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素子特性のばらつき増大による設計困難性を緩和する設計容易化手法に関する研究

研究简化设计方法，以减轻由于器件特性变化增加而导致的设计困难

基本信息

批准号：
10J02357
负责人：
國武勇次
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J02357/
关键词：
NBTI SRAM SNM レジスタファイルキャッシュメモリ経年劣化

项目摘要

素子特性のばらつきは製造時に発生し,動作時に掛かる様々なストレスによって特性が劣化する.トランジスタサイズの微細化に伴い,ばらつきや劣化の影響が大きくなると要求仕様を満たすための設計制約が厳しくなり設計が困難となる.したがって素子特性のばらつきや劣化による特性変動を抑制することは重要である.本年度は経年劣化の一つである負バイアス温度不安定性(NBTI : Negative Bias Temperature Instability)に焦点をあてた.NBTIはPMOSトランジスタの閾値電圧を負方向に変動させる.集積回路の中で多用されるレジスタファイルやキャッシュに用いられるSRAMセルでNBTIが発生するとSRAMセルの読出し動作の安定性(SNM : Static Noise Margin)を低下させるためSNM低下の抑制手法を検討した.SRAMセルのSNM低下を抑制するためにNBTIがPMOSトランジスタの動作に依存して閾値電圧を変動させる特性(ストレス・リカバリ特性)に着目した.SRAMセルを構成するPMOSトランジスタのストレス状態を短くすることでSNM低下の抑制を試みた.回路シミュレーションにより,ストレスとリカバリを繰り返す周期が10msec以下で,SRAMセルに同一の値を保持する確率が20%～80%の時にSRAMセルのSNM低下を抑制できることが明らかとなった.以上の結果から,SRAMセルで保持される値を定期的に反転することでSNM低下を抑制できると結論づけた.次に,レジスタファイルの高いアクセス頻度を利用してShort Term Cell-flipping Technique (STCF)とSTCF on Read and Writeと呼ぶ値反転による劣化抑制手法を提案した.これによりメモリアクセスの増加を抑えつつ効果的にSNM性低下を抑制できることをシミュレーションにより確認した.また,キャッシュメモリに対しても動作の解析を行い,連想度を増やすことでキャッシュアクセスの偏りが解消されNBTI起因の劣化が著しいSRAMセル数を削減できることを明らかにした.以上の結果より,システムレベルで局所的なメモリアクセスを解消することでNBTI起因の読出し動作の安定性を効果的にかつ低コストに抑制できることが明らかとなった.

The characteristics of the element are not produced during production, but degraded during operation. The miniaturization of the service is accompanied by the impact of degradation and design constraints. It is important to suppress the variation of the characteristics of the elements. NBTI (Negative Bias Temperature Instability) is the focus of this year's annual degradation. NBTI is the negative direction of PMOS threshold voltage. The stability of the operation of the integrated circuit in multiple applications (SNM : Static Noise Margin) Low SNM Low Suppression Methods for SRAM Low SNM Low Suppression Methods for SRAM Low SNM Low Suppression Methods for PMOS Low Voltage Operation Dependence Characteristics The SRAM is composed of PMOS and SNM. When the return period of the circuit is less than 10msec, the SRAM unit maintains the same value with an accuracy of 20%~80%, and the SRAM unit SNM is suppressed. As a result of the above,SRAM is maintained at regular intervals and SNM is suppressed. Second, the use of Short Term Cell-flipping Technique (STCF) and STCF on Read and Write and the reduction of degradation in high access frequency are proposed. This is the first time that we've seen this. In the analysis of the operation of the mobile phone, the connection degree is increased, and the degradation caused by NBTI is eliminated. As a result of the above analysis, the causes of NBTI and the stability of the behavior of NBTI are reduced.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Short Term Cell-flipping Technique for Mitigating SNM Degradation Due to NBTI

用于减轻 NBTI 导致的 SNM 退化的短期细胞翻转技术

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
IEICE Transactions on Electronics
影响因子：
0.5
作者：
T.Arakawa;K.Sekiguchi;Y.Yamauchi;K.Chida;M.Yamada;H.Takahashi;D.Chiba;K.Kobayashi;T.Ono;國武勇次
通讯作者：
國武勇次

A Case Study of Short Term Cell-Flipping Technique for Mitigating NBTI Degradation on Cache

用于减轻 NBTI 缓存退化的短期单元翻转技术案例研究