基本信息
书名:现代电子系统软错误
定价:59.00元
作者:韩郑生
出版社:电子工业出版社
出版日期:2016-06-01
ISBN:9787121290978
字数:
页码:256
版次:1
装帧:平装
开本:16开
商品重量:0.4kg
编辑推荐
适读人群 :本书适用于微电子与固体电子学专业的教师、研究生和本科生,也可供高可靠抗辐射集成电路领域的研究人员和工程技术人员使用。
完整描述了软错误产生的复杂物理机制, 涵盖了很多技术领域;
n详细介绍了合理成本下的软错误降错方法, 包括软件技术和硬件技术;
n讨论了其他可靠性威胁,如波动性、 电磁兼容和加速老化等问题的解决方法。
n内容提要
本书系统阐述了软错误发生的复杂物理过程,全书共分为10章。主要介绍了软错误研究历史和未来发展趋势; 单粒子效应发生机制与分类;JEDEC标准;门级建模与仿真;电路级和系统级单粒子效应建模与仿真;硬件故障注入;采用加速测试与错误率预估技术,评估验证面向空间或地面环境的集成电路;电路级软错误抑制技术;软件级软错误抑制技术;高可靠电子系统软错误性能的技术指标与验证方法。全书总结了过去,预测了未来趋势,阐述了单粒子的翻转物理机制、建模、软错误抑制技术以及业界和学界的研究成果。
目录
章 天地间的软错误: 历史回顾、 实验证据和未来趋势
1.1 介绍
1.2 历史
1.3 电子系统中的软错误
1.4 等比例缩小对于软错误的影响
1.4.1 SRAM软错误率的变化趋势
1.4.2 DRAM软错误率的变化趋势
1.4.3 锁存器和触发器的软错误率
1.4.4 组合逻辑电路软错误率
1.4.5 单粒子闩锁变化趋势
1.4.6 未来趋势
1.5 结论
参考文献
第2章 单粒子效应: 机理和分类
2.1 介绍
2.2 背景环境、 作用机理及反冲能量损失
2.2.1 自然辐照环境
2.2.2 中子和物质的相互作用: 产生高能反冲物
2.2.3 反冲物: 离化和射程
2.2.4 电离
2.2.5 结论
2.3 电子元器件和系统中的单粒子效应
2.3.1 单粒子效应定义
2.3.2 软错误率
2.3.3 临界电荷标准
2.3.4 电路仿真中的电流脉冲描述
2.4 器件敏感度
2.4.1 单粒子瞬态
2.4.2 单粒子翻转
2.4.3 SRAM和DRAM中的多位翻转和多单元翻转
2.4.4 单粒子功能中断
2.4.5 单粒子事件闩锁
2.5 结论
参考文献
第3章 JEDEC标准: 用于测试和报告α粒子和地表宇宙射线引起的软错误
3.1 介绍
3.1.1 JESD89系列标准的意义
3.1.2 术语和定义
3.1.3 标准所涵盖的器件
3.1.4 报告要求
3.2 加速α粒子软错误率测试(参见JESD89A第四部分和JESD892A)
3.2.1 α粒子能谱和发射率(参见JESD89A 附录D)
3.2.2 α粒子源的选择(参见JESD89A 5.4.1节和JESD892A 4.2.2.1节)
3.2.3 封装和制样(参见JESD89A 5.3节和5.4.5节以及JESD892A 4.4节)
3.2.4 外推加速失效率至现场使用环境(参见JESD89A 5.6.4节)
3.2.5 加速α粒子测试的优势和局限性
3.3 加速高能中子测试(参见JESD89A第六部分和JESD893A)
3.3.1 地球环境高能中子注量与能谱(参见JESD89A 6.6.2.4节)
3.3.2 基于参考谱外推至其他位置和条件(参见JESD89A附录A.3)
3.3.3 测试装置(参见JESD89A 6.2节)
3.3.4 封装、 制样和次级离子效应(参见JESD893A 5.4节和附录A)
3.3.5 束流特性(参见JESD89A 6.5节)
3.3.6 单一能量束流下的软错误率(参见JESD89A 6.6节)
3.3.7 基于宽谱中子束流的软错误率(参见JESD89A 6.6.2.4节)
3.3.8 加速高能中子测试的优点和局限性
3.4 加速热中子软错误率测试
3.4.1 背景(参见JESD89A 7.1节)
3.4.2 热中子谱(参见JESD89A附录A.4)
3.4.3 封装和制样(参见JESD89A 7.3节)
3.4.4 热中子源的选择、 校准和屏蔽效应(参见JESD89A 7.4节)
3.4.5 单粒子翻转截面和单粒子翻转率(参见JESD89A 7.6.2节)
3.4.6 加速热中子测试的优势和局限性
3.5 实时(非加速)软错误率测试
3.5.1 测试方法目标
3.5.2 大样本和长时间测试
3.5.3 区分α粒子和中子对于软错误率的影响
3.5.4 高空测试以增加中子对软错误率的影响
3.5.5 建筑物的屏蔽效应(参见JESD89A附录A.5)
3.5.6 小FIT和置信度(参见JESD89A附录C)
3.5.7 实时测试的优点和局限性
3.6 结论
参考文献
第4章 门级建模和仿真
4.1 介绍
4.2 基于核反应的蒙特卡罗选择和器件仿真, 从核交互到瞬态电流计算
4.2.1 中子/物质核反应数据库
4.2.2 次级离子引发的瞬态电流
4.2.3 举例: 高能中子在SRAM中引发的单粒子翻转和多单元翻转
4.3 逻辑门电路SET和SEMT蒙特卡罗仿真
4.3.1 单个粒子引起多个瞬态电流
4.3.2 拓扑描述和工艺描述
4.3.3 核反应实例
4.3.4 瞬态脉冲计算
4.3.5 电流脉冲统计
4.4 时序电路和组合电路的软错误评估SPICE分析方法学
4.4.1 精简的瞬态电流分析
4.4.2 敏感结点列表
4.4.3 自动化多瞬态电流仿真
4.4.4 结果分析
4.4.5 以反相器为例
4.4.6 多瞬态故障注入结果
4.5 结论
参考文献
第5章 电路级和系统级的单粒子效应建模与仿真
5.1 介绍
5.2 定义目标对象
5.2.1 单粒子效应模型和度量
5.2.2 功能失效
5.2.3 电路表征和抽象级别
5.3 SEE分析方法和概念
5.3.1 定量SEE分析
5.3.2 电学降额
5.3.3 时序降额
5.3.4 逻辑降额
5.3.5 功能降额
5.4 动态SEE分析
5.4.1 综述
5.4.2 门级网表SEE仿真
5.4.3 行为级/RTL/HLS SEE仿真
5.5 静态SEE分析
5.5.1 综述
5.5.2 门级
5.5.3 行为级/RTL级
5.5.4 架构/模块
5.6 结论
参考文献
第6章 硬件故障注入
6.1 介绍
6.2 硬件故障注入技术
6.2.1 物理故障注入
6.2.2 逻辑故障注入
6.2.3 基于电路仿真的逻辑故障注入
6.3 故障注入系统
6.3.1 工作负载
6.3.2 故障列表
6.3.3 故障分类
6.3.4 结果分析
6.3.5 通信
6.4 故障注入优化
6.4.1 自动仿真
6.4.2 故障评估进程
6.4.3 状态恢复
6.4.4 早期故障分类
6.4.5 嵌入式存储器
6.5 结论
参考文献
第7章 用于空间和地面应用的集成电路的鉴定: 加速实验和错误率预测
7.1 介绍
7.2 辐射产生单粒子效应及其对集成电路的影响
7.3 加速实验: 方法和相关的结果
7.3.1 截面的概念
7.3.2 静态和动态的SEU试验方法
7.4 实验设施: 重离子、 中子、 质子加速器和激光
7.4.1 重离子
7.4.2 质子
7.4.3 中子
7.4.4 微束和激光
7.5 需求的实验平台和通用实验平台的描述
7.5.1 介绍
7.5.2 ASTERICS实验平台
7.6 地面辐照实验: 案例研究
7.6.1 SRAM存储器
7.6.2 处理器和微控制器
7.6.3 SRAM型现场可编程门阵列(FPGA)
7.7 针对处理器架构的动态截面预测的硬件/软件故障注入方法: 案例研究
7.8 结论
参考文献
第8章 电路级软错误抑制技术
8.1 介绍
8.2 存储器中软错误的加固设计
8.2.1 1位纠错2位检错码
8.2.2 消除ECC保护存储器的速度代价
8.2.3 ECC与非标准存储器
8.3 CRC码
8.4 里德所罗门码
8.4.1 编码
8.4.2 校正子计算
8.5 使用内置电流传感器保护存储器
8.6 抑制逻辑电路中的错误
8.6.1 加固存储单元
8.6.2 抑制SET
8.7 结论
参考文献
第9章 软件级软错误抑制技术
9.1 介绍
9.2 影响数据的错误
9.2.1 运算复制
9.2.2 进程级复制
9.2.3 程序级复制
9.2.4 可执行的判断
9.3 影响执行流程的故障
9.3.1 背景
9.3.2 ECCA
9.3.3 CFCSS
9.3.4 YACCA
9.3.5 CEDA
9.4 容错
9.4.1 设计多样性
9.4.2 检查点
9.4.3 基于算法的容错
9.4.4 复制
9.5 结论
参考文献
0章 可靠电子系统的软错误性能的规范与验证
10.1 介绍
10.2 系统软错误的规范
10.2.1 互联网核心网络的要求
10.2.2 构建规范
10.3 设计一个满足规范的系统
10.3.1 存储器
10.3.2 触发器
10.3.3 模型的结果
10.4 软错误的性能验证
10.5 结论
参考文献
作者介绍
韩郑生,中科院微电子研究所研究员/教授,博士生导师,研究方向为微电子学与固体电子学,从事集成电路工艺技术、电路设计方面的工作,曾任高级工程师,光刻工艺负责人,研究室副主任兼任测试工艺负责人,硅工程中心产品部主任,项目/课题负责人。国家特殊津贴获得者。国家自然基金面上项目评审专家。 Michael Nicolaidis是软错误研究领域中的**,他曾开展过很多原创性的研发工作,发表过大量学术论文,申请和拥有很多发明,并建立了iROC Technologies公司,该公司针对电子系统提供完整的软错误分析和设计服务方案。
文摘
序言
这本书的价值在于它深刻地阐释了“不确定性”在现代计算领域的核心地位。它将软错误这个问题提升到了一个哲学高度,即在一个充满随机噪声的环境中,如何构建出确定性的计算结果。阅读过程中,我最大的感受是作者对于“权衡”艺术的掌握。没有一种技术是完美的,每种软错误缓解措施都伴随着资源消耗。书中对“容错预算”的分配模型分析得非常透彻,它帮助读者理解在资源有限的情况下,如何根据应用场景的风险等级来制定最经济有效的容错策略。例如,对于批处理系统和实时控制系统,错误处理的优先级和惩罚机制是完全不同的,书中针对这些差异给出了详尽的对比分析。这种高度的场景化分析,让这本书的实用性大大增强。它不仅仅是知识的传递,更是一种解决实际工程难题的思维方式的培养。
评分这本我最近读完的关于现代电子系统软错误的著作,确实给我带来了很多启发。作者在开篇部分花了大量篇幅阐述了半导体器件在当前集成电路设计中所面临的严峻挑战,特别是宇宙射线和电离辐射对SRAM等存储单元可靠性的冲击。书中详细分析了软错误发生的物理机制,从单粒子翻转(SEU)到多比特翻转(MBU),每一个环节的推导都逻辑严谨,数据详实。我尤其欣赏作者对于现有纠错码(ECC)技术局限性的剖析,它不是简单地堆砌技术名词,而是深入探讨了在超深亚微米工艺节点下,传统SECDED编码在应对突发性、大规模翻转错误时的失效模式。书中还穿插了多个实际案例研究,展示了数据中心、航空电子设备和医疗设备中软错误引发的严重后果,这使得原本枯燥的理论分析立刻变得鲜活起来,让人真切感受到提升系统鲁棒性的紧迫性。对于任何从事高可靠性电子设计或者需要理解底层硬件容错机制的工程师来说,这本书都是不可多得的参考资料,它提供了一个非常扎实的理论基础,为后续的创新性解决方案奠定了坚实的知识框架。
评分读完这本书,我感觉自己仿佛置身于一个微观世界的战场,每一次存储单元的状态变化都被作者用精确的数学模型和概率论进行了描绘。这本书的叙述风格非常注重工程实践与前沿科学的结合。它并没有停留在理论的象牙塔中,而是紧密围绕着如何通过设计手段来“驯服”这些随机出现的错误。比如,书中关于时序保护和冗余设计的部分,提供了多种不同成本效益比的实现方案,并用图表清晰地对比了它们在面积开销、延迟增加和错误覆盖率之间的权衡关系。我特别喜欢其中关于“软错误对策的层级化管理”这一章节,它提出了一种自底向上、多层次防御的策略,从物理层级的屏蔽材料到系统层级的软件校验,构建了一个立体的防御体系。这本书的语言虽然专业,但结构清晰,逻辑链条非常完整,即便是初次接触这个领域的读者,只要具备一定的电子学基础,也能循着作者的思路逐步深入。它不仅仅是告诉我们“哪里会错”,更重要的是引导我们思考“如何聪明地应对错误”。
评分这本书的深度和广度都超出了我的预期。我原以为它会侧重于某一种特定的纠错算法,但实际上,作者构建了一个宏大的技术全景图。它涵盖了从基础的半导体物理学到复杂的系统架构设计。其中对“软错误注入与测试验证方法学”的讨论,简直是教科书级别的范例。作者详细列举了如何建立可信的测试平台,如何模拟不同类型的辐射环境,以及如何量化系统的实际可靠性指标(如MTBF的修正计算)。这种对“如何验证”的关注,体现了作者极高的工程素养。很多厂商在宣传自己的容错能力时往往夸大其词,但这本书却提供了一套严谨的、可复现的评估标准。它教会我们如何用科学的、而不是凭感觉的方式去判断一个电子系统的“健壮性”。对于系统集成商和最终用户而言,这本书是甄别高质量产品的必备读物,它揭示了“好设计”背后的科学依据。
评分我必须承认,这本书的某些章节需要反复阅读才能完全领会其精髓,尤其是在探讨高级的软错误掩蔽技术时,涉及到了一些复杂的电路拓扑和算法优化。然而,正是这种挑战性,让它区别于市面上那些浮于表面的技术概述。作者敢于深入探讨那些尚未完全成熟的前沿研究方向,比如基于AI的错误预测与预防机制,这表明这本书不仅是现有技术的总结,更是对未来十年电子系统可靠性发展趋势的预判。书中对未来工艺节点的挑战预测,特别是对量子效应可能带来的新型软错误模式的探讨,展现了作者的远见卓识。总而言之,这是一本厚重且极具洞察力的专业著作,它以一种近乎苛刻的严谨态度,解剖了现代电子系统中“隐形杀手”的本质,是该领域研究者和高级设计师不可绕过的里程碑式作品。
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