Plaeser - plataforma de emulação de soft errors visando a análise experimental de técnicas de tolerância a falhas: uma prototipação rápida utilizando FPGAs

Abstract

O constante avanço na fabricação de circuitos integrados com a miniaturização da tecnologia, o aumento da frequência de operação e a diminuição da tensão de alimentação fazem deles cada vez mais sensíveis à radiação. A preocupação com a sensibilidade de circuitos integrados não é mais restrita a projetos de aplicações espaciais onde o ambiente é mais hostil quanto à radiação. Circuitos fabricados com tecnologias em escala nanométrica são potencialmente sensíveis a partículas que se encontram na atmosfera terrestre e até no nível do mar. A importância da tolerância a falhas em semicondutores existe desde quando anomalias foram observadas no comportamento de dispositivos operando no espaço. A larga presença de circuitos integrados em diversas áreas do nosso cotidiano faz com que técnicas de tolerância a falhas ganhem importância também para aplicações terrestres. Desse modo, formas eficientes de avaliação dessas técnicas de tolerância a falhas são essenciais para lidar com essa demanda. É importante que essa avaliação possa ser realizada em etapas iniciais do projeto de circuitos integrados tolerantes à radiação de forma a reduzir o custo com locação de instalações que utilizam equipamentos de radiação induzida para verificação. Nesse contexto, o trabalho de dissertação apresenta um estudo sobre diferentes técnicas de injeção de falhas. Além do estudo, foi desenvolvida uma plataforma de emulação de soft errors (PLAESER) visando a análise experimental de técnicas de tolerância a falhas. A plataforma PLAESER provê suporte ao fluxo proposto para avaliação de técnicas de tolerância a falhas em fase inicial do projeto de circuitos robustos através da prototipação rápida em FPGAs. Os resultados obtidos com os casos de teste utilizados procuram mostrar o emprego do fluxo proposto para análise de técnicas de tolerância a falhas.

The continuous improvements in the integrated circuits manufacture process considering the miniaturization of technology, increase of clock frequencies and limitation of power supply, make them more susceptible to radiation. The concern with circuit sensitivity is no longer restricted to space applications, in harsh environment. Integrated circuits manufactured with nanometric technologies are potentially sensitive to particles present in the atmosphere and also at the sea level. Fault tolerance strategies applied to semiconductors have been around since upsets were first experienced in space applications. The large usage of integrated circuits in several areas of everyday life makes fault tolerance techniques important also for terrestrial applications. Therefore, efficient hardness evaluation solutions are essential to deal with this demand. Such evaluation is important and should be performed earlier in hardened integrated circuit designs in order to reduce costs with rental of radiation facilities. In this context, this work presents a evaluation of different fault injection techniques. Moreover, a soft error emulation platform (PLAESER) has been developed in order to analyze fault tolerance techniques experimentally. PLEASER gives support to the flow proposed to evaluate fault tolerance techniques earlier in hardened circuit designs through rapid prototyping. The results obtained with the selected test cases show the employment of the proposed flow to analyze fault tolerance techniques.