РАНФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Журнал Труды НИИСИ РАН

Том 7 № 2

К списку номеров журнала

I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБИС, НАНОЭЛЕКТРОНИКА

Эффекты зарядовой связи элементов КМОП микросхем по объёмной технологии при воздействии одиночных ядерных частиц

В.Я. Стенин

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, НИЯУ МИФИ

Аннотация: Воздействие ядерной частицы на КМОП элемент сопровождается генерацией неравновесного заряда в полупроводнике, осуществляющего импульсную зарядов.ю связь транзисторов, выводящих этот заряд через узлы элементов. Эта связь может приводить к временному изменению состояния элементов, сбоям, а также к взаимной компенсации помех при определённой топологии элементов. Рассмотрены варианты проектирования элементов памяти, которые мало чувствительны к эффектам воздействия одиночных ядерных частиц. Разделение транзисторов ячейки DICE на группы и чередование этих групп минимизирует зарядовую связь, обеспечивая максимальные расстояния между взаимно чувствительными узлами двух групп транзисторов в каждой ячейке STG DICE в блоках ОЗУ. Уникальное использование свойств STG DICE осуществлено совместно с декодером для считывания данных в нестационарных состояниях ячейки. Разработаны элементы соответствия с компенсацией помех.

Ключевые слова: моделирование, нестационарное состояние,

Транзисторная гонка в космосе

М.С. Горбунов

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация. 3 ноября 1957 года Советский Союз запустил Второй искусственный спутник Земли с первым живым "пассажиром" - собакой Лайкой. Сенсационный успех и секретность проектов до сих пор оставляют "за кадром" выдающиеся достижения специалистов в области радиоэлектронной аппаратуры, чьё участие в космической гонке отечественной литературой практически не рассматривается, что совершенно несправедливо.

Ключевые слова: транзистор, космос, спутник

Способы фильтрации SNOOP-запросов в многоядерных микропроцессорах

А.М. Антонова, М.Е. Барских, П.С. Зубковский

НИЯУ МИФИ, ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Статья посвящена описанию способов построения фильтров для запросов когерентности (snoop-запросов), применяемых в многопроцессорных системах с общей памятью, построенных по архитектуре SMP. Описаны причины возникновения проблем с когерентностью и нарушением целостности данных, а также наиболее распространенные способы обеспечения когерентности в многопроцессорных системах. Недостатком этих методов обеспечения когерентности является увеличение энергопотребления и снижение производительности. В качестве решения указанных проблем предложено использование фильтров запросов когерентности. Представлена классификация таких фильтров и рассмотрены несколько вариантов их реализации.

Ключевые слова: snooping, целостность памяти, когерентность кэш-памяти.

Исследование возможности использования технологии 05КНИ с вольфрамовой металлизацией для создания высокотемпературных интегральных схем

С.И. Бабкин, С.И. Волков, А.С. Новосёлов

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Работа посвящена исследованию возможности использования технологии 05КНИ с вольфрамовой многоуровневой металлизацией для создания высокотемпературных микросхем. Исследованы параметры транзисторов А-типа и кольцевых генераторов, составленных из инверторов на транзисторах А-типа при работе в условиях высокой температуры. Исследованы характеристики надежности трехуровневой металлизации при работе в условиях большой плотности тока и высокой температуры.

Ключевые слова: высокотемпературная электроника, КМОП КНИ, вольфрамовая металлизация.

Цифровая ФАПЧ для технологического процесса с нормами 65 нм

В.В. Мастеров, Ю.Б. Рогаткин

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Представлены результаты практической разработки сложно-функционального блока цифрового устройства фазовой автоподстройки частоты с использованием базовой технологии КМОП с проектными нормами 65 нанометров. Рассчитаны основные характеристики: центральная частота осцилляции, полоса пропускания и джиттер.

Ключевые слова: КМОП технология, фазовая автоподстройка частоты.

Определение параметров SPICE-моделей МОПТ при низких температурах (до минус 200° C)

И. А. Харитонов, И. А. Четвериков, Е. Ю. Кузин, М. Р. Исмаил-Заде

Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" (Московский институт электроники и математики им. А. Н. Тихонова)

Аннотация: Показано, что стандартная модель BSIM3 не обеспечивает корректного описания более крутого характера сток-затворной характеристики при низких температурах (до -200° C), вызванного бо?льшим проявлением механизмов рассеяния носителей заряда при общем возрастании подвижности. Представлена улучшенная макромодель МОПТ для низкой температуры с управляемым источником напряжения, подключенным последовательно м затвором, который зависит от температуры и приложенного внешнего напряжения на затворе, направлен встречно по отношению к последнему и снижает эффективное напряжение затвор-исток транзистора по мере увеличения внешнего затворного напряжения. Описана процедура определения параметров улучшенной SPICE-моделей МОПТ. Предлагаемая макромодель имеет ряд преимуществ перед уже существующими аналогами и позволяет с большей точностью описывать характеристики МОПТ при низких температурах.

Ключевые слова: КНИ МОПТ, низкая температура, подвижность носителей, крутизна характеристики, SPICE макромодель, определение параметров модели.

Опыт применения платформы прототипирования на ПЛИС "Protium" для верификации микропроцессоров

А.Ю. Богданов

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Рассматриваются вопросы применения платформы Protium для прототипирования микропроцессора. Приводятся полученные характеристики и рассматривается вопрос повышения производительности путём использования конструкций типа BlackBox.

Ключевые слова: прототипирование, микропроцессор, ПЛИС, Protium, Vivado.

Конструктивные и технологические решения, применяемые при разработке и изготовлении современных СБИС

С.А.Кизиев, К.К.Смирнов

ВП, ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Рассмотрены конструктивные и технологические решения, используемые в современных СБИС, функционирующих в жестких климатических условиях. Предложено включить в существующие методы испытаний на способность к пайке и прочности крепления дополнительные испытания, ориентированные на BGA (FCBGA) -корпуса и технологию Flip-Chip. Предложена методика построения кроссплатформенных функциональных тестов современных многовыводных СБИС.

Ключевые слова: СБИС, BGA-корпус, Flip-Chip, FCBGA-корпус, функциональный контроль, измерительная оснастка, кроссплатформенный подход.

II. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ

Universal Memory Bus (UMBus) - универсальный программируемый контроллер доступа во флеш-память NOR-типа (NOR flash) и статическую память (SRAM)

В.Р. Джафаров

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Изучается вопрос о создании микросхемы высокопроизводительного процессора 1890ВМ10. В рамках проекта требуется обеспечить поддержку широкого списка различных статических (SRAM) и флеш-памятей типа NOR. В статье предложены несколько вариантов контроллера памятей. Выполнено сравнение реализаций по количеству аппаратных ресурсов и степени универсальности.

Ключевые слова: контроллер доступа в память, ВМ10, флеш-память типа NOR, статическая память SRAM

Модуль универсального устройства интерфейса и параметрического тестера МКПД по ГОСТ Р 52070-2003

В.А. Харин, П.Ю. Демьянов, Н.Ю. Миронов, Е.С. Стенькин

ЗАО НТЦ "Модуль"

Аннотация: В статье описана разработка универсального устройства интерфейса мультиплексного канала передачи данных по ГОСТ Р 52070-2003, предназначенного для решения задач тестирования, диагностики и отладки аппаратуры, использующей МКПД, и систем управления, построенных на основе МКПД. Рассмотрены технические требования к модулю, выполнен обзор аналогичной аппаратуры, описана постановка задачи по разработке модуля. Описана реализация аналоговой части модуля - приемопередатчика с регулируемыми по программным настройкам параметрами, выполненного с использованием принципа цифрового синтеза формы сигнала. Описана архитектура функционально-логической части, реализующей логику тестера и протокольных автоматов, обеспечивающих возможность мультирежимной работы модуля (контроллер шины, 31 оконечное устройство, монитор шины), с возможностью внесения специфицированных типов ошибок в передаваемую информацию. Описана выбранная для модуля платформа сопряжения с управляющей ЭВМ - магистрали VXI/LXI, обеспечивающие возможность интеграции модуля в состав различных комплексов унифицированной контрольно-проверочной аппаратуры. Описано разработанное к настоящему времени системное и прикладное программное обеспечение, реализующее, в том числе, поддержку двух основных задач при использовании модуля по назначению - тестирование устройств интерфейса на соответствие требованиям ГОСТ Р 52070-2003 и интерактивное управление мультирежимной работой модуля (конфигурирование режимов КШ/31xОУ/МШ, создание последовательностей передаваемых сообщений, запись трасс) для отладки и диагностики аппаратуры и систем управления на основе МКПД и их программного обеспечения.

Ключевые слова: МКПД, УЭМ-МК, VXI, LXI, тестер, ГОСТ Р 52070

Отечественные матричные КМОП фотоприемники

Д.В.Бородин, Ю.В.Осипов, В.В.Васильев

ООО "РТК Инпекс", АО "НПП Пульсар"

Аннотация: Представлены созданные микросхемы фотоприемников формата до 1280x1024 ячеек размером от 30x30 до 5,5x5,5 мкм2, предназначенные для приема оптического сигнала в диапазоне длин волн 0,4 - 1,0 мкм. Приведены их основные параметры, режимы работы. Создан сверхбыстродействующий КМОП фотоприемник формата 64х128 ячеек, позволяющий регистрировать серии из 8 кадров с интервалом до 20 наносекунд.

Ключевые слова: КМОП, фотоприемник, матричный, видимый диапазон, сверхскоростной фотоприемник.

III. РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ

Подсистема схемотехнического проектирования КМОП БИС с учётом совместного влияния радиационных и тепловых эффектов

И. А. Харитонов

Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики", Московский институт электроники и математики им. А.Н.Тихонова

Аннотация: Описана САПР КМОП БИС, учитывающая совместное влияние радиационных эффектов и температуры и состоящая из трех подсистем, реализующих три маршрута проектирования: 1) с учетом только температурных эффектов; 2) с учетом только радиационных эффектов; 3) с совместным учетом радиационных эффектов и температуры. Ключевым элементом подсистемы являются "Electro-Thermo-Rad" SPICE модели КМОП элементов, построенные на основе моделей BSIMSOI и EKV и учитывающие влияние низких, высоких температур и воздействие гамма-квантов, электронов, нейтронов, протонов, отдельных тяжелых частиц. Рассмотрены особенности определения параметров моделей из результатов натурные испытаний и из результатов моделированием с помощью TCAD. Приведены результаты применения подсистемы для анализа и повышения стойкости разрабатываемых специализированных КМОП КНИ схем

Ключевые слова: КМОП БИС, САПР, радиационные эффекты, полученная доза, одиночные сбои, фототоки, тепловые эффекты , сбои, схемотехническое моделирование, SPICE модели, TCAD, тестовые структуры, экстракция параметров, ICCAP.

Моделирование статических токов радиационной утечки в КМОП схемах с высокой степенью интеграции

М. Г. Дроздецкий, В.В. Орлов, Г.И. Зебрев

НИЯУ МИФИ

Аннотация: В работе предложена модель изменения тока утечки под толстым окислом изоляции при воздействии ионизирующего излучения на КМОП микросхемы. Предложенная модель описывает зависимости тока утечки от рабочей температуры и интенсивности облучения. Модель был апробирована для широкой номенклатуры КМОП приборов.

Ключевые слова: моделирование, ток утечки, КМОП, ПЛИС, память.

Программа расчёта частоты одиночных сбоев от ТЗЧ космического пространства

А.М. Галимов, Р.М. Галимова, И.В.Елушов, Е.В.Мрозовская, Г.И. Зебрев

НИЯУ МИФИ, Казанский (Приволжский) федеральный университет

Аннотация: В работе рассмотрены функциональные возможности программы расчета частоты одиночных сбоев от ТЗЧ космического пространства PRIVET-2. Процедура расчета программы основана на новой компактной модели. Преимуществом программы является однозначность результатов расчетов.

Ключевые слова: одиночные сбои, частота сбоев, ТЗЧ, PRIVET-2.

Схемотехнические методы обеспечения стойкости источников опорного напряжения к полной поглощенной дозе излучения

В.Е Шунков, О.Н. Кусь, В.Ю. Прокопьев, А.Е. Назаренко, В.А. Бутузов, Ю.И. Бочаров

ООО "ОКБ Пятое Поколение", ООО "Мегарад", НИЯУ МИФИ

Аннотация: Рассмотрены схемотехнические методы повышения дозовой стойкости источников опорного напряжения, показаны возможности распространения этих методов на другие классы аналоговых схем.

Ключевые слова: источник опорного напряжения, радиационная стойкость, радиационно-стойкое проектирование, запрещенная зона

Обзор методов расчета вероятности возникновения многократных сбоев в комбинационных элементах и памятях СБИС при воздействии ТЗЧ

А.П. Скоробогатов

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Представляется обзор современных методов расчета вероятности возникновения сбоев двойной и более кратности от одной тяжелой заряженной частицы. Предлагается метод оценки наиболее вероятных кратностей сбоев для комбинационных модулей СБИС.

Ключевые слова: одиночные эффекты, многократный сбой, тяжелая заряженная частица, чувствительная область, комбинационные элементы, логическое маскирование.

Методы исправления последствий отказов в блоках статической оперативной памяти

Л.А. Щигорев

ЗАО НТЦ "Модуль", НИЯУ МИФИ

Аннотация: В связи с проектированием в ЗАО НТЦ "Модуль" мультипроцессорных СБИС по технологиям суб-100-нм, становится актуальным вопрос о применении методов обхода поврежденных элементов статической оперативной памяти. Т.к. статическая память может занимать более половины площади всей микросхемы именно её вклад в общее количество дефектов становится решающим. Качественное решение данной задачи может в дальнейшем определить выход годных разрабатываемых устройств. Существует два основных способа блокирования поврежденных основных элементов встроенной памяти: замена и применение устройств на базе кодов обнаружения и коррекции ошибок. Замена может быть осуществлена двумя способами: мультиплексированием и сдвигом. В данной статье приведено сравнение аппаратурных и временных затрат данных методов. Показано, что методы замены элементов снижают задержку прохождения сигнала до 95%.

Ключевые слова: саморемонт памяти, отказы, сбои, резервные элементы, замена поврежденных элементов, коды обнаружения и коррекции ошибок, система на кристалле (СнК), статическая оперативная память (СОЗУ).

История сотрудничества США-Россия в области радиационной стойкости электронных систем

В.С. Першенков

НИЯУ МИФИ

Аннотация: Рассмотрена история взаимодействия ученых США и России в области изучения радиационной стойкости электронных полупроводниковых приборов. Отмечены взлеты и падения этого сотрудничества на протяжении последних 25 лет.

Ключевые слова: радиационная стойкость, электронные системы, сотрудничество, США-Россия

Синтез аналоговой ЭКБ, устойчивой к ВВФ: архитектурные, структурные, схемотехнические решения

А.А.Лебедев, В.А.Комлева, Н.М.Клоков, И.И.Ляхчилина, Е.М.Савченко, А.С. Будяков

НИЯУ МИФИ, Москва, АО "НПП "Пульсар"

Аннотация: Рассматриваются архитектурные, структурные и схемотехнические решения создания аналоговой биполярной ЭКБ с повышенными точностью и быстродействием, с уменьшенной чувствительностью к воздействию ТЗЧ. Применение таких АИС позволит полностью замещать зарубежные аналоги, обеспечит приемлемую стоимость мелкосерийного производства и повысит длительность жизненного цикла

Ключевые слова: синергетический эффект, отражатель тока, динамические токовые каскады.

IV. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Применение троирования нетлиста в стандартном маршруте синтеза СБИС

А.А.Антонов, А.О.Власов, Е.А.Гагарин

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Статья посвящена внедрению метода тройного резервирования в стандартный маршрут синтеза САПР для увеличения сбоеустойчивости микросхемы. Рассмотрены аспекты реализации троированной схемотехники блоков и их интеграции с окружением без резервирования. На примере синтеза нетлиста микросхемы 1907ВМ044[1] произведен анализ изменений параметров нетлиста при синтезе с применением тройного резервирования. Представлен маршрут схемотехнического синтеза микросхемы с троированием отдельных блоков.

Ключевые слова: сбоеустойчивость, тройное резервирование нетлиста, схемотехнический синтез

Моделирование MOSFET транзистора с островком легирования в канале

А.В. Ванюшкин, Д.В. Трощенков, А.А. Краснюк

НИЯУ МИФИ, ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Представлены результаты анализа тестовых МДП структур с островком легирования в канале. Основной задачей исследования является разработка при помощи приборно - технологических программ моделей транзисторных структур, которые можно использовать для экстракции SPICE параметров

Ключевые слова: МДП, встроенный канал, модуляция проводимости.

Моделирование элементов сравнения для КМОП селекторов, устойчивых к эффектам воздействия одиночных ядерных частиц

А.В. Антонюк

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Рассмотрена схема XOR на проходных ключах, как альтернатива схеме XOR на инверторах с третьим состоянием в составе логического элемента сравнения КМОП селекторов ассоциативных ЗУ с повышенной сбоеустойчивостью. Анализ показал, что при воздействии частицы на один блок транзисторов элемента сравнения выход схемы сохраняет верное логическое состояние в двух случаях из восьми. Моделирование показало, что в элементе сравнения на проходных ключах эффективная коррекция выходного состояния невозможна. С точки зрения помехоустойчивости схема XOR на инверторах с третьим состоянием предпочтительнее схемы XOR на проходных ключах.

Ключевые слова: компенсация, логический элемент, моделирование, одиночная ядерная частица, помехоустойчивость, топология, XOR.

Моделирование характеристик логических вентилей на симметричных двух затворных КНИ КМОП нанотранзисторах с ассиметрично-легированной рабочей областью

Н. В. Масальский

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: При помощи численного моделирования исследуются характеристики логических вентилей, в частности инвертора, на суб-25 нм симметричных двух затворных КНИ КМОП нанотранзисторах с ассиметрично-легированной рабочей областью при напряжении питания менее 1 В. Используется вариант ассиметричного канала (считая от истока): высоколегированная и низколегированная области. Рассматривается математическая модель для распределения потенциала в рабочей области транзистора вытекающая из аналитического решения 2D уравнения Пуассона. Для моделирования вольт-амперных характеристик использовалась сформулированная в рамках зарядового разделения апробированная токовая модель с учетом модифицированного выражения для скорости насыщения. Для моделирования динамических характеристик инвертора, выполненных на выбранных транзисторах, использовалось математическое ядро программы HSPICE.

Оценка дозы легирования LDD-областей МОП-транзисторов с использованием САПР конструкторско-технологического моделирования

Г.А. Яшин, А. В. Амирханов, А.А. Глушко, В.В Макарчук, А.С Новоселов

МГТУ им. Н. Э. Баумана ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: В работе была продемонстрирована структура тестирования сопротивления LDD-областей n и p типа проводимости, описана приборно-технологическая модель структуры. Проведены экспериментальные исследования тестовой структуры партии кристаллов. В дальнейшем было проведено моделирование вольт-амперных характеристик с оптимизацией дозы легирования. Дана оценка возможной средней дозы легирования на основе результата оптимизации дозы в приборно-технологической модели.

Ключевые слова: LDD-области, СБИС, модель, оптимизация

Регрессионный контроль производительности разрабатываемой RTL-модели микропроцессора

Д.А. Трубицын, П.А. Чибисов

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Аннотация: Предложен подход к контролю производительности RTL-модели микропроцессора. В рамках этого подхода предлагается методика, позволяющая не только контролировать производительность, но и указывать фрагменты кода, выполнение которых приводит к изменению производительности. Также рассматривается адаптация больших тестовых пакетов измерения производительности для запуска на RTL-модели: получение коротких репрезентативных фрагментов трассы тестов либо синтез нового набора уменьшенных тестов по заданным параметрам.

Ключевые слова: производительность микропроцессора, RTL-модель, регрессионные тесты, адаптация тестов производительности, параметры сложности кода теста, SPEC CPU2006.

Том 7 № 2

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН | Новости | Руководство | Администрация | Структура
Мини-фабрика | Публикации | Разработка СБИС | Услуги | Контакты

Copyright ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН © 2018
Любое копирование и воспроизведение текста, в том числе частичное, в том числе в любой форме без письменного разрешения ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН запрещено.
Цитирование текста разрешено с соответствующей ссылкой на ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН.