РАНФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Журнал Труды НИИСИ РАН

Том 8 № 3

К списку номеров журнала

I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБИС. НАНОЭЛЕКТРОНИКА

Особенности разработки троированной СБИС по технологии 65нм

А.А.Антонов, А.О.Власов, Е.А.Гагарин, О.В.Мещерякова

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. Представлены особенности проектирования сбоеустойчивой системы на кристалле по технологии 65 нм. Приведены основные типы сбоев внутри системы на кристалле. Рассмотрены различные подходы по реализации резервированной микросхемы. Оценено увеличение площади и мощности потребления микросхемы.

Ключевые слова: сбоеустойчивость, резервирование, КМОП 65нм.

Оптимизация логики суммирования сигналов сопоставления 65нм КМОП блока ассоциативной памяти

А.В. Антонюк, П.В. Степанов

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия, НИЯУ МИФИ, Москва, Россия

Аннотация: Приводятся результаты анализа энергопотребления схем суммирования сигналов сопоставления блока ассоциативной памяти по технологии КМОП 65-нм. Рассматриваются две схемы суммирования: на основе комбинационной логики и на основе линии сопоставления с опорным регистром. Энергопотребление комбинационной логической схемы суммирования зависит от количества N входов схемы, изменивших свое состояние, минимальное и максимальное значения мощности отличаются более, чем в 50 раз. Энергопотребление схемы суммирования на основе линии сопоставления не зависит от N и соответствует энергопотреблению комбинационной логической схемы при изменении состояния половины входов. Схема с линией сопоставления обладает на 35% меньшей площадью на кристалле и на 22% меньшей задержкой выходного сигнала.

Ключевые слова: ассоциативная память, комбинационная логика, линия сопоставления, моделирование, мощность, суммирование.

Отладка аппаратного видеодекодера с поддержкой стандарта ITU-T H.265

А.Ю. Богданов, С.А. Морев, П.А. Мамонов

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. Представлены результаты верификации блока аппаратного видеодекодера D5500MP2 от компании Imagination. Приведены временные характеристики моделирования на платформе прототипирования Protium S1 от компании Cadence.

Ключевые слова: видеодекодер, ПЛИС, Linux, Protium.

Разработка фильтра запросов когерентности

А.М. Антонова, П.С. Зубковский

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия, НИЯУ МИФИ, Москва, Россия

Аннотация. В статье представлена методика тестирования различных видов фильтров запросов когерентности для использования в многоядерной микропроцессорной системе на кристалле (СнК) с архитектурой SMP. Ключевым параметром тестирования является эффективность фильтрации запросов когерентности. По результатам тестирования была выбрана архитектура фильтра. Разработан фильтр на основе выбранной архитектуры, получены данные о повышении производительности.

Ключевые слова: когерентность кэш-памяти, фильтр запросов когерентности.

Исследование параметров высоковольтных LDMOS транзисторов при высоких температурах

С.И.Бабкин, С.И.Волков, С.А. Морозов, А.С.Новоселов, С.В.Румянцев

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. Исследованы параметры низковольтных КМОП транзисторов и высоковольтных LDMOS транзисторов, изготовленных на КНИ структуре в едином технологическом цикле, в диапазоне температур от 250С до 2250С. Показано, что транзисторы сохраняют свою работоспособность при максимальной температуре. Изменчивость параметров в данном диапазоне температур в целом меньше выражена для низковольтных транзисторов. Температурный коэффициент порогового напряжения для низковольтных КМОП транзисторов составил 1,7 мВ/град, а для LDMOS транзисторов 2,1-2,2 мВ/град.

Ключевые слова: LDMOS, КНИ, КМОП, высоковольтный транзистор, высокая температура.

Разработка технологии формирования высоковольтных LDMOS КНИ транзисторов для экстремальной электроники

С.И.Бабкин, Д.А.Байдаков, С.И.Волков, А.А.Глушко, С.А. Морозов,А.С.Новоселов, А.А.Столяров

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Аннотация. Рассматриваются особенности технологии формирования высоковольтных LDMOS транзисторов на основе базового процесса КМОП БИС с проектными нормами 0,5 мкм на подложках со структурой кремний на изоляторе. Оптимизация режимов ионной имплантации и термических процессов проводилась с использованием программы сквозного технологического моделирования TCAD. Исследовались ВАХ LDMOS транзисторов различных конструктивно-технологических вариантов и КМОП транзисторов, изготовленных в едином технологическом цикле.

Ключевые слова: LDMOS, КНИ, КМОП, высоковольтный транзистор.

Разработка библиотеки радиационно-стойких элементов по 65 нм КМОП технологии

Ю.Б. Рогаткин, А.О. Власов, А.В. Каплин, Д.Н. Скурихин

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. Данная статья посвящена разработке библиотеки стандартных элементов для создания субмикронных СБИС, предназначенных для работы в условиях воздействия внешних факторов. Были рассмотрены возникающие типы отказов, подходы по увеличению радиационной стойкости, особенности разработанной библиотеки.

Ключевые слова: КМОП СБИС, радиационная стойкость, стандартные ячейки.

Разработка компиляторов радиационно-стойких сбоеустойчивых СОЗУ по 65 нм КМОП технологии

П.Г. Кириченко, А.О. Власов, А.А. Морозов, П.В. Тургенев, А.Г. Васильев

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация.Данная статья посвящена разработке компиляторов статических синхронных однопортовых и двухпортовых ОЗУ, а также двухпортовых ОЗУ в варианте регистрового файла по технологии 65нм, предназначенных для функционирования в условиях воздействия внешних факторов. Были рассмотрены подходы по увеличению радиационной стойкости и сбоеустойчивости, реализация программного обеспечения (ПО) компилирования блоков памяти по заданным пользователем параметрам.

Ключевые слова: КМОП СБИС, радиационная стойкость, компиляторы блоков памяти.

Генерация последовательностей инструкций для тестов подсистемы памяти многоядерных микропроцессоров

А.В. Смирнов, П.А. Чибисов

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. В настоящее время в мире существует и развивается множество подходов к верификации моделей многоядерных микропроцессоров на разных стадиях разработки. Не существует универсальной методики, применение которой позволило бы обеспечить комплексный подход к функциональной верификации моделей проектируемых микропроцессоров с гарантией результата. В данной статье рассматриваются различные подходы к верификации подсистемы памяти и аппаратных средств обеспечения когерентности кэш-памяти процессорных ядер, а также обосновывается выбор подхода, заключающегося в автоматизированном создании псевдослучайных тестов.

Ключевые слова: многоядерный микропроцессор, псевдослучайные тесты, функцио-нальная верификация, когерентность кэш-памяти, RTL-модель, ПЛИС-прототип.

Обеспечение целостности данных контроллером доступа к флеш-памяти NOR-типа (NOR flash) и статической памяти (SRAM)

В.Р. Джафаров, А.С. Щербаков

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. В работе рассматриваются алгоритмические методы повышения достоверности данных хранящихся в статической и флеш-памяти типа NOR. Проводится сравнение данных методов, выполняется аргументация выбора подходящего метода для реализации на базе универсального контроллера [2]. По итогам работы выполнено сравнение расширенного контроллера с базовым по количеству требуемых аппаратных ресурсов.

Ключевые слова: контроллер доступа в память, ВМ10, флеш-память типа NOR, статическая память SRAM, код Хэмминга, мажоритарное кодирование.

Реализация возможности пошаговой отладки при отладке тестовых сценариев на модели СБИС СнК

А.В. Андрианов

ЗАО НТЦ "Модуль", Москва, Россия

Аннотация. При разработке и отладке программных тестов на модели СБИС средства пошаговой и интерактивной отладки в большинстве недоступны, а программные средства отладки, такие как форматированный вывод, требуют существенных ресурсов. Коммерческие программно-аппаратные комплексы для отладки по интерфейсу JTAG в большинстве своем не поддерживают работу на модели СБИС. В статье описана практика применения свободной реализации JTAG отладчика OpenOCD для реализации функции пошаговой отладки на модели СБИС.

Ключевые слова: gdb, jtag, simulation, rtl, система на кристалле (СнК).

II. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ

Преимущества гибридного контроллера твердотельного накопителя, проанализированные с использованием алгоритма wear-leveling

А.А. Дубровин ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. В данной работе проведен обзор преимуществ и недостатков надежности систем с гибридным контроллером твердотельных носителей данных в сравнении с однородными. Предложен способ увеличения надежности и уменьшения частоты возникновения ошибок твердотельных накопителей, рассмотрены причины появления алгоритма контроля преждевременного износа носителя - wear-leveling, проанализированы преимущества и недостатки применения гибридных контроллеров твердотельных накопителей. Рассмотрены причины роста частоты возникновения ошибки и связь с циклами перепрограммирования памяти. На основе анализа сделан вывод о преимуществах применения гибридных контроллеров твердотельных накопителей.

Ключевые слова: Non-Volatile Memory Host Controller Interface, SSD, MRAM, Flash NAND гибридные контроллеры твердотельных накопителей.

III. РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ

Моделирование устойчивости к сбоям КМОП элементов ассоциативной памяти с использованием средств TCAD

Ю.В. Катунин, В.Я. Стенин

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия, НИЯУ МИФИ, Москва, Россия

Аннотация. Ячейки памяти STG DICE (Spaced Transistor Groups DICE) с транзисторами, разделенными на две группы, совместно с комбинационной логикой являются основой для проектирования устойчивых к сбоям элементов ассоциативной памяти. Результаты TCAD моделирования воздействий одиночных ядерных частиц с треками, проходящими на глубинах от 50 нм до 850 нм от поверхности кристалла, показывают, что воздействия заряда с трека только на одну из групп транзисторов не приводит к сбоям в диапазоне линейных потерь энергии (ЛПЭ) 1-60 МэВ?см2/мг. Сбой логического состояния STG DICE возможен при треках вдоль линии, соединяющей две разнесённые группы транзисторов и при треках по нормали к поверхности кристалла при ЛПЭ больше 60 МэВ?см2/мг. Логические элементы сопоставления и маскирования на основе ячейки STG DICE устойчивы при ЛПЭ до 60 МэВ?см2/мг. Возможны кратковременные импульсы помех на выходе комбинационной логики при ЛПЭ, начиная с 30 МэВ?см2/мг.

Ключевые слова: ячейка памяти, логический элемент, моделирование, одиночная ядерная частица, топология, проектирование, сбои.

65-нм КМОП буфер ассоциативной трансляции на элементах с повышенной устойчивостью к воздействию отдельных ядерных частиц

П.В. Степанов, В.Я. Стенин, Ю.В. Катунин, А.В. Антонюк

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия, НИЯУ МИФИ, Москва, Россия

Аннотация. Логические элементы сопоставления и маскирования буфера ассоциативной трансляции разработаны на основе методологии STG DICE ячеек памяти для 65-нм объемной КМОП-технологии. Устойчивость к воздействию одиночных ядерных частиц достигается за счет специального разделения транзисторов ячейки памяти и выходной комбинационной логики на две группы и взаимного разнесения этих групп на кристалле. Сбор заряда с треков частиц транзисторами только одной из двух групп не приводит к сбою логического состояния элементов. Логические элементы на основе ячейки STG DICE моделировались с использованием средств TCAD, результаты которого подтверждают устойчивость элементов к воздействию одиночных ядерных частиц с линейными потерями энергии до 60 МэВ?см2/мг. Кратковременные импульсы помех возможны на выходе комбинационной логики в диапазоне от 30 до 60 МэВ?см2/мг.

Ключевые слова: ассоциативная память, логический элемент, моделирование, одиночная ядерная частица, топология, проектирование, сбои, ячейки памяти.

Повышение надежности считывания данных в статических КМОП ОЗУ при воздействии отдельных ядерных частиц

П.В. Степанов, Ю.В. Катунин

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. Ячейка памяти STG DICE обладает повышенной сбоеустойчивостью к воздействию отдельных ядерных частиц за счет разделения транзисторов на две группы и разнесения этих групп. При воздействии частицы ячейка переходит в нестационарное состояние длительностью до 1 нс. Известные схемы считывания данных ячейки памяти STG DICE используют данные одного, двух или четырех узлов ячейки. Представленный блок чтения на основе считывающих усилителей со смещенной передаточной характеристикой отличается способностью осуществить чтение данных в нестационарном состоянии ячейки, определяя два из четырех узлов ячейки STG DICE, сохраняющих свое состояние.

Ключевые слова: ячейка памяти, одиночная ядерная частица, нестационарное состояние, чтение данных, моделирование.

Обобщенная модель эффекта низкой интенсивности в биполярных приборах

В.С. Першенков, А.С. Бакеренков, В.А. Фелицын, А.С. Родин НИЯУ МИФИ, Москва, Россия

Аннотация: В данной работе описана обобщенная физическая модель, которая позволяет описать деградацию биполярных приборов, чувствительных (ELDRS-susceptible) и нечувствительных (ELDRS-free) к эффекту низкой интенсивности в широком диапазоне накопленных доз, интенсивностей и температур.

Ключевые слова: биполярные транзисторы, дозовые эффекты, радиационная стойкость, поверхностные состояния, эффект низкой интенсивности.

Исследование радиационной деградации источника опорного напряжения LM4050

В.М. Кисель, А.Ю. Малявина, А.С. Бакеренков, В.А. Фелицын, А.С. Родин, В.С. Першенков НИЯУ МИФИ, Москва, Россия

Аннотация: В данной работе исследовано влияние ионизирующего излучения на температурную зависимость источника опорного напряжения LM4050 во всем рабочем температурном диапазоне. Показано, что к параметрическому отказу может привести изменение температуры объекта испытаний. Проведена оценка радиационной стойкости источника опорного напряжения LM4050 с учетом радиационной деградации рабочего температурного диапазона.

Ключевые слова: биполярные транзисторы, дозовые эффекты, радиационная стойкость, источник опорного напряжения.

Требования к программному обеспечению, оборудованию и оснастке для сложно-функциональных СБИС при проведении радиационного эксперимента

Д.С. Костюченко, А.Б. Каракозов, Н.С. Дятлов, П.В. Некрасов, К.А. Епифанцев, В.А. Марфин, Н.Д. Кравченко, О.А. Калашников, А.В. Уланова

НИЯУ МИФИ, Москва, Россия, АО "ЭНПО Специализированные электронные системы", Москва, Россия

Аннотация. Разработка оснастки и программного обеспечения для проведения исследований современных сверхбольших интегральных схем на радиационную стойкость является сложной комплексной задачей. В процессе разработки необходимо учитывать разнообразные факторы - требования полноты функционального контроля, влияния электромагнитных помех и ионизирующего излучения на оснастку, модульности программного обеспечения. Статья описывает основные проблемы, с которыми сталкивается разработчик и инженер-испытатель при подготовке радиационного эксперимента и пути их решения.

Ключевые слова: радиационная стойкость, функциональный контроль, поглощенная доза, ионизирующее излучение, одиночный импульс напряжения, тяжелые заряженные частицы.

Метод прогнозирования отказов силовых транзисторов при воздействии тяжелых заряженных частиц в среде TCAD

А.А. Голубцов, А.Н. Рябев, А.О. Шишкин, А.С. Костин

АО "Российские космические системы", Москва, Россия

Аннотация. Разработан метод прогнозирования отказов силовых транзисторов при воздействии тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) в среде TCAD. Проведено моделирования воздействия ТЗЧ на силовой транзистор в среде TCAD и получены значения энергии частиц. Выполнено сравнение данных, полученных при использовании предложенного метода, с данными испытаний.

Ключевые слова: одиночные радиационные эффекты (ОРЭ), тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ), TCAD (technology computer aided design), одиночный эффект выгорания (ОЭВ), линейная передача энергии (ЛПЭ), силовой транзистор.

Учет отжига радиационных эффектов в SPICE моделях МОП-транзисторов для расчетов радиационно стойких КМОП БИС

И. А. Харитонов

ФГБНУ "НИИ Перспективных материалов и технологий", Москва, Россия

Аннотация. Описана расширенная и улучшенная версия SPICE модели МОПТ для расчета характеристик радиационно-стойких КМОП схем. Это достигнуто за счет добавления в модель выражений, описывающих изменения плотностей дырочного заряда в окисле и поверхностных состояний на его границе в зависимости от мощности дозы, времени облучения , электрического поля в окисле. Приведены примеры применения модели для моделирования характеристик МОП транзисторов и КМОП схем при работе в условиях облучения с различной мощностью дозы.

Ключевые слова: КМОП БИС, САПР, схемотехническое моделирование, SPICE модели, радиационные эффекты, полученная доза, отжиг дефектов, дырочный заряд, поверхностные состояния.

Экспериментальное усреднение сечения сбоев от ТЗЧ по полному телесному углу

О.С. Пивко, А.М. Галимов, Г.И. Зебрев

НИИМА Прогресс, Москва, Россия, НИЯУ МИФИ, Москва, Россия

Аннотация. В работе рассматриваются феноменологический и дозиметрические методы расчета сечения сбоев, усредненного по полному телесному углу. Приведены сравнения расчетных и экспериментальных данных усреднения сечения.

Ключевые слова: одиночные сбои, частота сбоев, сечение сбоев, угловая зависимость, ТЗЧ. IV. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Моделирование распределения потенциала в двух затворном КНИ КМОП нанотранзисторе с неравномерно-легированной рабочей областью

Н. В. Масальский

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. Обсуждается 2D математическая модель распределения потенциала в неравномерно легированной рабочей области симметричного двух затворного КНИ КМОП нанотранзистора. Рассматривается вариант канала (считая от истока): высоколегированная область, переходная область, где концентрация легирования линейно зависит от протяженности переходной области и низколегированная области. Модель распределения потенциала строиться на основе аналитического решения 2D уравнения Пуассона с расширенными граничными условиями. Для моделирования вольт-амперных характеристик использовалась сформулированная в рамках зарядового разделения апробированная токовая модель с учетом модифицированного выражения для скорости насыщения. Из результатов моделирования получены оценки влияния на уровень тока насыщения транзистора следующих факторов: протяженности переходной области и уровня концентрации легирования высоколегированной области. Ключевые слова: двух затворный КНИ КМОП нанотранзистор, неравномерно-легированная рабочая область, 2D распределение потенциала, аналитическое решение.

Метод дублирования функциональных триггеров в системах скан-тестирования с компрессией

М.С. Ладнушкин

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия

Аннотация. В данной работе предложен метод сокращения времени тестирования неисправностей цифровой СБИС за счёт дублирования отдельных функциональных триггеров. Сокращение времени тестирования обусловлено увеличением тестируемости сигналов, а также снижением взаимных конфликтов неисправностей в логических путях СБИС. Предложен алгоритм отбора триггеров для дублирования на основе поиска логических путей с наибольшим числом источников сигналов, который был использован при проектировании встроенных средств тестирования ряда заказных блоков и систем-на-кристалле. Результаты показали снижение времени тестирования в среднем на 14,4% при аппаратурных затратах, не превышающих 1,2% общей площади СБИС.

Ключевые слова: тестирование, отбраковка микросхем, дублирования триггеров, компрессия тестовых сигналов, моделирование.

Моделирование радиационно-индуцированной вариативности параметров в наноразмерных интегральных схемах

Г. И. Зебрев, М. C. Горбунов, В. О. Турин, Р. А. Дашкин, П. O. Черняков

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия, НИЯУ МИФИ, Москва, Россия, Орловский государственный университет, г. Орёл, Россия

Аннотация. Мы исследовали и моделировали разброс и радиационно-индуцированную вариативность параметров в наномасштабных МОП-транзисторах, обусловленнную стохастическим накопление зарядом в подзатворном оксиле при воздействии ионизирующего излучения.

Ключевые слова: разброс параметров, вольтамперная характеристика (ВАХ), МОП транзистор, ионизирующее излучение, моделирование.

Анализ пригодности современных компактных моделей КНИ МОП-транзисторов к моделированию в расширенном диапазоне температур

Г.А. Яшин 1, А. В. Амирханов 2, А.А. Глушко 3, В.В Макарчук 4, А.С Новоселов 5

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва, Россия, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия

Аннотация. В работе был проведен анализ пригодности компактных моделей BSIMSOI4.5 и HISIMSOI1.30 для моделирования электрических характеристик в расширенном диапазоне температур. Была проведена экстракция параметров моделей на основе измерений КНИ МОП-транзисторов, выполненных по технологии с минимальной проектной нормой 0.35 мкм, после чего было проведен анализ соответствия модельных пара метров экспериментальным для таких электрических характеристик транзистора, как пороговое напряжение и ток стока в режиме насыщения.

Ключевые слова: BSIMSOI, HISIMSOI, модель, оптимизация, высокая температура.

Том 8 № 3

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.