微处理器测试与可靠性挑战是一个随着微电子技术发展而日益受到关注的问题。根据摩尔定律，微电子技术的特征尺寸不断缩小，这不仅提高了微处理器的性能和复杂性，也为创新应用开辟了新天地，但同时也带来了测试和可靠性方面的挑战。下面将详细介绍这些挑战以及相应解决策略的知识点。
微处理器在特征尺寸缩小的情况下，制造过程中出现缺陷和参数变化的可能性大大增加。这意味着，传统的测试技术，如老化测试，变得越来越困难，甚至可能很快失效。老化测试是一种能够激活电路在运行初期可能出现的故障的测试方法，但当晶体管的栅极绝缘膜变得更薄时，其效用受到了限制，导致电路性能劣化和可靠性风险增大。特别是PMOS晶体管的负偏置温度不稳定性（NBTI）现象，由于正电界面陷阱的产生，使得PMOS晶体管阈值电压发生正偏移，进而影响电路的正常运行。
特征尺寸的缩小以及电源电压和噪声容限的下降，使得集成电路更容易受到环境诱发故障的影响。例如，α粒子和中子引起的瞬时故障可能导致输出逻辑错误，这种现象通常被称为软错误。软错误对微处理器系统的可靠性构成威胁，特别是在高可靠性应用领域如航天、军事和医疗行业。
此外，随着系统复杂性的提高和晶体管导通阈值的降低，功耗及其实现方式成为另一个挑战。电源噪声的不确定性增加，使得很难确定在受限的功耗条件下系统正确运行的最小电源电压值。为确保关键任务应用中集成电路的可靠运行，过去50年已经提出了多种方法，但这些方法引入主流应用时会因成本问题而变得不可行。
为应对这些挑战，学术界和工业界开始寻求创新的、低成本的分析、建模、测试和设计方法。在“今日计算”2013年12月的主题文章中，六篇精选文章从理论和实践的角度，探讨了高性能微处理器的创新性测试方法、可靠性分析和提升技术。
例如，文章《时钟故障检测的可测性方法的新设计》提出了能够识别在制造过程中产生的影响时钟分配网络信号传递的故障的方法。该方法通过修改时钟缓冲器，将故障转换为时钟固定故障，并通过后加工校准补偿生产参数变化。该方法对时钟缓冲器进行小幅修改，可适用于全局和局部时钟缓冲器，不会对微处理器性能或现场运作带来额外成本或影响。
在电源管理领域，《用于测试处理器电压波动的自动Stressmark生成》关注微处理器在执行不同代码片段时由于电流变化而引起的电压波动问题。文章提出了一种自动生成合适基准的方法，用以评估多核64位x86处理器对电压波动的敏感性。
为了同时降低能耗并确保高活跃期可靠运行，《面向节能和可靠性维持的Power7+主动防护频带管理》提出了一种调节处理器电压容限的方法。通过调节电压容限来跟踪负载需求，可以在确保高活跃期间可靠操作的同时降低能耗。
在《基于微处理器的系统的统计可靠性评估》中，研究人员分析了如何估计微处理器系统对软错误的可靠性，并提出了一种概率方法。通过执行指令集架构中每条指令的成功概率来刻画微处理器，快速分析了发生软错误时的成功执行概率。
《时序电路的错误掩蔽和恢复特性分析》提出了错误掩蔽和恢复特性，通过在时序电路中分析故障影响，提供电路对瞬时故障的反应和恢复能力。
微处理器测试与可靠性挑战涉及到制造缺陷、参数变化、瞬时故障以及功耗管理等多个方面，针对这些问题，当前的解决方案包括改进测试策略、增强电源管理、创新设计方法以及统计可靠性评估等。随着技术的不断进步，这些挑战和解决方案将不断演化，以满足未来高性能微处理器测试与可靠性的需求。
