Test fehlertoleranter nanoelektronischer Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Vermehrte Parameterschwankungen und eine zunehmende Störungsempfindlichkeit müssen in nanoelektronischen Systemen durch einen robusten Entwurf kompensiert werden. Damit wachsen die Herausforderungen beim Test in verschiedener Hinsicht. Wenn durch die eingebaute Redundanz bereits Produktionsfehler maskiert werden, genügen „Go/NoGo“ Tests nicht mehr, um die verbleibende Toleranz gegenüber späteren Störungen zu charakterisieren. Zudem sind strukturorientierte Testverfahren bisher nicht in der Lage, zwischen kritischen permanenten Fehlern und kompensierbaren kurzfristigen Störungen zu unterscheiden, was unnötige Ausbeuteverluste zur Folge haben kann. Ziel des Projekts war es, Teststrategien zu entwickeln, die im Produktionstest eine differenzierte Bewertung der Funktionsfähigkeit unterstützen und in der Lage sind, zwischen permanenten Fehlern und transienten Fehlern zu unterscheiden. Um den aktuellen Trends beim robusten Entwurf Rechnung zu tragen, konzentrierten sich die Arbeiten vor allem auf Fehlertoleranz gegenüber äußeren Störeinflüssen („Soft-Errors“) und hier insbesondere auf selbstprüfende Schaltungen sowie auf Schaltungen mit Zeitredundanz. Als Grundlage für die Teststrategien wurde in Kooperation mit den Projektpartnern aus Dresden und Stuttgart eine Studie zur Auswirkung von Teilchentreffen durchgeführt. Mit Hilfe eines verfeinerten elektrischen Modells und Simulationen auf Gatterebene konnte gezeigt werden, dass kurzfristige Signalschwankungen („Single Event Transients“, SETs) und Wertänderungen in den Speicherelementen („Single Event Upsets“, SEUs) deutlich häufiger vorkommen und schwerwiegenderen Konsequenzen haben als bisher angenommen. Bei selbstprüfenden Schaltungen hängt der Test auf Funktionsfähigkeit in der Regel unmittelbar mit dem Nachweis der gewünschten Fehlertoleranzeigenschaften zusammen. Umgekehrt lässt sich der Robustheitsnachweis hier effizient mit Algorithmen zur automatischen Testmustererzeugung durchführen. Im Rahmen des Projekts wurden geeignete Testumgebungen entwickelt und vorhandene Testwerkzeuge entsprechend angepasst. Damit steht ein Verfahren zur Verfügung, das zum einen den Test auf Funktionsfähigkeit unterstützt und mit redundanten Fehlern auch latente Zuverlässigkeitsprobleme identifiziert. Zum anderen lässt es sich zur Absicherung von Syntheseschritten beim Entwurf selbstprüfender Schaltungen einsetzen. Für Schaltungen mit Zeitredundanz wurde ein Testverfahren entwickelt, das zwischen permanenten Fehlern und kurzfristigen Störungen des Tests unterscheiden kann und sowohl für den externen Test als auch für den Selbsttest geeignet ist. Der Test wird dabei in mehrere Sitzungen aufgeteilt und bei fehlerhaftem Testergebnis wird nur die betreffende Sitzung wiederholt. Um die verschiedenen Testparameter gegeneinander abwägen zu können, wurde ein analytisches Modell entwickelt, das in Abhängigkeit von der Fehlerrate für transiente Fehler, der Dauer der Sitzungen und der maximalen Zahl von Wiederholungen sowohl die Testzeit als auch die Testqualität (Wahrscheinlichkeit für Ausbeuteverbesserung) abschätzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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"DFG Projekt RealTest - Test und Zuverlässigkeit nanoelektronischer Systeme (DFG-Project RealTest - Test and Reliability of Nano- Electronic Systems)". it - Information Technology, Vol. 48, No. 5, 2006, pp. 304-311
B. Becker, I. Polian, S. Hellebrand, B. Straube, and H.-J. Wunderlich
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"A Refined Electrical Model for Particle Strikes and its Impact on SEU Prediction". Proceedings International Symposium on Defect and Fault Tolerance in VLSI Systems (DFT'07), Rome, Italy, September 2007, pp. 50-58
S. Hellebrand, Christian G. Zoellin, H.-J. Wunderlich, S. Ludwig, T. Coym, and B. Straube
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"Testing and Monitoring Nanoscale Systems - Challenges and Strategies for Advanced Quality Assurance". Informacije MIDEM, Vol. 37, No. 4(124), Ljubljana, December 2007, pp. 212-219
S. Hellebrand, Christian G. Zoellin, H.-J. Wunderlich, S. Ludwig, T. Coym, and B. Straube
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"Testing and Monitoring Nanoscale Systems - Challenges and Strategies for Advanced Quality Assurance". Proceedings MIDEM 2007 - International Conference on Microelectronics, Devices and Materials and the Workshop on Electronic Testing, Bled, Slovenia, September 2007, pp. 3-10
S. Hellebrand, Christian G. Zoellin, H.-J. Wunderlich, S. Ludwig, T. Coym, and B. Straube
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“Reliable Nanoscale Systems – Challenges and Strategies for On- and Offline Testing”. IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’07), Yerevan, Armenia, September 2007
S. Hellebrand
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“Test und Zuverlässigkeit nanoelektronischer Systeme”. Tagungsband der GMM/GI/ITG-Fachtagung Zuverlässigkeit und Entwurf (ZuD'07), München, Deutschland, 26. -28. März 2007, pp. 139-140
B. Becker, I. Polian, S. Hellebrand, B. Straube, H.-J. Wunderlich
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"Ein verfeinertes elektrisches Modell für Teilchentreffer und dessen Auswirkung auf die Bewertung der Strahlungsempfindlichkeit". GI/ITG/GMM Workshop "Testmethoden und Zuverlässigkeit von Schaltungen und Systemen", Wien, Österreich, Februar 2008
T. Coym, S. Hellebrand, S. Ludwig, B. Straube, H.-J. Wunderlich, C. Zöllin
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"Signature Rollback - A Technique for Testing Robust Circuits", Proceedings IEEE VLSI Test Symposium, San Diego, CA, USA, April 27 - May 1, 2008, pp. 125-130
U. Amgalan, C. Hachmann, S. Hellebrand, and H.-J. Wunderlich
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"Testen mit Rücksetzpunkten - ein Ansatz zur Verbesserung der Ausbeute bei robusten Schaltungen". GI/ITG/GMM Workshop "Testmethoden und Zuverlässigkeit von Schaltungen und Systemen", Wien, Österreich, Februar 2008
U. Amgalan, C. Hachmann, S. Hellebrand, H.-J. Wunderlich
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"Verification and Analysis of Self-Checking Properties through ATPG". Proceedings IEEE International On-Line Testing Symposium, Rhodes, Greece, July 2008, pp. 25-30
M. Hunger and S. Hellebrand
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“Collaborative Test Research in Europe”. IEEE European Test Symposium (ETS’08), Verbania, Italy, May, 2008
S. Hellebrand
