האתגר הנסתר בסיליקון

כל מערכת מחשוב מודרנית - מטלפון חכם למחשב-על - תלויה במיקרו-מעבדים המיוצרים עם דיוק בקנה מידה ננומטר-מידה.אבל גם במתקני ההבראה המתקדמים ביותר בעולם, אחידות מושלמת נותרה אידיאלית בלתי ניתנת להשגה. וריריאציות במהלך תהליך הייצור יכולות לייצר שבבים, בעוד זהה פונקציונלי על הנייר, להציג התנהגויות חשמליות ותרמיות שונות משמעותית.

בעוד ממדים טרנסיסטורים מתכווץ מתחת 10 ננומטרים, ההשפעה היחסית של פגמים בקנה מידה אטומי גדל. a יחיד חסר אטומי בשכבה תחמוצת שער יכול לשנות מתחי סף על ידי עשרות מ"ל וולט, שינוי מהירות המעבר של טרנזיטור או דליפה זרם. כאשר מכפיל מיליארדי טרנזירים על מוות, וריאציות אלה לתוך בעיות אמתיות: ללבוש מוקדם של סוללות, ואפילו שיטות אבטחה, כלומר, שימושיות של כלי רכב אוטונומיים, כלומר, שימוש, שימוש, כלומר, שימוש בכשלים, שימוש בכשלים, על פני מיליארדי טרנזירים חיוניים, שיטות אבטחה, שימוש בכישלונות, כלומר, שיטות אבטחה, שימוש בכשלים, כלומר, על פני מיליארדי טרנזירים של מערכות עמידות, שימוש בכשלים, כלומר, שימוש בכשלים של תאים קטסטרופליות של מערכות עמידות, על פני מיליארדי טרנזירים, שימוש בכשלים, על פני מיליארדי טרנזירים של מערכות אבטחה, שימוש בכשלים, שימוש בכשלים, שימוש בכשלים חיוניים של מערכות עמידות בלתי-ידי מערכת החיסון, על פני מיליארדי טרנזירים של מערכות אבטחה, על פני מיליארדי טרנזירים בלתי-טבעיים, על פני מיליארדי טרנזירים בלתי-טבעיות, שימוש בכשל

מקורות של מגוון הייצור

ייצור מיקרו-מעבד כולל מאות שלבים של תהליכים, כל אחד המציג את הפוטנציאל שלו עבור וריאציות.ריאציות אלה ניתן לסווג באופן רחב לשלושה סוגים: שיטתי, אקראי, וסביבתי. וריאציות שיטתיות נובעות ממקורות צפויים כגון סטיות עדשות ליתוגרפיה, אריזה מוטה מסיכה, או כיטוש מכני (CMP) עובי לא אחידות על פני הווריאציות אקראיות, על רקע תופעות לוואי גסות, כגון מתחים או חומרים מכניים, כגון עיבוד מכנית או מכני.

תהליך - שלב המשתנים

(FLT:0) ליתוגרפיה: תצלום: 1FLT) Photolithography מגדיר את הממדים הקריטיים של טרנסיסטורים. Variations בהתמקדות, מנה החשיפה והיערכות המסכה יכולים לגרום לריאציות קו-ביניות (שגיאות ממדים קריטיות) המשפיעות ישירות על טרנזיטור לנהוג הנוכחי והדלפה.בקיצור קיצוני (EU) גלאזני גל, רעש תמונה מוסיף שכבה נוספת של שגיאות אקראיות אלה לעתים קרובות מול אותם סימפוניות.

(FLT:0)Doping:cioFLT:1 , Ion השתלת מציג אטומים דונט לתוך סיליקון כדי ליצור צומת p-n.מספר ומיקום של אטומים דונט להשתנות באופן אקראי, במיוחד כמו אטומי צומת מתכווץ. זה תנודות דונט אקראית (RDF) הוא מקור עיקרי של סף טרנזיר מתח לא מתאים, במיוחד בזיכרון אנלוגי ועיגולים עם מינון מדויק, אשר מבטיח את המספר הסטטיסטי של פאסיסטרופלי של פאסיקטסטרופליקטציה מדויקת של פאסיסטרופליקט שונה.

(FLT:0Gate Oxide growth:FLT:1 שכבת השער תחמוצת, בדרך כלל רק כמה שכבות אטומיות עבה, חייב להיות אחיד כדי להבטיח את חוזק השדה החשמלי עקבי. Oxide עובי אפילו שכבת אטומית אחת (כ 0.3 nm) יכול לשנות זרמי מנהרה על ידי פקודות של גודל, המשפיעים הן על הביצועים והן על האמינות (למשל, התפלגות דיאלקטרית תלויה בזמן).

(FLT:0) מיטובה וחיבור:FreaLT:1 וריאציות ברוח קו מתכת, עובי, קבוע דיאלקטרי משפיע על התנגדות וכניעה, המוביל לתזמון פגמים לאורך שבב. Electromigration Lifetime גם תלוי בגודל דגנים וממשק איכות, שניהם משתנים עם תנאי מחיקה.

כיצד משתנה מערכת אחריות

אמינות מערכת מוגדרת על ידי היכולת של מערכת מחשוב לבצע את פונקציות הנדרשות תחת תנאים מוגדרים לתקופה מוגדרת. ייצור ריקנות מערערת את זה בכמה דרכים קשורות עמוק.התוצאות נעות מהידרדרות ביצועים עדינה לכשלים פתאומיים ובלתי ניתנים לערעור.

שיעור השגיאה הרכה (SER)

שגיאות רכה הן צפיפות חולפות שנגרמו על ידי נויטרונים קוסמיים או חלקיקי אלפא בולטות נקודות רגישות. Variability במתח סף transistor ו- capacitance משפיע ישירות על המטען הקריטי הנדרש כדי להפוך את תא זיכרון או שער לוגיקה. צ'יפס עם גמישות גבוהה יותר יש מטענים קריטיים נמוכים יותר, מה שהופך אותם רגישים יותר להפרעות חד פעמיות.

תזמון הפרות וכישלונות נתיב

כל מיקרומעבד נועד לפעול בתוך טווח תדר מסוים ומתח.ייצור שינויים טרנסטור עיכובים, גרימת כמה נתיבים לוגיים שילוביים לעבור סגירה תזמון בעוד אחרים מפרים את ההתקנה או להחזיק את הזמנים. צ'יפ מאותו ציר לעתים קרובות להציג הפצה של תדרים תפעוליים מקסימליים (בקרוב לעומס זמני בלבד) אך גם בתוך שבב יחיד, וריאציות מקומיות יכולות ליצור "חם" ו"חול" נתיב שולי" עלול להיות איטי מדי, כי הוא עלול להיות איטי מדי, אך ורק בטמפרטורה רגילה, אך ורק על פני טמפרטורה גבוהה מדי, כי הם עלולים, אך ורק על פני טמפרטורה, אך ורק על פני טמפרטורה קשה, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, אם הם עלולים, אך ורק על פני השטחית, אך ורק על פני השטחית, אך ורק על פני השטח, אם הם עלולים, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, באופן איטי מדי, באופן איטי מדי, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, באופן איטי מדי, באופן איטי מדי, אם הם עלולים, אם הם עלולים, אך ורק על פני שבב יחיד, אך ורק על פני שבב יחיד, אם הם עלולים, אם הם עלולים, אך ורק על פני השטח,

צמצם את החיים וצמצם את תוחלת החיים

מנגנוני אחריות כגון יציבות טמפרטורה מוטה (BTI), הזרקת נושא חם (HCI), ואלקטרומיגציה מחמירים על ידי variability.לדוגמה, חוסר יציבות בטמפרטורות הטיה שלילית (NBTI) מקטין את טרנזיסטורים PMOS לאורך זמן, גרימת מתחי סף שינוי. צ'יפs מתחילים עם הגיל הראשוני של גמישות גבוהה יותר, כי מתח חשמלי מקומי כבר מרוכז באזורים עתירי.

שיעורי כישלונ גבוהים יותר ב Multicore ו- GPU Arrays

מעבדים מודרניים משלבים ליבות זהות רבות או יחידות compute.ייצור variability גורם לכל הליבה להיות מעט ביצועים שונים תכונות כוח. בעוד מתח דינמי ותדירות דרוג (DVFS) יכול לפצות ברמה קורקזית, המערכת חייבת לפעול במהירות של הליבה האיטית ביותר שלה, בסופו של דבר תוצאות בתשואות ועונש אמינות: ההסתברות כי כל ליבות על מוות לעמוד ברמת הביצועים המינימליים עם ספירה אקספונמית יותר מאשר רמות נמוכות יותר מאשר ליבתיות בינונית.

תוצאות חיפוש: Real-World Reliability Incidents

ההשפעה של ייצור ריקנות על אמינות המערכת אינה רק תיאורטית.כמה מקרים בולטים בעשור האחרון מדגישים כיצד שינויים קלים בתהליך יכולים להוביל לבעיות נרחבות.

(FLT:0) אתגרים 7nm Yield (2021):Felo1 אינטל הודה בפומבי כי ייצור ריקנות בתהליך 7nm שלה Node גרם לשיעורי תשואה באופן משמעותי מתחת לציפיות.במיוחד, פנויות בשטר טרנזיטור וערמת מתכת גבוהה לא הביאה לדחיסות גבוהה, מה שגורם לחברה לעכב את המוצר ולאמץ יותר בדיקות אגרסיביות.

(FLT:0 AMD Ryzen 3000 סדרות וולטאז 'בעיות (2019):03FLT) 1 אדריכלות הזן 2 של AMD הציגה מתחים גבוהים יותר מצפופים מסוימים בשל וריאציות במובן המגברים המשמשים בלולאה הבקרה של מתח רגולטורית.הריאציות הנגרמות על תנאי הפחתת האלקטרומיציה המואצת במערכות יחסים, צמצום החיים של מעבדים שנפגעו ב- AMD הגיב ביעילות גירסאות אבטחה.

מחקר שגיאות של גוגל (2013): ההרחבה של Google (DRAM) מחקר שגיאה (2013): ⁇ F1 (A Seminal Paper byחוקרים ב-Google ניתחו שנים של יומני שגיאות DRAM במרכזי הנתונים שלהם, הם מצאו כי יכולת ייצור היא חיזוי ראשוני של שיעורי שגיאה: שבבים מכמה וכמה וואטפר היו שיעורי שגיאה עד 10 × גבוה יותר מאשר אחרים, גם כאשר הם תואמים באותה מהירות.

אסטרטגיות לחיקוי: מעיצוב ל- Runtime

טיפול ב-Variability דורש גישה רב-שכבתית המתפרסמת עיצוב, ייצור, בדיקות וניהול ריצה.אין טכניקה אחת מספקת; מערכות אמינות משלבות בדרך כלל כמה מהאסטרטגיות הבאות.

עיצוב ייצור (DFM)

טכניקות DFM לשנות עיצובים מעגליים כדי לסבול את הרגישות הצפויה.פרקטיקות כוללות הוספת מקודמת באמצעות, הרחבת חוטים קריטיים, ושימוש סגנונות הפריסה הממזערים את הרגישות לאנתרופולוגיה וריאציות doping. לדוגמה, מעצבים מעגלים אנלוגיים משתמשים בדפיות סטרואיד ופורסמוכות משותפות כדי לבטל ⁇ s מרחביות נמוכות. סטנדרט דיגיטלי הם לא רק עבור טיפוסיים וגרועים עבור פינות סטנדרטיות, אלא גם עבור מודלים רגישים עבור תהליכים סטטיים (R) ומודלים סטטיים סטטיים (Ricolcasticolcasticialיים (R) ו-DPTSD) ו-DPT) אשר כוללים כעת (Ricolcasticolcasting מודלים סטנדרטיים (Ricials) ו-DPTDPT) ו-DRT) ו-DRT) ו-Ricialcasting מודלים (R) ו-Ricolcasted Models (R) עבור מודלים (R.

בקרת תהליכים ומטרופולין

פבבס משקיעה במטרופולין מתקדם כדי לזהות וריאציות מוקדם. פיזור אופטי, בדיקת אלקטרון, ו- CD-SEM (מד קריטי לסרוק מיקרוסקופ אלקטרונים) משמשים למדידת שכבת עובי, רוחב קו, ושגיאה יתר על המידה. ⁇ תהליך סטטיסטית בקרה (SPC) לפקח על פרמטרים מרכזיים; אותות חיצוניים של פעולות מיידיות כגון התאמת פרמטרים כלי או ביצוע תחזוקה מונעת, בשנים האחרונות, ירידה של פונקציות מהירות עיבוד.

בדיקות הסתגלות ומסך

מבחן הייצור הסטנדרטי (למשל, סריקה לקויה, במבחן מהירות) נועד לזהות פגמים פונקציונליים אך לעתים קרובות מתגעגע בעיות אמינות מאוחרת שהוצגו על ידי בדיקת הסתגלות הולכת קדימה על ידי התאמת תנאי הבדיקה (מתח, תדירות, טמפרטורה) בהתבסס על המאפיינים של השבבים הספציפיים (למשל, שבב עם יותר גבוה מאשר דליפות ממוצעת עשוי להיבדק בטמפרטורה גבוהה יותר כדי להאיץ את ההשפעות של הזדקנות, תדירות, לחץ נמוך יותר, כי הם מופעלים על שבבים מוקדם יותר, כלומר, לחץ נמוך יותר, לחץ נמוך יותר, לחץ, לחץ, אם כי הם מופעלים לחץ דם מוקדם יותר, לחץ נמוך יותר, לחץ דם נמוך יותר, לחץ, לחץ דם נמוך יותר, אם כי הם מופעל על ידי לחץ דם נמוך יותר.

תיקון שגיאות ו Redundancy

ברגע שהמערכת מופרסת, טכניקות ריצה להתמודד עם ניידות שגרה.קוד תיקון שגיאות (ECC) הזיכרון הוא עכשיו סטנדרטי במעבדים ברמת השרת כדי להתמודד עם שגיאות רכות.אפילו הסתברות לבד יכול להפחית כישלונות בלתי נצפים על ידי פקודות של גודל.עבור מעגלים לוגיקה, משולשת לא מוצפים (TMR) ובדיקת נקודות משמשות במערכות גמישות גבוהה (מרחבים חשמליים, כולל יישומיים כפולים).

וולט ותדירות גבוהה Scaling

מתח הסתגלות ותדירות דרוג (AVFS) מערכות לפקח על חיישנים שבב (במתאים oscillators, דידות טמפרטורה) ולהתאים נקודות הפעלה בזמן אמת.אם הנתיב של הליבה מעכב על ידי ההזדקנות (המשת להאיץ), את המתח יכול להיות מוגדל או תדירות הפחתת כדי לשמור על שולי תזמון כאלה סגור הוא נפוץ בנייד SoCs שבו כוח ואמינות חייב להיות מאוזנת על מעבד עצמאי, כלומר, כלומר, באופן שונה טבלאות אבטחה, בדרך אחרת, לחץ על פני תזמון, בדרך אחרת, זה יהיה לשלב תזמון, תזמון, תזמון, תזמון, העדכונים של מערכת חיים תזמון, זה יהיה להרחיב את התזמון תזמון, זה תזמון, אחרת.

ניהול אחריות

במקום לחכות לכשלונות, מערכות יזום משתמשות בנתונים של שימוש וטלמטארי כדי לחזות ולזמן תחזוקה.לדוגמה, שרת ענן יכול לפקח על ניגודים ברמת הליבה של שגיאות ניתנות לתיקון, אירועי מתיחות מתח, וטיולים תרמיים.כאשר ליבה מראה סימנים של סחף מואץ (כנראה בשל עמידות קיצונית), המערכת יכולה להגר, ביצועים קשים, או להחליף את השרתים לפני שמפתחים חיישנים מתקדמים יותר.

תחזית לעתיד: שינוי בגבול האטומי

כמו תעשיית המוליכים למחצה דוחפת לעבר 3-מטר ואפילו דונמטר דונמים, ניידות ייצור רק להגביר את המבנים בקנה מידה אטומי - כגון השער-כל-סביב (GAA) ננוגליונים ו-2D מעבר מתכת dichalcogenide ערוצים - תוך הפיכה מנגנונים חדשים לחלוטין.לדוגמה, ננו גליון עובי חייב להיות נשלט בתוך כמה שכבות אטומיות כדי להבטיח אלקטרוסטטי, בינתיים, 3D-מחדשה לעבר גלקסיות נוגדות הפיכה לאחור.

טכנולוגיות מייגציה

(הופנה מהדף ⁇ ) , [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

מודלים חיזויים עם AI

אינטליגנציה מלאכותית היא מהפכה כיצד זמינות מודל ונוהלת.רשתות ייצור מצוקות (גנים) יכול לדמות מפות תהליך סבירות מנתוני מדידה מוגבלים, המאפשרות עיצוב מהיר יותר של סוכנים למידה כוחנית משמשים כדי לייעל רצפים של בדיקות רצף ייצור, צמצום זמן הבדיקה תוך שמירה על איכות.

לסיכום, ייצור ריקנות היא מציאות בלתי נמנעת של ייצור מיקרו-מעבדים.אפקטים שלה מחלחלים בכל שכבת מערכת מחשוב - מהטרנסטור הפיזי לתוכנה של היישום. בעוד שגמישות לא ניתן לחסל, ניתן להבין, לנהל, במידה רבה מצטמצם באמצעות תכנון קפדני, בקרה קפדנית של תהליך, בדיקות הסתגלות ומנגנונים אינטליגנטיים.

שם מקור:0.10.10.10.10

  • (ב) ⁇ (ב"ג): "איך נוצר צ'יפ"ד 1
  • (ב) .0.MIT: ייצור וריאציות ועיצוב עבור YieldveFLT 1
  • (ב) ⁇ :0) ,Borkar: The Impact of Manufacturing Variability on Circle PerformanceFLT 1
  • (ב) CMOSFLT:0) אתגרי אמינות ב-Nanoscale CMOSFLT:1