Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка программно-аппаратных средств контроля сбоеустойчивости проекта специализированной микросхемы

Номер контракта: 14.577.21.0161

Руководитель: Брехов Олег Михайлович

Должность: заведующий кафедрой 304 Московского авиционного института

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
сбоеустойчивость, внесение сбоев, подсистема сапр, моделирование сбоев, специализированная микросхема

Цель проекта:
1. Формулировка задачи/проблемы, на решение которой направлен реализуемый проект. Для обеспечения требуемого уровня сбоеустойчивости микросхем космического применения, реализующих сложные вычислительные алгоритмы, на этапе проектирования должны быть разработаны поведенческие модели функционирования этих схем, модели формирования основных типов сбоев, модели воздействия сбоев на работоспособность микросхем, а также модели средств парирования сбоев. Реализация этих моделей может быть обеспечена методами аппаратного и симуляционного моделирования. В данном проекте рассматривается задача определения оптимальной архитектуры программно-аппаратного комплекса при моделировании проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев. 2. Формулировка цели реализуемого проекта. Целями реализуемого проекта являются: - разработка методики моделирования проекта микросхемы на базе БИС и СнК (система на кристалле) с имитацией сбоев; - разработка оптимального варианта решения задачи контроля сбоеустойчивости проекта специализированной микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах. - разработка программно-аппаратных средств контроля сбоеустойчивости проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах серий 5521 и 5529

Основные планируемые результаты проекта:
1.Краткое описание основных результатов (основные практические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).

- Методика моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев;
- Методика разработки ПАК;
- Программно-аппаратный комплекс (ПАК) контроля сбоеустойчивости проекта микросхемы, предназначенный для анализа сбоеустойчивости проектов микросхем, созданных средствами системы автоматизированного проектирования специализированных микросхем типа «система на кристалле» (САПР СнК) на базовых кристаллах серий 5521 и 5529;
- Проект тестовой микросхемы для проведения испытаний ПАК в виде поведенческой модели на синтезируемом подмножестве языка описания аппаратуры и верификации SystemVerilog (IEEE Std 1800-2009).
- Экспериментальные образцы тестовых микросхем.
- Методика комплексных испытаний программного комплекса и аппаратных средств ПАК.
- Результаты испытаний ПАК контроля сбоеустойчивости проекта микросхемы с использованием проекта тестовой микросхемы.

2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), научной (научно-технической, инновационной) продукции.

Методика моделирования проекта микросхемы на базе БИС и СнК (система на кристалле) реализована на основе метода внедрения неисправностей и позволяет выполнять высокопроизводительное моделирование проектов микросхем типа «система на кристалле» с имитацией сбоев.
Методика разработки ПАК обеспечивает оптимальное распределение аппаратно-программных средств ПАК между специализированными платами, осуществляющими непосредственную эмуляцию целевых микросхем, и основной частью ПАК.
ПАК позволяет реализовать проекты специализированных микросхем объёмом не менее 8 000 000 транзисторов, посредством автоматизированного проектирования специализированных микросхем типа «система на кристалле» на базовых кристаллах серий 5521 и 5529.
ПАК обеспечивает моделирование проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев с возможностью коррекции проекта.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1.Описание конечного продукта, создаваемого с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.

В основе используемой методики оценки сбоеустойчивости лежит метод внедрения неисправностей. Известные реализации данного метода требуют дополнительных ресурсов ПАК.
Реализация метода внедрения неисправностей данного проекта обеспечивает оптимальное соотношение аппаратно-программных средств ПАК между специализированными платами, осуществляющими непосредственную эмуляцию целевых микросхем, и основной частью ПАК.
Конечным продуктом является ПАК контроля сбоеустойчивости проекта микросхемы, предназначенный для анализа сбоеустойчивости проектов микросхем типа «система на кристалле».
В состав ПАК входят:
а) программный комплекс (ПК);
б) аппаратные средства (АС), включающие в себя приборно-измерительную базу для проведения испытаний и рабочую станцию для управления приборно-измерительной базой и обработки результатов испытаний.
Программный комплекс и аппаратные средства ПАК в соответствии с методикой моделирования проекта микросхемы с имитацией сбоев обеспечивают:
а) выполнение функционального анализа проекта микросхемы;
б) обнаружение в проекте микросхемы блоков, возникновение сбоев в которых является наиболее вероятным;
в) определение последствия возникновения сбоев в функционировании микросхемы;
г) формирование внешних воздействий в соответствии с используемыми моделями внешней среды.
д) формирование данных для программирования аппаратных средств, обеспечивающих имитацию сбоев в соответствии с разработанной методикой;
е) моделирование функционирования проекта микросхемы с имитацией сбоев в соответствии с разработанной методикой;
ж) формирование временных диаграмм внутренних сигналов проекта микросхемы при имитации сбоев;
з) осуществление сбора, анализа, хранения и обработки данных о моделировании имитации сбоев.

2. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик.

Метод внедрения неисправностей используется для оценки сбоеустойчивости вычислительных систем, сетей и других объектов вычислительной техники. Однако, в известных публикациях, посвященных данной теме, отсутствует методика определения оптимального соотношения дополнительных аппаратно-программных средств, необходимых для реализации этого метода для контроля сбоеустойчивости проекта микросхемы типа «система на кристалле» с имитацией сбоев.

3. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

Реализуемый метод внедрения неисправностей данного проекта обеспечивает оптимальное соотношение аппаратно-программных средств ПАК между специализированными платами, осуществляющими непосредственную эмуляцию целевых микросхем и основной частью ПАК, что следует на основе результатов аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы по направлению разработки методов моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев. Был проведен обзор более 15 научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии за период 2010-2015 гг.

4. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.

Должны быть определены критерии оптимальности метода реализации внедрения неисправностей, проанализированы реализации этого метода, учитывающие поведенческие модели функционирования микросхем, модели причин появления основных типов сбоев, модели воздействия сбоев на работоспособность микросхем, а также модели средств парирования сбоев. Методика должна быть апробирована при реализации ПАК контроля сбоеустойчивости проектов специализированных микросхем типа «система на кристалле» на базовых кристаллах серий 5521 и 5529.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Описание областей применения планируемых результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться результат или планируемая на их основе инновационная продукция).

Планируемые результаты могут быть использованы предприятиями авиационно космической отрасли, осуществляющие выпуск аппаратуры с повышенными требованиями к сбоеустойчивости, такие как: АО «НИИ «Субмикрон», ОАО «Корпорация «Комета», ФГУП «МОКБ «Марс», АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева», ОАО «РКС».

Результаты работы будут востребованы при разработке современной ЭКБ во многих отраслях промышленности, позволят закрыть основную часть потребностей в специализированных БИС, обеспечить соблюдение требований по качеству микросхем, информационную безопасность и импортозамещение.
Проект послужит основой для создания в России национальной системы подготовки разработчиков ИС на базе российских ВУЗов.


2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.

Результатами внедрения методики моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» с имитацией сбоев должны быть: сокращение сроков и снижение общих затрат на разработку вычислительных систем с повышенными требованиями к сбоеустойчивости, потенциальное увеличение эффективности механизмов обеспечения требуемой сбоеустойчивости, сокращение сроков верификации и тестирования микросхем, снижение затрат на проектирование оборудования и разработку программного обеспечения для верификации и тестирования микросхем с имитацией сбоев.

3. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений, разработку новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сферы.

Внедрение в САПР высокопроизводительной методики моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев обеспечит сокращение сроков проектирования, верификации, тестирования и испытания проектов микросхем.
Методика разработки ПАК, обеспечивающая оптимальное распределение аппаратно-программных средств ПАК между специализированными платами, осуществляющими непосредственную эмуляцию целевых микросхем, и основной частью ПАК может быть применена при разработке моделирующих аппаратно-программных комплексов систем реального времени.

4. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.

Разрабатываемый программно-аппаратный комплекс может использоваться для демонстрации методики моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев на различных российских и международных научно технических выставках, использоваться в рамках НИР, ОКР, НИОКР или международных проектов, связанных с проектированием и разработкой вычислительных систем авиационно-космической отрасли, использоваться в качестве стенда для проведения лабораторных работ и выполнения курсовых и выпускных квалификационных работ студентами Московского авиационного института (национальный исследовательский университет).

Текущие результаты проекта:
- Проведен анализ отечественных и зарубежных патентов, выявленных в рамках патентных исследований на тему: «Методы моделирования проектов микросхем с имитацией сбоев»;
- Осуществлена сравнительная оценка методов моделирования проектов микросхем типа «система на кристалле» с имитацией сбоев
- Проведены исследования по определению типов сбоев, возникающих в микросхемах
- Обоснован оптимальный вариант решения задачи контроля сбоеустойчивости проекта специализированной микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах
- Разработана методика моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллов с имитацией сбоев
- Разработаны технические требования к программному комплексу ПАК.
- Разработаны технические требования к аппаратным средствам ПАК
- Разработана структурная схема ПАК
- Разработана функциональная схема ПАК
- Разработана поведенческая модель проекта тестовой микросхемы для испытаний ПАК
- Разработаны программа и методики экспериментальных исследований макетных образцов тестовых микросхем.
- Изготовлены и исследованы пластины с кристаллами макетных образцов различных типов тестовых микросхем для отладки поведенческой модели тестовой микросхемы