으로 인한 소프트 에러에 강한 비동기 묶음 데이터 설계: SERAD
📝 원문 정보
- Title: SERAD: Soft Error Resilient Asynchronous Design using a Bundled Data Protocol
- ArXiv ID: 2001.04039
- 발행일: 2020-01-23
- 저자: Sai Aparna Aketi and Smriti Gupta and Huimei Cheng and Joycee Mekie and Peter A. Beerel
📝 초록 (Abstract)
방사선에 의한 소프트 에러의 위험은 여전히 엔지니어들이 혹독한 환경을 다루는 시스템을 구축하는 데 있어 중요한 도전 과제입니다. 설계 단계에서 방사선 경화를 통해(RHBD) 이를 해결하려는 접근법이 선호되지만, 기존의 방법들은 성능, 전력, 혹은 면적 측면에서 비용이 많이 듭니다. 본 논문에서는 시간 및 공간적인 중복성을 활용하여 싱글 이벤트 트랜지언트(SET)와 장애(SEU)를 완화하는 새로운 소프트 에러 내성 비동기 묶음 데이터 설계 템플릿, SERAD를 소개합니다. SERAD는 순차 요소의 입력에서 SET을 감지하고 다시 샘플링하여 이를 수정하기 위해 오류 검출 논리(EDL)를 사용합니다. SERAD는 SET이 발생할 때만 지연 패널티를 지불하므로, 평균적으로 기준 동기 설계와 유사한 성능을 갖습니다. 본 연구에서는 Spice 및 Verilog 시뮬레이션을 통해 SERAD 설계를 테스트하고, NCSU 45nm 셀 라이브러리를 사용하여 오픈코어 MIPS 유형 프로세서에서 면적, 주파수, 전력에 대한 영향을 평가했습니다. 포스트-시나리오 결과는 SERAD 설계가 TMR의 절반보다 작은 면적을 차지하며, Glitch Filtering(GF)보다 성능 저하가 적고, 기준 무경화 설계와 동일한 총 전력을 소비한다는 것을 보여줍니다.💡 논문 핵심 해설 (Deep Analysis)
This paper introduces a novel design template called SERAD (Soft Error Resilient Asynchronous Design), which aims to mitigate soft errors caused by radiation in digital circuits. The primary issue addressed is the challenge of maintaining reliability in harsh environments, such as space or nuclear facilities, where radiation-induced soft errors can significantly degrade circuit performance.SERAD employs a combination of temporal and spatial redundancy alongside error detecting logic (EDL) to detect single event transients (SETs) at the inputs of sequential elements. Upon detection, it corrects these transient errors through re-sampling. This approach ensures that SERAD only incurs a delay penalty when an SET actually occurs, which is rare, thus maintaining comparable average performance to baseline synchronous designs.
The key achievements include consuming less than half the area compared to Triple Modular Redundancy (TMR) techniques and exhibiting significantly less performance degradation than glitch filtering methods. Additionally, it consumes no more total power than a baseline unhardened design.
This research is significant as it provides an efficient solution for enhancing reliability in harsh environments where radiation-induced errors are prevalent. The practical applications of SERAD extend to various industries such as space exploration and nuclear power plants, making it a valuable contribution to the field of digital circuit design.