• search hit 8 of 11
Back to Result List

Systematische Lebensdauer-Optimierung für hochintegrierte Systeme auf der Basis von Nano-Strukturen durch Stress-Optimierung und Selbstreparatur

Systematic lifetime optimization of highly integrated systems based on nano structures by means of stress optimization and self repair

  • Die Skalierung von Bauelementen der Mikroelektronik bis hin zu atomaren Dimensionen hat einen zunehmenden negativen Einfluss auf deren Zuverlässigkeit und mittlere Lebensdauer. Durch uneinheitliches Skalieren der räumlichen Ausdehnung im Vergleich zur Versorgungsspannung steigen die internen Energiedichten und damit die Temperatur. Diese trägt wesentlich zur Verstärkung gewisser Fehlereffekte bei. Maßnahmen wie Selbstreparatur und Entstressen können dieser Entwicklung entgegenwirken, wobei Kombinationen solcher Ansätze noch bessere Ergebnisse versprechen. Ziel der vorliegenden Dissertationsschrift ist es, eine dieser Kombinationen auf ihre Kosten und Nutzen zu untersuchen. Damit kann am Ende die Aussage getroffen werden, ob die Activity Migration eine gewinnbringende Ergänzung in einem zur Selbstreparatur genutzten M aus N System darstellt oder nicht. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zuerst fünf verschiedene Implementierungen des Ansatzes in einem VLIW Prozessor erstellt. Anschließend findet die Simulation der Implementierungen inDie Skalierung von Bauelementen der Mikroelektronik bis hin zu atomaren Dimensionen hat einen zunehmenden negativen Einfluss auf deren Zuverlässigkeit und mittlere Lebensdauer. Durch uneinheitliches Skalieren der räumlichen Ausdehnung im Vergleich zur Versorgungsspannung steigen die internen Energiedichten und damit die Temperatur. Diese trägt wesentlich zur Verstärkung gewisser Fehlereffekte bei. Maßnahmen wie Selbstreparatur und Entstressen können dieser Entwicklung entgegenwirken, wobei Kombinationen solcher Ansätze noch bessere Ergebnisse versprechen. Ziel der vorliegenden Dissertationsschrift ist es, eine dieser Kombinationen auf ihre Kosten und Nutzen zu untersuchen. Damit kann am Ende die Aussage getroffen werden, ob die Activity Migration eine gewinnbringende Ergänzung in einem zur Selbstreparatur genutzten M aus N System darstellt oder nicht. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zuerst fünf verschiedene Implementierungen des Ansatzes in einem VLIW Prozessor erstellt. Anschließend findet die Simulation der Implementierungen in verschiedenen Strukturgrößen, in Bezug auf ihr Temperaturverhalten statt. Über entsprechende Modellierungen wird daraufhin die Zuverlässigkeit und mittlere Lebensdauer der Originalsysteme, Systeme mit reinem M aus N System und den Systemen mit integrierter Activity Migration in Abhängigkeit von Temperatur und Fläche ermittelt. Die erzeugten Ergebnisse belegen, dass das Hinzufügen der Activity Migration bei den untersuchten Prozessormodellen, mit starker thermischer Kopplung zwischen Funktions- und Ersatzbaugruppen, warmer Redundanz, Rekonfiguration im laufenden Betrieb und den gegebenen Formeln zur Berechnung der Fehlerraten verschiedener Fehlermodelle, keinen nennenswerten Gewinn an Lebensdauer erbringt, da das reine M aus N System bereits zu einer deutlichen Lebensdauersteigerung führt.show moreshow less
  • The continued scaling of microelectronic elements down to atomic dimensions has a growing negative influence on their reliability and lifetime. By scaling the spatial dimensions faster than the supply voltage, internal power densities rise and with that the temperature. This substantially accelerates certain fault effects. Countermeasures such as self repair and destressing are able to slow down this development, whereby a combination of these approaches promises even better results. The aim of this thesis is to examine one of these approaches to expose its costs and benefits. By the end of this research, it is possible to decide, whether the Activity Migration is a beneficial supplement to an existing k out of n system, used for self repair, or not. To achieve this goal, five different versions of the approach are implemented in a VLIW processor. Afterwards, those implementations are simulated in different feature sizes to determine their properties, regarding the temperature. In the next part, the reliability and mean time toThe continued scaling of microelectronic elements down to atomic dimensions has a growing negative influence on their reliability and lifetime. By scaling the spatial dimensions faster than the supply voltage, internal power densities rise and with that the temperature. This substantially accelerates certain fault effects. Countermeasures such as self repair and destressing are able to slow down this development, whereby a combination of these approaches promises even better results. The aim of this thesis is to examine one of these approaches to expose its costs and benefits. By the end of this research, it is possible to decide, whether the Activity Migration is a beneficial supplement to an existing k out of n system, used for self repair, or not. To achieve this goal, five different versions of the approach are implemented in a VLIW processor. Afterwards, those implementations are simulated in different feature sizes to determine their properties, regarding the temperature. In the next part, the reliability and mean time to failure of the original systems, of the systems with pure k out of n system and of the systems with integrated activity migration are calculated in relation to the temperature and area, using adequate models. The generated results show that adding activity migration to an existing k out of n system with strong thermal coupling between the active and passive components, warm redundancy, online reconfiguration and the given formulas for the calculation of failure rates under certain fault effects, brings no gain in lifetime worth mentioning, since the pure k out of n system by itself already leads to a significant increase in expected lifetime.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Search Google Scholar Stastistics
Metadaten
Author: Markus Ulbricht
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31220
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Heinrich T. Vierhaus
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2014
Date of final exam:2014/08/27
Release Date:2014/09/03
Tag:M aus N System; Mittlere Lebensdauer; Selbstreparatur; Temperaturmanagement; Zuverlässigkeit
Mean time to failure; Reliability; Self repair; Thermal management; k out of n system
GND Keyword:Elektronisches Bauelement; Lebensdauer; 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
Licence (German):Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.
Einverstanden ✔
Diese Webseite verwendet technisch erforderliche Session-Cookies. Durch die weitere Nutzung der Webseite stimmen Sie diesem zu. Unsere Datenschutzerklärung finden Sie hier.