Статья

Название статьи МЕТОДЫ СИНТЕЗА СБОЕУСТОЙЧИВЫХ КОМБИНАЦИОННЫХ КМОП СХЕМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ АВТОМАТИЧЕСКОЕ ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБОК
Автор А. Л. Стемпковский, Д. В. Тельпухов, Т. Д. Жукова, С. И. Гуров, Р. А. Соловьев
Рубрика РАЗДЕЛ IV. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Месяц, год 07, 2017
Индекс УДК 621.3.049.771.14
DOI
Аннотация В настоящее время актуальность исследований в области повышения надежности функционирования микроэлектронных систем неуклонно возрастает. Во многом это связано с непрекращающейся миниатюризацией, приводящей к снижению порога воздействия, необходимого для возникновения сбоев и отказов. Одним из возможных решений этой проблемы может служить подход, связанный с исправлением возникающих в процессе работы ошибок. Для решения задачи автоматической коррекции ошибок, возникающих при сбоях комбинационных схем, существует подход, связанный с применением избыточного кодирования информации. Построение самопроверяемых схем – является традиционным подходом по решению поставленной проблемы. Самокорректируемость обеспечивается созданием в дополнение к основной функциональной схемы контролирующей и обнаруживающей, часто приводящее к возникновению слишком большой задержки времени получения результата. Это направление представляется весьма перспективным и является сейчас объектом интенсивных исследований, однако в настоящее время отсутствует четко сформулированные принципы построения таких схем. В статье рассмотрены базовые принципы построения самокорректируемых схем на базе методов избыточного кодирования, проанализированы различные помехоустойчивые коды с точки зрения применения их в области построения самокорректируемых комбинационных схем, а также разработаны общие рекомендации по использованию помехоустойчивых кодов в задаче построения сбоеустойчивых комбинационных схем. Также в статье предложен метод синтеза сбоеустойчивых КМОП схем на основе битовых пространств Хэмминга. Суть метода заключается в замене элементарных булевых вентилей на их сбоеустойчивые аналоги, обеспечивая коррекцию ошибок на каждом вентиле схемы. Предлагаемый метод эксплуатирует идею селективной защиты на уровне отдельных вентилей, однако имеет существенные отличия от простого поэлементного мажорирования. Были проведены вычислительные эксперименты и произведено сравнение метода с тройным модульным резервированием для случая однократных и многократных сбоев. Метод синтеза сбоеустойчивых КМОП схем на основе битовых пространств Хэмминга продемонстрировал высокий уровень сбоеустойчивости при существенном увеличении аппаратных затрат.

Скачать в PDF

Ключевые слова Отказоустойчивость; коррекция ошибки; комбинационные схемы.
Библиографический список 1. Huang H.-M., Wen H.-P.W. Fast-yet-accurate statistical soft-error-rate analysis considering full-spectrum charge collection // IEEE Design & Test. – March/April 2013. – P. 77-86.
2. Телец В., Цыбин С., Быстрицкий А., Подъяпольский С. ПЛИС для космических применений. Архитектурные и схемотехнические особенности // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2005. – № 6. – С. 44-48.
3. Гуров С.И. Спектральный R-код с проверками на чётность // Прикладная математика и информатика: Труды факультета Вычислительной математики и кибернетики. – М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2016 (в печати).
4. Хетагуров Я.А., Руднев Ю.П. Повышение надёжности цифровых устройств методами избыточного кодирования. – М.: Энергия, 1974. – 270 с.
5. Иваськов Ю.Л., Рякин О.М. Об одной информационной модели ненадёжных комбинационных схем // Кибернетика. – 1966. – Т. 2, № 6. – С. 41-46.
6. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. – М.: Радио и связь, 1989. – 208 c.
7. Варшавский В.И., Розенблюм Л.Я., Таубин А.Р. Полностью самопроверяемые асинхронные комбинационные схемы и свойство индицируемости // Автоматика и телемеханика. – 1982. – Вып. 5. – С. 138-146.
8. Щербаков Н.С. Самокорректирующиеся дискретные устройства. – М.: Машиностроение, 1975. – 216 c.
9. Коц Ч. Коды с исправлением ошибок и их реализация в цифровых системах // В кн.: Методы введения избыточности для вычислительных систем / под ред. В.С. Пугачева.
– М.: Сов. радио, 1966. – С. 179-229.
10. Poolakkaparambil M., Mathew J. BCH code based multiple bit error correction in finite field multiplier circuits // ISQED. – 2011. – P. 1-6.
11. Гаврилов С.В., Гуров С.И., Жукова Т.Д., Рыжова Д.И. Применение теория кодирования для повышения надёжности комбинационных схем // Информационные технологии.
– 2016. – № 12. – С. 931-937.
12. Гаврилов С.В., Гуров С.И., Жукова Т.Д., Рыжова Д.И., Тельпухов Д.В. Методы повышения сбоеустойчивости комбинационных ИМС методами избыточного кодирования // Прикладная математика и информатика: Труды факультета Вычислительной математики и кибернетики. – М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2016. – № 53. – С. 93-102.
13. Mahesh Poolakkaparambil, Jimson Mathew and Abusaleh Jabir. Multiple Bit Error Tolerant Galois Field Architectures Over GF (2m) // Electronics. – 2012. – No. 1. – P. 3-22.
14. Hsiao M.Y. A class of optimal minimum odd-weight-column SEC-DED codes // IBM J. Res. Develop. – 1970. – Vol. 14. – P. 395-401.
15. Петров К.А. Элементы помехоустойчивого кодирования нециклического типа субмикронных КМОП оперативных запоминающих устройств: дисс. … канд. техн. наук. На-циональный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2015.
16. Щербаков Н.С. Достоверность работы цифровых устройств. – М.: Машиностроение, 1989. – 224 c.
17. Кулик А.С. Элементы теории рационального управления объектами. – Харьков: ХАИ, 2016. – 255 c.
18. Савченко Ю.Г. Использование естественной информационной избыточности для автокоррекции ошибок в логических сетях // Кибернетика. – 1970. – № 6. – С. 85-87.
19. Юдинцев В. Радиационно-стойкие интегральные схемы. Надежность в космосе и на земле // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2007. – Вып. 5. – C. 72-77.
20. Попович А. Топологическая норма и радиационная стойкость // Компоненты и технологии. – 2010. – Вып. № 110. – С. 100-102.
21. Колесник В.Д., Мирончиков Е.Т. Коды с исправлением ошибок при арифметических операциях // Проблемы передачи информации. – 1965. – Т. 1, № 3. – С. 20-28.
22. Alagoz B.B. Boolean Logic with Fault Tolerant Coding // OncuBilim Algorithm and Systems Labs. – 2009. – Vol.09, Art.No:03
23. Rudell, Richard L. (1986-06-05), "Multiple-Valued Logic Minimization for PLA Synthesis", Memorandum No. UCB/ERL M86-65, Berkeley.
24. J. von Neumann. Probabilistic logic and the synthesis of reliable organisms from unreliable components // in: Automata Studies, C. E. Shannon and J. McCarthy (editors), Princeton Univ. Press, Princeton, N. J. – 1954.
25. Стемпковский А.Л., Тельпухов Д.В., Соловьев Р.А., Мячиков М.В., Тельпухова Н.В. Разработка технологически независимых метрик для оценки маскирующих свойств логических схем // Вычислительные технологии. – 2016. – Т. 21 (2).– C. 53-62.

Comments are closed.