Desenvolvimento de técnicas e ferramentas para projeto de circuitos integrados visando confiabilidade e eficiência energética

Abstract

Efeitos de radiação apresentam desafios no projeto de circuitos eletrônicos. A densidade elevada de transistores cada vez menores numa pequena área torna a avaliação de radiação um parâmetro chave no projeto de circuitos, principalmente em aplicações aeroespaciais. Tais aplicações também exigem eficiência energética. Portanto, é importante estudar o comportamento do circuito em diferentes tensões de alimentação. Este trabalho faz uma análise dos efeitos de radiação em alternativas de topologias para um circuito benchmark usando transistores FinFET 7 nm, focando em como o mapeamento lógico e a variabilidade afetam a susceptibilidade do circuito a falhas relacionadas à radiação. Cinco diferentes circuitos foram analisados com tensões na faixa de 0.7 V a 0.4 V. Foi adotada a métrica LETth para indicar a sensibilidade dos circuitos aos efeitos de radiação. A operação de circuitos abaixo de 0.5 V introduz 15\% mais sensitividade nos circuitos avaliados. Os resultados mostram que explorar mapeamento lógico pode ser adotado para aumentar a robustez. A adoção de portas NAND2 ao invés de NOR2 na saída dos circuitos melhora a robustez em aproximadamente 38,6\%. Além do mais, explorar o dimensionamento de transistores apenas nas portas mais sensíveis pode melhorar a robustez em até 69\% com menor impacto em área que técnicas tradicionais de replicação de circuitos. Por fim foi descoberto que dentro da variabilidade de processo comercialmente aceita a robustez do circuito pode variar em até uma ordem de magnitude, além de poder mudar qual o nodo mais sensível e até qual porta é mais robusta.