22260

افزايش طول عمر در تراشه‌هاي برنامه‌پذير با رويكرد ملاحظات سال‌خوردگي

كارشناسي ارشد

معماري سيستم‌هاي كامپيوتري

1399/4/15

دكتر مرتضي آنالويي - دكتر حاكم بيت الهي

كامپيوتر

عوامل سال‌خوردگي در تراشه‌هاي قابل بازپيكربندي از جمله FPGAها سبب افت كارآيي آنها و در ادامه، كاهش طول عمر تراشه مي‌شوند. لذا تحقيقاتي براي مقابله با عوامل سال‌خوردگي در FPGAها صورت گرفته است. عامل سال‌خوردگي BTI غالب‌ترين عامل سال‌خوردگي در ميان چهار عامل مشهور سال‌خوردگي است. BTI در منابع غيرقابل پيكربندي FPGAها باعث ايجاد تأخير و در نهايت خرابي عملكرد مدار مي‌شود. امّا در منابع قابل بازپيكربندي يعني سلول‌هاي SRAM درون FPGA، باعث كاهش SNM و افزايش SER آنها مي‌شود. هدف ما در اين پايان‌نامه، ارائه‌ي يك روش كاربردي براي كاهش اثر BTI درسلول‌هاي SRAM درون ‌LUT‌هاي FPGA است. ما به خواست خدا قصد داريم با پيشنهاد يك راهكار سه مرحله‌اي موسوم بهBAS(BTI Aware Synthsis)، درسطح Logic Redesign و با روش معكوس‌سازي بيتي به كاهش اثرBTI در منابع LUT درون FPGA بپردازيم. روند كلّي كار بدين صورت است كه الگوريتم BAS فايل خروجي ابزار سنتز (C.edf) را دريافت كرده، طيّ مراحلي دو فايل خروجي(C1.edf , C2.edf) را توليد مي‌كند. محتواي سلّول‌هاي SRAM درونِ LUTها در اين دو فايل معكوس بيتي يكديگرند؛ لكن عملكردشان مانند عملكرد مدار اصلي يعني C.edf است. سپس اين دو فايل پس از P&R، با دوره‌هاي زماني مساوي بر روي FPGA بارگذاري و اجرا مي‌شوند تا بدين صورت اثر BTI در سلّول‌هاي SRAM درون هر LUT تخفيف يابد. نتايج آزمايشات نشان مي‌دهد الگوريتم BAS در زمينه‌ي جلوگيري از كاهش SNM و افزايش SER به‌طور متوسّط %11 بهتر از تنها روش پيشين در اين زمينه عمل مي‌كند. امّا در مقايسه‌ي سربارهاي تنها دو الگوريتم رقيب، الگوريتم BAS، از لحاظ سربار منابع منطقي مصرفي %7 بهتر از الگوريتم قبلي است. همچنين روش BAS در زمينه‌ي سربار كارآيي نيز %2 بهتر از روش پيشين عمل مي‌كند. امّا مزاياي اصلي و ارزشمند روش BAS نسبت به روش پيشين، يكي سهولت اجراي آن، ناشي از اجرا در مرحله‌ي پيش از Place&Route است. دوّمين مزيّت، انعطاف‌پذيري بالاي آن و تنها، وابستگي به تعداد ورودي‌هاي LUTهاي FPGA است كه قابليّت اجراي آن براي بيش از 90% از معماري‌هاي FPGAهاي موجود در بازار دنيا را فراهم مي‌كند. مزيّت ديگر روش BAS امكان استفاده به عنوان يك ابزار در دل ابزارهاي سنتز و پياده‌سازي براي توليد خروجي با ملاحظات سال‌خوردگي BTI است.

1399/07/01

Aging-aware Lifetime Enhancement in Reconfigurable Devices

7/5/2020 12:00:00 AM

Aging mechanisms in reconfigurable devices including FPGAs, causes performance degradation and then leads to lifetime decrement. So many researches have been done in confronting to aging in FPGAs. BTI aging mechanism is the dominant one among four famous aging mechanisms. BTI in non-reconfigurable resources causes delay and finally leads to misfunction of design; while aging in reconfigurable resources i.e. reconfigurable SRAM cells leads to SNM(Static-Noise-Margin) reduction and SER(Soft-Error-Rate) enhancement. The goal of this thesis is presenting of a practical method for reduction of BTI impact on LUTs SRAM cells in FPGAs. The suggested method is a three step, logic redesign level approach named BAS (BTI Aware Synthesis) that reduces BTI in FPGA LUT resources using bit flipping technique. The overall process of the BAS algorithm is as follow, the algorithm receives synthesis tool output file (e.g. C.edf) and during some steps generates two synthesis format output files (e.g. C1.edf and C2.edf). The content of LUTs SRAM cells in the two generated files are mutually flipped, while their functionalities are as the same of C.edf. Then the two files after Place&Route are used for FPGA configuration periodically to mitigate BTI impact on LUTs SRAM cells. The experimental results illustrate that BAS algorithm prevents SNM reduction and SER increment in average 11% better than the only previous method. In the overheads, BAS algorithm has 7% better results in logic area overhead and 2% better result in performance overhead in comparison to the only competitor. But the main and more valuable advantages of BAS algorithm in comparison to previous algorithm are first, its facility of running due to its pre-Place&Route stage of operation. The second advantage is its high flexibility of operation, since the BAS algorithm only needs to know the number of LUT inputs in FPGAs. This excellent property causes BAS algorithm can be used for more than 90% of todays worldwide FPGAs. The third advantage of BAS algorithm is its more practicality; i.e. BAS algorithm tool can be embedded in adjacent of synthesis and implementation tools for generating BTI aware synthesis output files.