FAST - Zuverlässigkeitsbewertung durch Faster-than-at-Speed Test

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sybille Hellebrand; Professor Dr. Hans-Joachim Wunderlich
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 341939202

Moderne Fertigungstechnologien in der Nanoelektronik integrieren Milliarden von Transistoren mit Abmessungen von 14 Nanometern und darunter in einem Chip. Dies ermöglicht grundlegend neue Herangehensweisen und Lösungen in vielen Bereichen, bringt aber gleichzeitig fundamentale Herausforderungen mit sich. Ein zentrales Problem sind Frühausfälle, die immer wieder Rückrufaktionen erfordern und dadurch Kosten in Milliardenhöhe verursachen. Ein wichtiger Grund hierfür sind sogenannte schwache Schaltungsstrukturen, die zwar bei der Inbetriebnahme funktionieren, aber der späteren Belastung im Betrieb nicht gewachsen sind. Während sich andere Ausfallursachen, wie etwa Alterung oder externe Störungen durch einen robusten Entwurf bis zu einem gewissen Umfang kompensieren lassen, müssen drohende Frühausfälle durch Tests erkannt und betroffene Systeme aussortiert werden. Dazu werden Verfahren benötigt, die weit über den heutigen Stand der Technik hinausgehen.Da die schwachen Schaltungsstrukturen unter Betriebsbedingungen zunächst korrekt funktionieren, müssen sie anhand nichtfunktionaler Indikatoren identifiziert werden. Neben dem Stromverbrauch im Ruhezustand und bei Schaltvorgängen sowie dem Verhalten bei variierender Betriebsspannung gehört das Zeitverhalten zu den wichtigsten Zuverlässigkeitsindikatoren. Im Hochgeschwindigkeitsbetrieb können kleine Abweichungen im Zeitverhalten einzelner Transistoren gemessen und als Fehlerindikator verwendet werden. Da hierfür ein Mehrfaches der eigentlichen Betriebsfrequenz angelegt werden muss, lassen sich herkömmliche Testmethoden nur sehr eingeschränkt einsetzen. Stattdessen müssen in folgenden drei Bereichen neue Methoden entwickelt und untersucht werden:a) Die Schaltung muss mit besonderen Ausstattungen für den prüfgerechten Entwurf (Design for Test / DFT) und den Selbsttest versehen werden, die auch bei Frequenzen jenseits der funktionalen Spezifikation arbeiten können.b) Der Testablauf muss so geplant werden, dass bei einer möglichst geringen Zahl von Testfrequenzen eine maximale Fehlererfassung in kurzer Zeit möglich wird.c) Mit einer geeigneten Metrik müssen quantitative Aussagen über die Erfassung möglicher schwacher Schaltungsteile getroffen werden. Eine besondere Schwierigkeit liegt hier in der Unterscheidung zwischen tatsächlich fehleranfälligen Strukturen und Abweichungen aufgrund zunehmender Variationen in der Nanoskalierung.Da ein Hochgeschwindigkeitstest ganz besondere Anforderungen an externe Testautomaten stellt, ist es wesentlich, ihn durch eingebauten Selbsttest (Built-in Self-Test / BIST) zu unterstützen und auszuführen.Mit der Lösung der drei genannten Probleme wird den immens steigenden nicht mehr wirtschaftlichen Kosten bei der Inbetriebnahme nanoskalierter Systeme, etwa durch Burn-in-Tests, begegnet und deren Einsatz in neuen Anwendungsbereichen unterstützt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen