论文研究-超深亚微米工艺下基于热量分区的SoC热感知测试调度方法.pdf

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在超深亚微米时代,功耗不但直接影响芯片的封装测试成本,而且过高的功耗将导致芯片热量的增加,影响着芯片的可靠性,为了保证芯片测试的热安全,基于热感知的测试调度方法越来越受到重视。综合考虑超深亚微米工艺下,漏电功耗、空闲芯核唤醒功耗、分区开销和热量等约束条件对SoC芯片测试的影响,利用叠加原理迅速而准确地计算功耗和热量分布,提出了一种基于热量分区的热感知测试调度方法,避免出现芯片局部过热的现象。在ITC’02基准电路上的实验结果表明,该方法在保证芯片热安全的同时,能有效地减少测试时间。
3684 计算机应用研究 第32卷 提出的划分方法是将每个测试按照叠加原理计算的热量分布本文算法釆用C语言实现,实验用的计算机配置为联想Y400 分成高温区(用Temm表示)和低温区(用Temw表示),高温系列,内存4CB,主频2.6GHz,采用与文献[7]相同的实验参 区域的测试与其他测试由于温度限制不相容而被孤立,低温区数。使用 Hotspot工具进行热量仿真实验。表I给出了SoC的 与其他测试相容可以并行调度。这种分离在不违反温度约束测试基准的详细信息,包括测试基准电路、芯核数量、漏电功 的条件下,允许测试间的最大重叠。例如,如图4(a)所示有三耗、唤酲功耗、測试功耗及测试吋长。 个测试1、"2、3,它们的测试热量(用lem;表示)和测试时间 表2给出了不考虑唤醒和分区开销的情况下,三种方法的 长度(用t1表示)分别为(20,10)、(45,10)、(25,15)。假定测试调度总时间。从实验数据可以看出,本文提出的基于热量 分区热量为40,热量阙值为60,将三个测试分区后,如图4(b)分区的热感知测试调度算法在大多数情况下能够得到更好的 所示T、T分在低温区,T分在高温区。如果不采用分区,T测试结果。把本文算法与不分区方法、文献[7进行比较,相 测试凋度后,T,由于与T1的热量叠加超过了热量阈值,所以对不分区方法,文献[7针对基准电路测试应用总时间减少为 不能并行调度,T1、T2、T3只能串行调度,如图4(c)所示,总测86.22%,本文方法针对基准电路测试应用总时间减少为78. 试吋间为35。如果采用分区,T1和73都在低温区且热量叠加46%,比文献[7]对测试应用总时间的减少多7.76%。 没有超过热量阈值,可以并行执行,T2由于热量与T1和T3叠 表3给出了考虑唤醒和分区开销的情况下,文献[7]和本 加超过了热量阈值(用Tmm表示),只有等T1、T3执行完后再文方法的测试调度总时间。把本文算法与文献[7的分区调 调度,如图4(d)所示,总测试时间为25。由此可见,采用分区度测试方法进行比较,相对文献[7],本文方法针对基准电路 可以有效地降低总的测试时间。 测试应用总时间减少为92.82%。相对于表2中不考虑唤醒 Tem=20 Tem=45 7 低温Ⅹ 高温区 和分区开销时,木文方法较文献[7]对基准电路测试应用总时 7=107=10 7==15 间减少为的90.99%略有上升。这是因为当考虑开销时,每个 (a)三个测试 分区都会带来额外的分区和唤醒测试时间的开销,所以对测试 )分区后 调度总时间的优化变小。但是在减少测试调度总时间上相对 Ten =20 10 7=10m-m=2 于文献[7]有较明显的优势,这是因为本文算法的分区开销较 Tem.=45 小分区和唤醒开销可以有效地重叠,有利于更多的测试并行 Tem. =45 执行。 t=25 T T,,-10 表1mC'02测试基准参数 (d分区调度 73=15 t=35 IrC’02基准电路心核效漏电功耗唤醒功耗测试功耗测试时长 )不分区调度 q12710 51.83-9.255.89-34.675.71-28.23880-1410 图4测试分区调度 80.41-3.291.82-11.521.46-10.84220-1180 3.2算法描述 695 110.30-1.381.49-8.121.17-6.4270-780 木文提出了一种基于热量分区的热感知测试调度算法,算1023150.19-2.760.92-11630.81-110160-2100 法描述如下 表2測试调度总时间(不考虑唤醒和分区开镨) (1)测试功耗进行初始化 总测试时间 (2)测试热量进行初始化; IrC’02基准电路 (3)将η按热量进行分区,并按时间顺序进行排列,高温区集合 不分区 献7 个义力法 cms=计,低温区集合Temw= q12710 3495 2982 2567 2789 2431 1414 (6)if (Temlow =2 and Temigh =8) d695 2716 2395 2183 goto(12) 3852 3419 314 12713 (7)ifT发生资源冲突then 总计 不分区对比% 100 86.22 78.46 tsum+=有冲突调度的完成时间; 表3测试调度总时间(考虑唤酲和分区开销 运用叠加原芈计算T的功耗分布和热量分布; 总测试时间 ITL 02 总测试时间 (9)i(Pb= Peak n or∑Tem;≥Temm) 基电路文献7]本文方法‖基准电路文或7本文方法 q12710 3021 2634 g1023 3470 325 (10)else 1953 2452 12867 11943 从Tec或Tem分区中选择相应的测试进行调度,并从集合中 d281 497 1456‖与文献[7 100 删除; 1095 2421 按时间顺序从Tem或Tem分区中选择下一个测试调度; 计算测试应用时间mn 5结束语 (11)loop(5) (12)调度完成,输出t;la 本文提出了种基于热量分区的SC热感知测试调度算 4实验结果及分析 法,综合考虑了在超深亚微米工艺下,漏电功耗、空闲芯核唤酲 功耗、分区开销和热量等约束条件对SoC芯片测试的影响。实 为了验证本文采用方法的冇效性,选用5片IrC'02基准验结果表明,该算法能在满足功耗和热量约束的条件下,有效 SC进行仿真实验,分别是q12710、953、d281,d695、g1023。地减少测试时间 (下转第3696页) 3696· 计算机应用研究 第32卷 回方式或者明确提示用户该如何操作,以避免用户使用自己的[3 Lecerof A, Paterno F. Automatic support for usability evaluation[ J 惯用方式不断幽试。 IEEE Trans on Software Engineering, 1998, 24(10): 863-887 4 Vargas A, Weffers H, Da Rocha H V. A method for remote and se- 4结束语 miautomatic usability evaluation of Web-based applications through users behavior analysis[ C]//Proc of Measuring Behavior. New York 本文根据移动手机的交互特点,针对传统可用性方法的弊 ACM Press,2010:253-256. 端,将过程挖掘技术应用到检测手机软件的可用性冋题中。 [5 Okada H, Fujioka R. Automated methods for Webpage usability 将一款基于 Android系统的手机上的图书管理软件作为 accessibility evaluations C]//Advances in Human Computer Interac- 实验平台。对软件进行了修改,使其可以在参与者完成实验任 ion.2008:352-364 务时实时无干扰地收集其交互操作的相关信息到指定的日志[6 an der aalst w m h, Van Dongen B H, Herbst j,cta. Workflow 文件中,并分别为两个实验任务设计出期望过程模犁。文中采 mining: a survey of issues and approaches[J]. Data& Knowledge 取了三种过程挖掘算法(启发式挖掘、模糊挖掘、α算法)对操 Engineering,2003,47(2):237-267 作日志进行挖掘,并且使用可视化模型将用户的行为过程形象 [7]袁尝义. Petri网原理与应用[M].北京:电子「业出版社,2005 化地展示出来。定性分析挖掘出的过程模型后,将用尸实际过[8 Van der Aalst WM P. Wei]ters. Maruster. Workflow mInir discovering process models from event logs[J]. IEEE Trans on 程模型与期望过程模型进行定量的一致性分析,综合分析结果 Knowledge and Data Engineering, 2004, 16(2): 1128-1142 得出软件潜在的可用性间题。最后将分析出的可用性问题结[91闻立杰基于工作流网的让程挖掘算法研究[D].北京:清华大 合实验参与者的反馈在软件平台上进行验证,并针对发现的可 学,2007. 用性问题提出改进建议 [1O Van der Aalst W M P. Process discovery: capturing the invisible[J] 研究表明,过程挖掘技术可以很好地解决传统可用性评佔 IEEE Computational Intelligence Magazine, 2010, 5(1):28 方法所面临的问题和挑战。本文也存在许多的不足,例如研究 中实验数据样木偏少、覆盖人群的范围不够全面,可能会导致[11 Zhang Qir. Probabilistic reasoning based on dynamic causality tree 实验结果不够完善;针对α算法的缺陷,需要更好地能挖掘重 diagrams[ J]. Reliability Engineering and System Safety, 1994 名事件任务的算法。 [12 Weijters A J MM, Ribeiro J T S. Flexible heuristics miner( FHM) 参考文就: [Cl//Proc of IEEE Symposium on Computational Intelligence and [11 IS0 9241-1l, Ergonomic requirements for office work with visual dis Dala Mining. New York: TEEE Press, 2011: 310-317 lay terminals(VDTs): gidance on usability[S]. 1998 13 Keijzers J, Den Ouden E, Lu Yuan. The double-edged sword of high [2 Ivory M Y, Hearst M A. The state of the art in automating usability feature products: an explorative study of the business impact[C]// evaluation of ser interfaces[J]. ACM Computing Surveys, 2001 Proc of the 32nd Annual Product Development and Management Asso 33(4):470-516. rial ion Internalignal Research Conference. 2008. 13-17 (上接第3684页) 参考文献 [9 Zhao Dan, Upadhyaya S. Dynamically partitioned test scheduling with [1]蒋安平.超深亚微米工艺时代集成电路设计领域所面临的技术 daptive TAM configuration for power-constrained SoC testing] 挑战[J.中国集成电路,2006(7):29-33 IEEE Trans on CAD of Integrated Circaits and Systems, 2005 L2」陈志强.深亚徴米集成电路的低功耗设计LD」.上海:复旦大学, 24(6):956-965 [10]崔小乐,熊志天,程伟,等,郏感知的SC蚁群优化测试凋度方 [3 Spencer K M, Kewal K S. A lesl partition ing technique for scheduling 法「J.仪器仪表学报,2014,35(4):948953. tests for thermally constrained 3 D integrated circuits[C]/ Proc of the[邓立宝,不立岩,俞洋,等。基于带宽匹配思想的S0C测试结构 27 th International Conference on VLSI Design and the 13th Interna 设计LJ」.仪器仪表学报,2012,33(8):1819-1825 tional Conference on Embedded Systems. [ S. I]: IEEE Press 121 Liu Chunsheng, Veeraraghavant K, Iyengar V. Thermal-aware test 2014:20-25 scheduling and hot spot temperature minimization for core-based sys- L4」王伟,董福弟,方芳,等,3D-SⅠ中多链式可配置容错结构LJ」 tems[ C]//Proc of IEEE International Symposium on Defect and Fault 电子测量与仪器学报,2012,26(2):126-1 Tolerance in VLSI SYstems. 2005: 552-562 [5]王伟,林卓伟,陈田,等.功耗束下的3D多核芯片芯核级测试[13] He zhiyuan, Peng Zebo, Eles p. A heuristic for thermal- afe Soc test 调度算法「J.电子测量与仪器学报,2012,26(7):591-596 cheduling[ C]//Proc of IEEE Intenational Test Conference. 2007:1 [6〗王伟,李欣,陈田,等.基于扫描链平衡的3DSoC测试优化方法 [冂.电子测量与仪器学报,2012,26(7):586-590 14 Bild DR, Misra S, Chantemy T, et al. Temperature-aware test [7 Yao Chunhua, Saluja KK, Ramanathan P. Partition based SoC test heduling for multiprocessor syslems-on-chiplC]//Proc of IEEE/ scheduling with thermal and power constraints under ACM International Conference on Computer-Aided Design. S.1.I technologies[ C 1//Proc of Asian Test Symposium. S1.1: IEEE IEEE Press, 2008: 59-66 Press,2009:281-286 [15 Skadron K, Stan M, Huang Wei, et al. Temperature-aware microar [8王伟,高晶晶,方芳,等.一种针对3D的BSI设计方法[J.电 hitecture[ C//Proc of the 30th Annual International Symposium on 子测量与仪器仪表学报,2012,26(3):215-22 C omputer Architecture.[S1.]: IEEE Press, 2003: 2-13

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