The impact of voltage scaling over delay elements with focus on post-silicon tests

Abstract

A demanda sem precedentes por poderosos dispositivos de processamento gerou quebras consecutivas de paradigma de projeto de circuito na área de Circuitos Integrados (CIs). O uso de tecnologia submicrométrica profunda aumenta a densidade de integração a níveis nunca vistos antes. No entanto, com CIs mais densos, a inclinação do relógio e outros efeitos requerem compensações em design síncrono, o que pode aumentar a área e o consumo de energia a valores inaceitáveis. Como alternativa, o paradigma assíncrono está re-emergindo, focado na eficiência de energia. Entre os modelos clássicos de projeto assíncrono, o Empacotamento-de-Dados (ED) se destaca pela sua capacidade de fornecer alto desempenho, reduzir a potência e obter resultados de área semelhante à dos modelos síncronos. Diferentemente dos modelos mais robustos de quase-atraso insensível, uma outra classe comum de modelos para implementar circuitos assíncronos, circuitos ED requerem o uso extensivo de Elementos de Atraso (EAs) para garantir a correta funcionalidade. No entanto, todos os circuitos são afetados por variações de Processo, Tensão e Temperatura (PTT), incluindo a Lógica Combinacional (LC) em ED impondo margem em elementos de atraso. Além disso, projetos atuais usam escalonamento de tensão para melhorar a eficiência de energia, o que afeta o atraso diferentemente em LCs e EAs adicionando mais margem em EAs. Um novo modelo baseado em ED chamado Blade usa o conceito de resiliência como uma esperança para evitar a margem de atraso causada por PTT e escalonamento de tensão. Contudo, o uso de dois elementos de atraso irá representar mais margens e mais tempo de teste no circuito final. Assim, este trabalho mostra uma análise do comportamento de elementos de atraso sob escalonamento de tensão e o impacto em testes pós-silício. Ele introduz um novo termo para determinar o impacto da escala de tensão sobre os elementos de atraso e também a comparação entre os EAs mais utilizados em projetos ED usando esta nova métrica. Uma análise de testes em modelos ED e Blade é apresentada e o impacto da escala de tensão nestes projetos é analisado. Finalmente, um novo elemento de atraso é proposto focando na redução de margem e redução no tempo de teste para o modelo Blade.