ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ (МЭС)

При создании высокопроизводительных вычислительных систем много усилий уделяется вопросам надежности. Децентрализованная архитектура параллельной потоковой вычислительной системы и распределение ресурсов, поддержанное на уровне аппаратуры, позволяют без дополнительных аппаратных затрат реализовать т. н. метод программного мажорирования. В статье рассматриваются варианты реализации функционала мажоритарного элемента в параллельной потоковой вычислительной системе на основе процессора сопоставлений с использованием особенностей его функционирования. Проанализированы преимущества и недостатки вариантов реализации функционала мажоритарного элемента.

Выполнен сравнительный анализ производительности отечественных и зарубежных МК с ядром Cortex-M3. Представлены оценки быстродействия и эффективности выполнения операций отечественных МК К1986ВЕ92QI, К1986ВЕ91Т и их зарубежных аналогов STM32F103C8, STM32F100RBT6. Разработаны тестовые программы для измерения быстродействия при выполнении арифметических операций с целыми числами и числами с плавающей точкой. Проведен сравнительный анализ скорости обращения к портам ввода/вывода с помощью библиотек CMSIS, SPL «Миландр» и «STMicroelectronics». Представлен программный код тестов вычисления числа п и чисел ряда Фибоначчи. Разработаны тесты и представлены результаты расчета числа из ряда Фибоначчи рекурсивным вызовом функции и линейным алгоритмом расчета в цикле.

Предлагается «базовая» структура для организации контроля вычислений на выходах комбинационных схем по классическим кодам Хэмминга с дополнительным контролем самодвойственности каждой контрольной функции. Для этого в схеме встроенного контроля применен кодер классического кода Хэмминга с от=4 информационными разрядами, позволяющий производить самодвойственное сжатие сигналов с последующим контролем вычислений. В работе приводятся некоторые результаты моделирования самодвойственных устройств, получаемых по предлагаемой структуре организации схемы встроенного контроля. Представленный способ организации схем встроенного контроля может эффективно применяться при синтезе самодвойственных устройств с большим количеством выходов с выделением групп по четыре выхода в каждой, синтезом отдельных схем встроенного контроля и их дальнейшей совместной оптимизацией для снижения показателей структурной избыточности.

В этой статье рассмотрены методы сокращения до нескольких секунд времени загрузки от подачи питания до старта инициализации операционной системы. Рассмотренные методы являются универсальными, и для реализации некоторых из них нужна аппаратная поддержка. Эти методы испытаны в вычислительных комплексах на основе процессоров Эльбрус и проанализирована их эффективность.

В данной работе описывается новый способ аппаратного преобразования чисел из системы остаточных классов в двоичную систему счисления. Предложенный для этой цели метод опорных точек основывается на использовании небольшого арифметического блока и сокращенных таблиц поиска (Look up Table (LUT)), что позволяет пользоваться быстродействием LUT и в то же время решать проблему большой площади на кристалле. Метод опорных точек сравнивается с реализацией, основанной на модифицированной Китайской теореме об остатках. Результаты свидетельствуют о том, что новый метод имеет существенный выигрыш в задержке на критическом пути, а также обладает гибкостью, позволяющей подстраивать аппаратную реализацию под нужды разработчика.

В данной работе представлены результаты параметрической оптимизации эвристическим поиском модального фильтра на двухсторонней печатной плате с лицевыми и боковыми связями. Данное устройство позволяет защитить радиоэлектронное оборудование от импульса сверхширокополосной помехи. Оптимизация выполнялась по трем основным критериям: амплитудному, диапазонно-временному и интервальновременному. Для оптимизированных параметров представлены результаты ослабления при изменении граничных условий на концах пассивных проводников на короткое замыкание (КЗ) - холостой ход (ХХ) и ХХ-КЗ. Показано, что при изменении граничных условий ослабление оценивается амплитудой дополнительных импульсов, а не импульсов мод. Достигнуто ослабление в 4 раза по отношению к половине э. д. с. при нагрузках на концах пассивных проводников по 50 Ом и 10 раз при ХХ-КЗ. Разность максимальной и минимальной погонных задержек импульсов максимизирована до 2,45 нс/м. Достигнуто выравнивание разностей погонных задержек мод 3 и 2, 7 и 6 (0,77 нс/м), а также максимизация для мод 6 и 3 (0,91 нс/м).

С использованием средств TCAD проведена оценка влияния радиационного воздействия в диапазоне доз 20кРад - 1000кРад и толщины подзатворного окисла на сдвиг порогового напряжения и чувствительность пМОП-дозиметра на базе КМОП-технологии с изоляцией LOCOS, в котором роль подзатворного окисла выполняет толстый изолирующий слой (FOXFET). Модель FOXFET сформирована в TCAD посредством моделирования КМОП-технологического маршрута с проектными нормами 0.6 мкм. Результаты моделирования показали, что чувствительность падает с ростом дозы облучения, наибольший спад наблюдается при малых дозах до 50 кРад, при дальнейшем увеличении дозы вплоть до 1000кРад наблюдается плавное снижение, которое можно объяснить постепенным насыщением ловушек в окисле зарядом. Существенный рост чувствительности прибора наблюдается с ростом толщины окисла. С помощью моделирования также рассчитаны зависимости чувствительности дозиметра от режимов формирования локального окисла.

Представлены результаты совершенствования анализа распространения импульсных сигналов в связанных линиях передачи на примере многокаскадных структур на основе витка меандровой линии (МЛ). Для этого получены условия разложения сверхкороткого импульса (СКИ) в многокаскадных МЛ с произвольным поперечным сечением и количеством каскадов. Их апробация выполнена на примере структур с лицевой связью из 2, 3 и 4 витков, показавших ослабление амплитуды СКИ 9,3, 24,1 и 84,9 раза соответственно. Кратко описан математический аппарат и функционал программного модуля для анализа отклика таких структур. Представлена демонстрация работы модуля. Результаты работы позволят упростить и ускорить анализ многокаскадных структур на основе связанных линий.

В настоящей статье рассмотрены методы учета паразитных эффектов корпуса и разварочных проволочек. Представлена методика моделирования QFN корпусов, которая может быть использована при построении табличных моделей корпусов различных размеров. Методика основана на использовании результатов трехмерного электромагнитного моделирования. Методика моделирования использована при построении табличной модели отечественного QFN корпуса, размерами 3×3 мм2. Для верификации разработанной методики используются измерения СВЧ МИС диапазона частот 2-7 ГГц до корпусирования и после. Приведено сравнение результатов моделирования и измерений СВЧ МИС в корпусе.

К современным импульсным источникам вторичного электропитания предъявляют требования по обеспечению электромагнитной совместимости. Для удовлетворения требованиям стандартов разработчики применяют специальные схемотехнические решения и входные фильтры. Чтобы правильно спроектировать фильтр разработчику нужно знать профиль кондуктивных помех, создаваемых преобразователем. В данной работе предложен подход к определению профиля кондуктивных помех на основе упрощённой модели микрополосковой линии Хаммерстада-Дженсена. Описанный в работе метод позволяет эвристически оценить паразитные параметры межсоединений на основе длин проводников между компонентами и параметров технологического стека на этапе разработки схемы. Приведены результаты сравнения профиля электромагнитных помех полученного в результате классического моделирования схемы преобразователя, моделирования по предложенному методу и профиля, полученного в результате измерений характеристик собранного макета преобразователя в лаборатории ЭМС. Предложенный метод позволил обнаружить гармонические составляющие помех в мегагерцовом диапазоне частот.

Представлены результаты анализа и оптимизации эволюционными методами витка меандровой микрополосковой линии с учетом влияния температуры окружающей среды в диапазоне от минус 50 до 150 °C. Использована простая температурная модель линейного изменения параметров витка. В результате анализа выявлено, что изменение температуры во всем диапазоне приводит к уменьшению погонных задержек четной и нечетной мод витка до 3,23 и 2,42% соответственно и уменьшению максимальной амплитуды импульсного сигнала на выходе линии до 0,17% но увеличению среднего геометрического волновых сопротивлений четной и нечетной мод линии до 3%. Продемонстрирована возможность параметрической одно- и двухкритериальной оптимизации поперечного сечения витка с учетом влияния температуры с помощью двух методов оптимизации: генетических алгоритмов и эволюционных стратегий. Выявлено хорошее согласование результатов оптимизации двумя методами, но при близких наборах оптимальных параметров время оптимизация эволюционными стратегиями оказалось в 7 раз меньше.

Снижение потребляемой мощности является одной из важнейших задач проектирования современных СБИС. Существуют различные подходы к решению данной задачи. Одним из методов, позволяющих сократить потребляемую мощность является использование библиотек многоразрядных триггеров. Наиболее длительным этапом маршрута проектирования библиотеки многоразрядных триггеров является этап характеризации. В данной статье предлагается методика, позволяющая пользователю сократить временные затраты на характеризацию многоразрядного триггера за счет незначительной потери точности.