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纳米FinFET工艺抗辐射加固多位触发器设计技术研究
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作者 张彦龙 朱永钦 +2 位作者 王亚坤 李同德 王亮 《现代应用物理》 2026年第1期151-158,共8页
宇航集成电路的设计目标是抗辐射、高性能和低功耗。多位触发器可降低芯片功耗,广泛应用于系统级芯片(system on chip,SoC)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)等电路中。基于鳍式场效应晶体管(fin field-effect tr... 宇航集成电路的设计目标是抗辐射、高性能和低功耗。多位触发器可降低芯片功耗,广泛应用于系统级芯片(system on chip,SoC)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)等电路中。基于鳍式场效应晶体管(fin field-effect transistor,FinFET)工艺特征,提出了优化功耗开销的多位触发器抗辐射加固技术。通过对多位触发器使用双互锁存储单元(dual interlocked storage cell,DICE)和空间交叉版图布局进行抗单粒子单/多节点翻转设计,对双路数据端和共享的时钟信号均引入滤波结构,在实现抗单粒子瞬态(single event transient,SET)的同时降低了加固设计引入的功耗、面积开销。对非加固商用触发器、DICE结构触发器和设计的加固多位触发器3款纳米工艺FinFET电路进行辐射试验研究。研究结果表明:在FinFET工艺下,仅使用DICE结构不足以满足加固需求,与商用触发器相比,使用本文方法的多位触发器的单粒子翻转(single event upset,SEU)截面可降低81%以上。该设计能够在实现较好加固效果的同时降低加固设计的功耗、面积开销,为纳米FinFET工艺抗辐射集成电路性能参数的平衡设计提供参考。 展开更多
关键词 FINFET 多位触发器 抗辐射加固 单粒子翻转 单粒子瞬态
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基于忆阻器存算一体架构的BCH多位纠错方法
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作者 蔡固顺 刘锦辉 +2 位作者 谭雯丹 黄钊 王泉 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第2期167-178,共12页
忆阻器存算一体(Compute-In-Memory,CIM)架构作为一种融合存储和计算功能新技术,可以有效解决传统冯诺伊曼架构数据纠错因存储和计算分离而导致的数据传输速率受限、搬移频繁、传输功耗和延迟增加等问题,提高星载电子系统可靠性与稳定... 忆阻器存算一体(Compute-In-Memory,CIM)架构作为一种融合存储和计算功能新技术,可以有效解决传统冯诺伊曼架构数据纠错因存储和计算分离而导致的数据传输速率受限、搬移频繁、传输功耗和延迟增加等问题,提高星载电子系统可靠性与稳定性。然而,现有CIM纠错技术仅能实现单比特数据纠错,无法处理连续多位错误检错与纠错。为此,提出一种基于忆阻器CIM架构的BCH多位纠错方法。首先,将传统编码和译码中的取模、乘加、前搜索等运算转换为矩阵形式,以简化计算过程,减少资源开销;其次,分别构建了有限域乘累加及乘法单元,根据BCH算法各阶段的运算需求及计算数据特点,采用并行处理方式自适应选择相应计算单元,以进一步提高运算效率。最后,在Cadence的Calculator和MNSIM仿真平台上对所提方法进行验证。实验结果表明,该方法在实现高效稳定多位纠错同时,数据吞吐率为8.8 MHz、运行功耗小于40 mW、65 nm工艺下面积开销为3×10^(5)μm^(2)。特别地,相比FPGA与IMPLY架构,计算效率分别提升了7和400倍。 展开更多
关键词 忆阻器阵列 存算一体架构 单粒子翻转 BCH码 多比特纠错
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纳米级SRAM多位翻转检纠错方法实现
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作者 薛国凤 安军社 周昌义 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第9期39-45,共7页
为解决纳米级SRAM(100 nm以内工艺)在航天工程应用中出现的多位翻转问题,依据纳米级SRAM的翻转特性,在传统串行编译码的基础上优化改进,采用并行编译码的方式,实现了基于RS(12,8,4)码的纳米级SRAM的加固方法,在单时钟节拍内实现编译码... 为解决纳米级SRAM(100 nm以内工艺)在航天工程应用中出现的多位翻转问题,依据纳米级SRAM的翻转特性,在传统串行编译码的基础上优化改进,采用并行编译码的方式,实现了基于RS(12,8,4)码的纳米级SRAM的加固方法,在单时钟节拍内实现编译码输出。以FPGA为平台,验证该加固方法的延时和纠错能力。测试结果表明:与Xilinx自带的可检二纠一汉明码的块RAM相比,本文提出的方法访问延时相近,但纠错能力是汉明码的5~8倍;与FUEC-QUAEC、CLC等编译码方法相比,将连续5 bit翻转错误的纠正率提高到100%。采用并行编译码实现的基于RS(12,8,4)码加固方法可用于纳米级SRAM抗多位翻转加固,以较小的延时代价实现纠正一个码字(48 bit)内任意两个符号(最多8 bit)内的错误,可完全纠正空间单粒子环境中出现的单个字内连续5 bit翻转的错误。该加固方法可扩展应用到CPU外部存储器的访问控制以及CPU内部cache的加固,以解决现有航天处理器采用检二纠一码无法纠正其cache多位翻转错误的问题。 展开更多
关键词 单粒子效应 多位翻转 RS编码 纳米级SRAM
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Multi-bit upset aware hybrid error-correction for cache in embedded processors
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作者 董佳琪 邱柯妮 +3 位作者 张伟功 王晶 王珍珍 丁丽华 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2015年第11期48-52,共5页
For the processor working in the radiation environment in space, it tends to suffer from the single event effect on circuits and system failures, due to cosmic rays and high energy particle radiation. Therefore, the r... For the processor working in the radiation environment in space, it tends to suffer from the single event effect on circuits and system failures, due to cosmic rays and high energy particle radiation. Therefore, the reliability of the processor has become an increasingly serious issue. The BCH-based error correction code can correct multibit errors, but it introduces large latency overhead. This paper proposes a hybrid error correction approach that combines BCH and EDAC to correct both multi-bit and single-bit errors for caches with low cost. The proposed technique can correct up to four-bit error, and correct single-bit error in one cycle. Evaluation results show that, the proposed hybrid error-correction scheme can improve the performance of cache accesses up to 20% compared to the pure BCH scheme. 展开更多
关键词 BCH single event upset CACHE multi-bit error correction embedded processor
原文传递
脉冲激光和重离子辐照FPGA产生的多位翻转效应的比较 被引量:2
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作者 封国强 姜昱光 +1 位作者 朱翔 韩建伟 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S1期732-736,共5页
以SRAM型FPGA为试验对象,研究脉冲激光模拟重离子产生单粒子多位翻转效应的可行性。FPGA的多位翻转依据其物理位置关系的不同分为3种类型:同帧同字节、同帧相邻字节和相邻帧。针对Virtex-ⅡFPGA分别进行脉冲激光与重离子的单粒子多位翻... 以SRAM型FPGA为试验对象,研究脉冲激光模拟重离子产生单粒子多位翻转效应的可行性。FPGA的多位翻转依据其物理位置关系的不同分为3种类型:同帧同字节、同帧相邻字节和相邻帧。针对Virtex-ⅡFPGA分别进行脉冲激光与重离子的单粒子多位翻转效应的测试,对比脉冲激光和重离子在Virtex-ⅡFPGA产生多位翻转的类型、多位翻转的物理位置关系。结果表明,脉冲激光触发的Virtex-ⅡFPGA的多位翻转物理位置关系与重离子相同,对比脉冲激光与重离子的饱和翻转截面发现,应用脉冲激光和重离子得到的Virtex-Ⅱ饱和翻转截面基本一致,表明脉冲激光可模拟重离子研究Virtex-ⅡFPGA的多位翻转效应。 展开更多
关键词 FPGA 多位翻转 脉冲激光
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Cadence法解析SRAM多单元翻转机制
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作者 李洋 贺朝会 +2 位作者 李永宏 杨卫涛 魏佳男 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2020年第4期661-666,共6页
通过软件模拟解释了SoC静态随机存储器单粒子实验中发现的多单元翻转以及物理地址存在固定差值的现象。采用Cadence软件设计了3X3 SRAM阵列及必要的外围电路;分析比较了串联和并联理想电流源替代单粒子瞬态电流脉冲的局限性,提出了一种... 通过软件模拟解释了SoC静态随机存储器单粒子实验中发现的多单元翻转以及物理地址存在固定差值的现象。采用Cadence软件设计了3X3 SRAM阵列及必要的外围电路;分析比较了串联和并联理想电流源替代单粒子瞬态电流脉冲的局限性,提出了一种新的电路结构来修正理想电流源串联引发的错误;采用软件模拟方法实现了多位翻转和多单元翻转仿真,分析认为多位翻转和多单元翻转可以通过外围电路进行相互转换,实验所用SoC存储器具有较好的抗多位翻转性能。 展开更多
关键词 静态随机存储器 单粒子效应 多单元翻转 多位翻转 Cadence模拟
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基于SRAM型FPGA单粒子效应的故障传播模型 被引量:3
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作者 吴珊 周学功 王伶俐 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1976-1984,共9页
SRAM型FPGA在辐射环境中易受到单粒子翻转的影响,造成电路功能失效.本文基于图论和元胞自动机模型,提出了一种针对SRAM型FPGA单粒子效应的电路故障传播模型.本文将单粒子翻转分为单位翻转和多位翻转来研究,因为多位翻转模型还涉及到了... SRAM型FPGA在辐射环境中易受到单粒子翻转的影响,造成电路功能失效.本文基于图论和元胞自动机模型,提出了一种针对SRAM型FPGA单粒子效应的电路故障传播模型.本文将单粒子翻转分为单位翻转和多位翻转来研究,因为多位翻转模型还涉及到了冲突处理的问题.本文主要改进了耦合度的计算方式,通过计算FPGA布局布线中的相关配置位,从而使得仿真的电路故障传播模型更接近于实际电路码点翻转的结果,与以往只计算LUT相关配置位的方法比较,平均优化程度为19.89%.最后阐述了本模型在故障防御方面的一些应用,如找出最易导致故障扩散的元胞. 展开更多
关键词 现场可编程门阵列 单粒子翻转 单位翻转 多位翻转 电路故障传播模型
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基于亿门级UltraScale+架构FPGA的单粒子效应测试方法 被引量:2
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作者 谢文虎 郑天池 +1 位作者 季振凯 杨茂林 《电子与封装》 2022年第7期7-12,共6页
UltraScale+架构FPGA采用16 nm FinFET工艺,功耗低且性能高,但存在粒子翻转阈值下降及多位翻转增多等风险。基于线性能量传输(LET)等效机理,选取^(7)Li^(3+)、^(19)F^(9)、^(35)Cl^(11,14+)、^(48)Ti^(10,15+)、^(74)Ge^(11,20+)、^(127... UltraScale+架构FPGA采用16 nm FinFET工艺,功耗低且性能高,但存在粒子翻转阈值下降及多位翻转增多等风险。基于线性能量传输(LET)等效机理,选取^(7)Li^(3+)、^(19)F^(9)、^(35)Cl^(11,14+)、^(48)Ti^(10,15+)、^(74)Ge^(11,20+)、^(127)I^(15,25+)、^(181)Ta、^(209)Bi 8种重离子进行直接电离单粒子试验,建立单粒子闩锁(SEL)、翻转阈值、翻转截面及多位翻转的测定方法。结合LET通量及FinFET结构下的注射倾角,搭建甄别单位翻转及多位翻转的识别算法,能够实时处理并实现粒子翻转状态及多位翻转数据的可视化监控。所涉及的单粒子效应(SEE)分析方法能够较为全面地评估该电路的抗辐照特性。 展开更多
关键词 FINFET SRAM型FPGA 单粒子效应 多位翻转 抗辐照测试
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