数字电路老化预测与容忍_徐辉_9787312043598

本书围绕负偏置温度不稳定性引起的集成电路老化的预测与动态电路老化防护来展开研究，主要针对集成电路老化的预测和集成电路老化的容忍进行分析；对于高性能集成电路中常用的多米诺电路，针对其老化研究容忍方法，并提出对多米诺电路低功耗与抗老化的联合优化方法。

　　集成电路的制造工艺在不断地进步，所使用的电源电压得到持续降低，集成电路的集成度大大提高，带动了集成电路产业的飞速发展，然而某些工艺进步也使得集成电路的老化问题变得日益严重。国际半导体技术路线图（ITRS）在2011年的报告中指出，老化正成为半导体电路面临的严峻挑战。随着集成电路特征尺寸的不断减小，负偏置温度不稳定性（Negative Bias Temperature Instability，NBTI）逐渐在集成电路老化效应中占据主导地位，需要科研人员进行深入研究。
　　本书围绕NBTI引起的集成电路老化的预测与动态电路老化防护来展开研究。研究的内容主要涉及：①集成电路老化的预测，包括改进了已有的预测老化的传感器，实现了低开销的多故障同时在线监测，消除了由于结构因素造成的误差；②集成电路老化的容忍，尤其对于高性能集成电路中常用的多米诺电路，针对其老化，研究容忍方法，并提出对于多米诺电路低功耗与抗老化的联合优化方法。
　　本书的研究内容和主要创新点如下：
　　①设计出针对多目标故障的低开销的电路检测结构。多故障同时在线检测是目前故障检测领域的研究热点之一，但多故障同时在线检测往往在功能、面积和功耗等问题上难以取得较好折中。经典检测结构采用动态电路加上大量反馈电路构成故障检测的稳定性检测器，电路面积开销较大，同时在电路运行过程中的功耗开销也很大。因此，设计了脉冲发生器来替代经典电路中的稳定性检测器，消除了反馈电路，大大降低了电路的面积与功耗开销。
　　②提出检测能力平衡的集成电路老化在线预测／检测方案。针对已有的结构晶体管串联堆栈效应造成的电路老化预测／检测能力的不平衡，提出了一种利用对称或非门来平衡检测能力的老化预测／检测方案。通过对稳定性检测器中或非门的改造，消除了由于晶体管串联堆栈引起的误差。
　　③针对NBTI引起的多米诺电路老化，提出一种利用补偿电路保持其性能的方案。多米诺电路常用在高性能芯片的时序关键路径上，NBTI引起的电路老化会导致多米诺电路时延增加、噪声容限降低。因此设计了带有补偿结构的多米诺电路，在电路老化以后开启补偿电路，既延长了电路的使用寿命，又不会增加大量的能量消耗。这种低功耗、容老化的技术有广阔的应用前景。
　　④提出利用休眠模式，联合优化多米诺电路老化和漏电流的方案。已有的对于多米诺电路漏电流进行优化的技术加重了多米诺电路的老化。使用输入向量控制技术和内部节点控制技术，在集成电路处于休眠状态时强制电路进入老化恢复状态，并保证在休眠状态下的低漏电流。实验表明，这种考虑低功耗的抑制NBTI效应的多米诺电路技术减少了最多33%的电路老化，同时减少了最多79%的漏电流消耗，是一种有效的多目标联合优化技术。
　　本书的出版得到国家自然科学基金青年科学基金项目（ 61404001），国家公派高级研究学者、访问学者、博士后项目（ 201708340035），安徽省高校省级自然科学研究重大项目（ KJ2014ZD12）的资助，在此表示衷心的感谢！由于作者水平和经验有限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评、指正。

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