執(zhí)行模型[J];計算機學(xué)報;2008年11期

6 孫巖;王永文;張民選;;微處理器體系結(jié)構(gòu)級軟錯誤易感性評估[J];計算機工程與科學(xué);2010年11期

7 成玉;馬安國;張承義;張民選;;微體系結(jié)構(gòu)軟錯誤易感性階段特性研究[J];電子科技大學(xué)學(xué)報;2012年02期

8 張民選;孫巖;宋超;;納米級集成電路的軟錯誤問題及其對策[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2013年01期

9 龔銳;戴葵;王志英;;基于現(xiàn)場保存與恢復(fù)的雙核冗余執(zhí)行模型[J];計算機工程與科學(xué);2009年08期

10 梁華國;陳凡;黃正峰;;時序敏感的容軟錯誤電路選擇性加固方案[J];電子測量與儀器學(xué)報;2014年03期

相關(guān)會議論文 前7條

1 吳珍妮;梁華國;黃正峰;王俊;陳秀美;曹源;;容軟錯誤的電路選擇性加固技術(shù)[A];第六屆中國測試學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

2 熊蔭喬;譚慶平;徐建軍;;基于軟件標(biāo)簽的軟錯誤校驗和恢復(fù)技術(shù)[A];中國通信學(xué)會第六屆學(xué)術(shù)年會論文集（上）[C];2009年

3 成玉;張承義;張民選;;微體系結(jié)構(gòu)的軟錯誤易感性評估及其階段特性研究[A];第十五屆計算機工程與工藝年會暨第一屆微處理器技術(shù)論壇論文集（B輯）[C];2011年

4 金作霖;張民選;孫巖;石文強;;柵氧退化效應(yīng)下納米級SRAM單元臨界電荷分析[A];第十五屆計算機工程與工藝年會暨第一屆微處理器技術(shù)論壇論文集（B輯）[C];2011年

5 郭御風(fēng);郭誦忻;龔銳;鄧宇;張明;;一種面向多核處理器I/O系統(tǒng)軟錯誤容錯方法[A];第十五屆計算機工程與工藝年會暨第一屆微處理器技術(shù)論壇論文集（B輯）[C];2011年

6 周彬;霍明學(xué);肖立伊;;單粒子多脈沖的軟錯誤敏感性分析方法[A];第十六屆全國核電子學(xué)與核探測技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2012年

7 梁麗波;梁華國;黃正峰;;基于功能復(fù)用的增強型掃描結(jié)構(gòu)ESFF-SEAD[A];2011中國儀器儀表與測控技術(shù)大會論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 焦佳佳;處理器中分析模型驅(qū)動的高效軟錯誤量化方法研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 周婉婷;輻照環(huán)境中通信數(shù)字集成電路軟錯誤預(yù)測建模研究[D];電子科技大學(xué);2014年

3 閆愛斌;納米集成電路軟錯誤評估方法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

4 唐柳;微處理器軟錯誤脆弱性建模及緩解技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

5 成玉;高性能微處理器動態(tài)容軟錯誤設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

6 丁潛;集成電路軟錯誤問題研究[D];清華大學(xué);2009年

7 繩偉光;數(shù)字集成電路軟錯誤敏感性分析與可靠性優(yōu)化技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

8 黃正峰;數(shù)字電路軟錯誤防護方法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2009年

9 孫巖;納米集成電路軟錯誤分析與緩解技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

10 朱丹;基于時序等價性檢查的電路軟錯誤系統(tǒng)級可靠性分析方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 徐東超;面向SystemC的軟錯誤敏感度分析方法[D];上海交通大學(xué);2015年

2 靳麗娜;基于SET傳播特性的軟錯誤率研究[D];電子科技大學(xué);2015年

3 潘阿成;一種低功耗抗輻射的TCAM系統(tǒng)設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2015年

4 彭小飛;納米工藝下集成電路的容軟錯誤技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

5 張麗娜;集成電路的容軟錯誤技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

6 陳凡;數(shù)字集成電路容忍軟錯誤加固技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

7 劉思廷;考慮偏差因素的集成電路軟錯誤分析方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

8 楊曉;基于合成的多核CPU軟錯誤測試加速研究[D];華中科技大學(xué);2012年

9 汪靜;數(shù)字集成電路老化故障和軟錯誤的在線檢測技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

10 黃捚;組合電路軟錯誤敏感性分析與加固[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

，

本文編號：1330613