【摘要】：隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入納米時(shí)代,負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性等機(jī)制對(duì)電路造成的影響將不可忽略,在這些失效機(jī)理長(zhǎng)時(shí)間的作用下,電路中的老化情況會(huì)隨之加劇,當(dāng)老化超過(guò)一定閾值時(shí)將導(dǎo)致電路無(wú)法正常工作。為了能夠?qū)﹄娐防匣M(jìn)行檢測(cè),部分業(yè)內(nèi)人士充分利用了機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠通過(guò)分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)到精確判斷測(cè)試數(shù)據(jù)類別的優(yōu)點(diǎn),并在老化分析時(shí)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(jiǎn)指令集處理器軟核作為樣本電路,并成功設(shè)計(jì)由Prime Time功耗仿真和機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)成的集成電路老化預(yù)測(cè)平臺(tái),完成了精簡(jiǎn)指令集處理器中的老化預(yù)測(cè)。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(shí)間增加,該失效機(jī)理對(duì)于電路延時(shí)的影響,進(jìn)而提出了基于功耗信息進(jìn)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(jì)中所用標(biāo)準(zhǔn)單元15年內(nèi)的延時(shí)信息。為了模擬集成電路正常工作功耗,設(shè)計(jì)了Prime Time功耗仿真和機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)成的集成電路老化預(yù)測(cè)平臺(tái),并結(jié)合負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性導(dǎo)致的延時(shí)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(tái)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(píng)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(chǎng)可編程門陣列平臺(tái)進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)。本文選擇開源精簡(jiǎn)指令集處理器作為老化試驗(yàn)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(jì)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(jìn)行了時(shí)序檢查,并通過(guò)后仿真對(duì)功能和時(shí)序進(jìn)行了驗(yàn)證,最終利用所搭建的預(yù)測(cè)平臺(tái)完成了該電路的老化預(yù)測(cè)工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,將輸出誤差容忍限設(shè)為0.5時(shí),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(dá)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(yùn)行時(shí)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(chǎng)可編程門陣列平臺(tái)中完成模型的搭建。當(dāng)輸入不同的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模型測(cè)試時(shí),該模型均能得到與仿真同樣的輸出結(jié)果,并成功預(yù)測(cè)電路老化。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP332
【圖文】：

圖 2-3 ΔVth 變化曲線.2 門級(jí)電路失效分析在上一節(jié)中分別對(duì)靜態(tài) NBTI，動(dòng)態(tài) NBTI 以及長(zhǎng)時(shí) NBTI 三種失效模行了詳細(xì)的分析，本節(jié)將以此為基礎(chǔ)來(lái)對(duì)本設(shè)計(jì)中所涉及的工藝庫(kù)基本單行失效分析。由集成電路知識(shí)可知，門級(jí)網(wǎng)表是由所指定工藝庫(kù)中的基本搭建而成，故本文從小模塊出發(fā)，最后達(dá)到對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行老化模擬的。本節(jié)的重點(diǎn)是從理論出發(fā)，得到 NBTI 失效機(jī)理與基本單元延時(shí)之間的，從而證實(shí)利用上節(jié)中失效模型對(duì) PMOS 管進(jìn)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(duì)其失效后的參數(shù)變化進(jìn)行理論分析。.2.1 反相器老化分析失效機(jī)理作用在反相器上將會(huì)導(dǎo)致反相器的性能退化，本節(jié)中將主要研BTI 失效機(jī)制對(duì)其延時(shí)產(chǎn)生的影響。由集成電路知識(shí)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(hào)：2791180