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SRAM尺寸縮小的隱患:軟錯誤
上網時間:2002年03月30日 http://www.esmchina.com/ART_8800 ... 5_4300_69d365f2.HTM0 t" U- a2 U0 ^0 o0 ] Y
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隨著記憶體積體電路朝著更小的尺寸的發展,且越來越多的被用於網路設備市場中,靜態隨機記憶體(SRAM)器件出現錯誤的頻率越來越高。同以前DRAM製造商所曾遇到過的困難一樣,SER (軟錯誤率)正成為40億美元SRAM行業越來越顯著、越來越麻煩的問題。 ! e; H8 h; v4 @+ F& v/ r3 C
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軟錯誤是一個自然現象。一個軟錯誤就是一次失敗的運算,由阿爾法粒子或宇宙射線引起。這一錯誤是隨機的,它不會損壞或燒毀晶片。Semico研究公司分析員Bob Merritt指出這一現象是由兩個原子碰撞引起的脈衝能量沿一個確定的路徑衰減直到消失。Merritt說:“如果那個路徑碰巧發生在半導體取單元中存儲資料的時空點,這個能量將導致電路在錯誤的方向讀或寫。” ' H. \2 x, {, }) {( w' `
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在個人電腦或手機(占2001年SRAM銷售額的50%)中出現一個軟錯誤,用戶通常都察覺不到。然而如果這樣的誤操作出現在網路設備中(占2001年SRAM市場約24%),就會同資金轉帳一樣,發送資訊包到錯誤的位址。 % V( K+ L0 T( K" w, A
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向0.13微米工藝技術過渡使得SRAM軟錯誤率更高。Merritt指出:“隨著光刻技術越來越小,引入了軟錯誤。當空間變得越來越小,工藝中斷和資料混淆也越來越容易發生。”其他發展趨勢也使得軟錯誤率增大。例如,低電壓技術將減少電容容量並增加存儲單元對於阿爾法粒子和宇宙射線的敏感性;更快的時鐘頻率會給粒子更多機會中斷讀或寫命令;更高的密度也使得設計者可能沒有包括足夠的錯誤校正或奇偶校驗位。
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: Z& J; @. l7 H9 LIBM公司微電子會員和技術主管Russ Lange指出軟錯誤率也取決於海拔高度。IBM公司發現在海平面上10,000英尺測試的SRAM軟錯誤率值比在海平面上測得的高14倍,主要原因是受到更高的宇宙射線照射。 3 X+ z, H! T' ~" L
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Lange表示,儘管阿爾法粒子粒子能夠通過改進封裝進行控制,但即使在晶片上封裝一層塑膠,宇宙射線仍不可能完全封閉。他說:“這是個無法改變的事實。”
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在問到為什麼不能用DRAM取代SRAM時,Lange說,DRAM由於是基於溝道技術的,因此很大程度上不受軟錯誤的影響,但這意味著對存取速率的折衷。而在一些應用中,採用SRAM並構建錯誤校正代碼可能是個更好的選擇。因為SRAM軟錯誤不是每天發生的事情。MoSys公司副總裁和知識產權主管Mark Eric-Jones指出典型的軟錯誤為1,000 FIT,這表示一個器件每隔144年失效一次。 6 J- _$ R' G9 S* j$ \. B3 T2 `
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Eric-Jones說道:“不幸的是,在0.13微米工藝技術中我們發現一些存儲技術的錯誤率高達每百萬位元10,000或100,000 FIT。這使得一個單獨器件中錯誤出現頻率降到幾個月或幾個星期一次。” + v/ _* h5 T# B; I$ i# K, ]; U
( F! l6 x. I2 t' N解決方案
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) Z T1 w$ k) {$ n/ S* j& ?Eric-Jones指出MoSys公司已開發出一種錯誤校正技術,它可以減小單個電晶體SRAM的軟錯誤而不需要更多晶片面積。採用該技術和配套的透明錯誤校正,可以在0.13微米線寬工藝保持1,000 FIT軟錯誤率。 4 ~. |+ w5 t/ o) C8 w/ P4 ]
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富士通公司和日本東芝公司則表示,快速週期記憶體是另一解決辦法。它可以提供低等待時間和低錯誤率。 / Z, g( h2 v9 n* R4 u9 `
- R& l! }2 {* m ?" ]6 c賽普拉斯(Cypress)半導體公司則通過製造工藝、封裝和晶片層次的整體改進來減少靜態隨機記憶體的軟錯誤。該公司高級品質管制Sabbas Daniel指出他們在發佈新產品之前會進行加速軟錯誤率檢測,通過在晶片附近放置放射源,能夠加速通常條件下觀測到的錯誤率。賽普拉斯公司的目標為每個產品軟錯誤率200 FIT,並願同客戶分享資料。Daniel說:“根據應用和危險程度不同,當客戶覺得比率太高時,可以選擇使用錯誤校正代碼。
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IBM公司向客戶提供指南和軟錯誤率模型,用於培訓設計者並幫助他們決定哪種折衷(例如包含錯誤校正代碼)更好地滿足需要。Lange說道:“我們不得不和每個客戶進行緊密合作,確保他們知道這個現象,因為不知道這個問題的人數多得實在令人吃驚。” |
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