Fault-tolerant integrated interconnections based on built-in self-repair and codes

Fehlertolerante integrierte Verbindungen basierend auf Selbstreparatur und Codes

  • The reliability of interconnects on integrated circuits (IC) has become a major problem in recent years because of the rise of complexity, the low-k-insulating material with reduced stability, and wear-out-effects from high current densities. The total reliability of a system on a chip is increasingly influenced by the reliability of the interconnections, which is caused by increased communication from the elevated number of integrated functional units. In recent years, studies have predicted that static faults will occur more often decreasing the reliability and the mean time to failure. The most published solutions aim to prevent dynamic faults and to correct transient faults. However, built-in self-repair (BISR) as a solution for static faults has not previously been discussed along with the other possible solutions. Theoretically, BISR can lead to higher reliability and lifetime. This is my motivation to implement BISR for integrated interconnects. Because BISR cannot repair transient and dynamic faults, I combine BISR with otherThe reliability of interconnects on integrated circuits (IC) has become a major problem in recent years because of the rise of complexity, the low-k-insulating material with reduced stability, and wear-out-effects from high current densities. The total reliability of a system on a chip is increasingly influenced by the reliability of the interconnections, which is caused by increased communication from the elevated number of integrated functional units. In recent years, studies have predicted that static faults will occur more often decreasing the reliability and the mean time to failure. The most published solutions aim to prevent dynamic faults and to correct transient faults. However, built-in self-repair (BISR) as a solution for static faults has not previously been discussed along with the other possible solutions. Theoretically, BISR can lead to higher reliability and lifetime. This is my motivation to implement BISR for integrated interconnects. Because BISR cannot repair transient and dynamic faults, I combine BISR with other approved solutions in this thesis. The results show that the combination leads to higher reliability and lifetime with less area and static power overhead compared to the existing solutions.show moreshow less
  • Die Zuverlässigkeit von Verbindungen integrierter Schaltungen (ICs) hat in den vergangenen Jahren an Bedeutung zugenommen. Dies liegt an der steigenden Komplexität der Schaltungen, an der verfrühten Alterung durch hohe Stromdichten und neuen Materialien, die zwar die Übertragungseigenschaften verbessern, aber die Zuverlässigkeit verringern. Die Chip-Zuverlässigkeit wird zunehmenden durch die Zuverlässigkeit der Leitungen beeinflusst, während der Einfluss der Logik-Zuverlässigkeit abnimmt. Dies liegt vor allem am steigenden Kommunikationsbedarf durch die steigende Anzahl integrierter Einheiten. Publikationen der letzten Jahre zeigen, dass vor allem mit einem Anstieg permanenter Fehler zu rechnen ist, welche sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Lebensdauer verringern. Dem steht entgegen, dass die Vielzahl der Publikationen für fehlertolerante Verbindungen vor allem Lösungen für dynamische und transiente Fehler präsentieren. Der Einsatz von Selbstreparatur wurde nicht im gleichen Umfang diskutiert. Dabei kann sie zu höherenDie Zuverlässigkeit von Verbindungen integrierter Schaltungen (ICs) hat in den vergangenen Jahren an Bedeutung zugenommen. Dies liegt an der steigenden Komplexität der Schaltungen, an der verfrühten Alterung durch hohe Stromdichten und neuen Materialien, die zwar die Übertragungseigenschaften verbessern, aber die Zuverlässigkeit verringern. Die Chip-Zuverlässigkeit wird zunehmenden durch die Zuverlässigkeit der Leitungen beeinflusst, während der Einfluss der Logik-Zuverlässigkeit abnimmt. Dies liegt vor allem am steigenden Kommunikationsbedarf durch die steigende Anzahl integrierter Einheiten. Publikationen der letzten Jahre zeigen, dass vor allem mit einem Anstieg permanenter Fehler zu rechnen ist, welche sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Lebensdauer verringern. Dem steht entgegen, dass die Vielzahl der Publikationen für fehlertolerante Verbindungen vor allem Lösungen für dynamische und transiente Fehler präsentieren. Der Einsatz von Selbstreparatur wurde nicht im gleichen Umfang diskutiert. Dabei kann sie zu höheren Zuverlässigkeiten hinsichtlich statischer Fehler führen. Da sich Selbstreparatur nicht für transiente Fehler und nur teilweise für dynamische Fehler eignet, wird in dieser Arbeit gezeigt, wie sich Selbstreparatur und Codes kombinieren lassen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kombinationen zu höheren Zuverlässigkeiten bei geringerem Schaltungsaufwand im Vergleich zu bestehenden Lösungen führen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Scheit, Daniel
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22679
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Vierhaus, Heinrich Theodor
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2011
Date of final exam:2011/07/12
Release Date:2011/10/20
Tag:Fehlerkorrektur-Codes; Integrierte Verbindungen; Selbstreparatur
Built-in self-repair; Error correction code; Integrated interconnection
GND Keyword:Fehlerkorrekturcode; Fehlertoleranz; Integrierte Schaltung; Zuverlässigkeit
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Technische Informatik
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Technische Informatik