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卫星用典型sram存储器空间辐射效应及模拟试验方法研究

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卫星用典型SRAM存储器空间辐射效应及模拟试验方法研究

作者：楼建设上海交通大学

学位级别：硕士

sram存储器是卫星电子系统的核心部件,开展sram存储器的空间辐射效应研究及抗辐射性能评估对于保证卫星在轨可靠运行具有重要意义。而国内现有方法一般只能对sram存储器的抗辐射性能作出定性判断,较难单独研究sram存储器的空间辐射效应... 详细信息

sram存储器是卫星电子系统的核心部件,开展sram存储器的空间辐射效应研究及抗辐射性能评估对于保证卫星在轨可靠运行具有重要意义。而国内现有方法一般只能对sram存储器的抗辐射性能作出定性判断,较难单独研究sram存储器的空间辐射效应规律,并且存在效应测量方法不统一、失效评判依据各异等问题,较难满足sram存储器的抗辐射性能评估对试验方法的需求。本文通过测量60Coγ射线辐照和辐照后加速退火条件下sram存储器典型直流参数、交流参数及功能参数变化情况,研究了sram存储器的电离总剂量效应规律,选取了存储数据逻辑状态出错(WW≠0)、电源电流作为sram存储器的电离总剂量效应敏感参数;以重离子加速器为辐射源,测量了不同LET的重离子辐照下体硅和SOI工艺sram存储器的单粒子翻转效应,得到了器件的σ～LET曲线,并预估了两种轨道下器件的空间单粒子翻转率。在以上研究基础上,建立了sram存储器的空间辐射效应模拟试验方法。研究结果已经应用到八院院标《Q/RJ×××-2012宇航用微型计算机与存储器单粒子效应试验方法》中,该标准对sram存储器单粒子效应模拟试验的条件和程序给予了详细规定。

关键词： sram存储器电离总剂量效应单粒子效应模拟试验方法

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40Mb单片抗辐射sram存储器芯片

电子技术（上海） 2020年第2期49卷 1-3页

作者：沈磊赵凯王海华上海复旦微电子集团股份有限公司上海200433

抗辐射大容量sram存储器是航天航空电子系统中的关键微电路产品。依托先进的22nm FDSOI CMOS工艺制造平台,设计了一款高性能单片40Mb抗辐射异步sram。单粒子地面模拟试验结果显示,该大容量sram具有优秀的抗单粒子翻转能力,是目前已知具... 详细信息

抗辐射大容量sram存储器是航天航空电子系统中的关键微电路产品。依托先进的22nm FDSOI CMOS工艺制造平台,设计了一款高性能单片40Mb抗辐射异步sram。单粒子地面模拟试验结果显示,该大容量sram具有优秀的抗单粒子翻转能力,是目前已知具备高抗单粒子性能中容量最大的单片sram存储器芯片。

关键词：集成电路设计 sram存储器单片芯片单粒子效应 FDSOI工艺

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宇航用sram存储器单粒子效应试验研究

上海航天 2013年第3期30卷 60-64页

作者：曹晖郑渊刘伟鑫吾勤之上海航天技术研究院上海201109 上海精密计量测试研究所上海201109

用高能重离子加速器对宇航用典型静态随机(sram)存储器进行了单粒子效应模拟试验研究。给出了测试系统、试验样品、辐射源、试验方法及条件,以及所得单位注量重离子引起的单粒子翻转发生次数-线性能量传输值(σ-LET)曲线。讨论了重离子... 详细信息

用高能重离子加速器对宇航用典型静态随机(sram)存储器进行了单粒子效应模拟试验研究。给出了测试系统、试验样品、辐射源、试验方法及条件,以及所得单位注量重离子引起的单粒子翻转发生次数-线性能量传输值(σ-LET)曲线。讨论了重离子单粒子翻转率预估方法和FOM法,并用后者预估了典型GEO轨道上器件的空间单粒子翻转率。

关键词： sram存储器单粒子效应翻转率预估

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基于sram的感存算一体化技术综述

电子与信息学报 2023年第8期45卷 2828-2838页

作者：杨兴华杨子翼苏海津姜炜煌张静魏琦骆丽王忠静吕华芳乔飞北京林业大学理学院北京100091 北方工业大学信息学院北京100041 北京交通大学电子信息工程学院北京100044 清华大学北京100084

基于sram(静态随机存取)存储器的感存算一体化芯片架构将传感、存储和计算功能结合,通过使存储单元具备计算能力,避免了计算过程中数据的搬移,解决了冯诺依曼架构所面临的“存储墙”的问题。该结构与传感器部分结合,可以实现超高速、超... 详细信息

基于sram(静态随机存取)存储器的感存算一体化芯片架构将传感、存储和计算功能结合,通过使存储单元具备计算能力,避免了计算过程中数据的搬移,解决了冯诺依曼架构所面临的“存储墙”的问题。该结构与传感器部分结合,可以实现超高速、超低功耗的运算能力。sram存储器相较于其他存储器在速度方面具有较大优势,主要体现在该架构能够实现较高的能效比,在精度增强后可以保证较高精度,适用于低功耗高性能要求下的大算力场景设计。该文调研了近几年来关于感存算一体化的研究,介绍了传统感知系统和持续感知系统及感算共融系统,并介绍了基于sram存储器的感存算一体芯片最常见的几种计算单元结构,在电压域、电荷域和数字域考察了基于sram的感存算一体的研究发展,进行分析对比其优劣势,结合调研分析讨论了该领域的未来发展方向。

关键词：感存算一体 sram存储器冯诺依曼计算架构

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基于排序网络的奇数大数逻辑门电路设计

电测与仪表 2022年第11期59卷 189-193页

作者：王艳张楠郭靖中北大学电子测试技术国防重点实验室太原030051 仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

针对sram存储器存在的软错误(Soft error),文章提出了一种可应用于差集码(Difference Set Code,DS)的奇数大数逻辑门(Majority Logic Gate,MLG)电路。论文构造的θ(θ为奇数)输入的MLG电路需要1个2^(-1)(θ+1)输入的排序网络、1个2^(-1)... 详细信息

针对sram存储器存在的软错误(Soft error),文章提出了一种可应用于差集码(Difference Set Code,DS)的奇数大数逻辑门(Majority Logic Gate,MLG)电路。论文构造的θ(θ为奇数)输入的MLG电路需要1个2^(-1)(θ+1)输入的排序网络、1个2^(-1)(θ-1)输入的排序网络、2^(-1)(θ-1)个2输入与门、1个2^(-1)(θ+1)输入或门。在FPGA上对比使用传统MLG电路和文中构造的MLG电路实现DS码译码器的硬件开销。结果表明,相比于使用传统MLG电路,DS码译码器在使用文中构造的MLG电路时,有效降低了Slices、逻辑延时、6-LUT、Flip-Flops。

关键词： sram存储器大数逻辑门排序网络 FPGA 硬件开销

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基于忆阻器的典型混沌电路及存储设计

基于忆阻器的典型混沌电路及存储设计

作者：李浩申延边大学

学位级别：硕士

随着近年第四种基本电路元件忆阻器的发现,忆阻器已经被越来越多的学者所关注,其主要应用于非易失性存储器、混沌电路和保密通信等各个领域。忆阻器是一种无源非线性器件,利用忆阻器构成忆阻混沌电路可以产生丰富的非线性动力学现象。... 详细信息

随着近年第四种基本电路元件忆阻器的发现,忆阻器已经被越来越多的学者所关注,其主要应用于非易失性存储器、混沌电路和保密通信等各个领域。忆阻器是一种无源非线性器件,利用忆阻器构成忆阻混沌电路可以产生丰富的非线性动力学现象。同时忆阻器具有电阻转变的特性,使其能够实现逻辑操作和存储功能,从而突破冯·诺依曼架构瓶颈,实现存算一体的存储功能。针对以上情况,本文提出基于忆阻器的典型混沌电路及存储设计。在典型混沌电路中添加忆阻器件,使原有混沌电路的动力学行为更加丰富。此外,还设计一种基于忆阻器的sram存储器,既继承传统sram存储速度快的优点,又利用忆阻器的纳米级特性,使sram存储器的集成度、功耗得到优化。本文将从以下几个方面对忆阻器混沌电路和忆阻器存储电路进行论述:首先,设计新型五阶忆阻混沌电路,对系统耗散性和平衡点进行分析,并通过MATLAB对该系统的相轨迹、时域波形、庞加莱界面等进行数值计算,证明该新型混沌电路满足混沌条件。通过该系统的李雅普诺夫指数和分岔图研究系统参数变化对系统状态产生的影响。在仿真环境Simulink中搭建该混沌电路的仿真模型,验证该电路可以产生丰富的混沌现象。然后,设计忆阻器基础逻辑电路,为后续设计忆阻存储单元打下基础,并设计基于CMOS器件的GDI单元,弥补忆阻基础逻辑电路逻辑单一的缺陷。将忆阻基础逻辑电路与GDI单元结合设计Me MOS单元电路,通过基于Me MOS单元的同或、异或逻辑电路,验证Me MOS单元电路的可行性。最后设计基于Me MOS的D锁存器,并将其和外围电路设计基于Me MOS的sram存储单元。通过PSpice仿真验证sram存储单元逻辑正确,并与其他忆阻器sram存储单元性能对比,该存储单元能够提高集成度并降低功耗,实现非易失性存储器功能。

关键词：忆阻器混沌电路逻辑运算 sram存储器

基于dropout算法的卷积神经网络单粒子翻转容错方法

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中国科学院大学学报（中英文） 2021年第5期38卷 712-719页

作者：钱欢谢卓辰梁旭文中国科学院微小卫星创新研究院中国科学院微小卫星重点实验室上海201203 中国科学院大学北京100049

空间辐照干扰尤其是单粒子翻转(SEU)效应对神经网络芯片的正常稳定运行造成很大影响,它会导致存储在芯片sram存储器的权重参数随机发生比特位翻转,进而神经元的权重参数值发生变化,直接影响神经网络芯片输出的准确度。在分析现有的一些... 详细信息

空间辐照干扰尤其是单粒子翻转(SEU)效应对神经网络芯片的正常稳定运行造成很大影响,它会导致存储在芯片sram存储器的权重参数随机发生比特位翻转,进而神经元的权重参数值发生变化,直接影响神经网络芯片输出的准确度。在分析现有的一些抗辐照干扰方法基础上,针对芯片硬件开销、恢复时间与处理速度的问题,利用软件仿真研究在不同比例权重参数出错的情况下神经网络的测试准确度,就结果准确度下降的情况,采用dropout算法构建新的网络框架,以一定概率屏蔽受到SEU影响的神经元。仿真实验结果表明,该方法可以提升受SEU干扰神经网络的准确度。

关键词： SEU干扰 sram存储器神经网络芯片权重参数

基于ECC电路的sram自检测修复设计与验证

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基于ECC电路的SRAM自检测修复设计与验证

作者：朴英珲哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在空间环境当中,大量的辐射粒子照射到存储器芯片,辐射粒子导致存储单元发生多位翻转（Multiple Bit Upset,MBU）的软错误,以及单粒子硬错误（Single Hard Error,SHE）。其中,硬错误不会被覆盖消除,这种硬错误的积累,对于纠错能力有限... 详细信息

在空间环境当中,大量的辐射粒子照射到存储器芯片,辐射粒子导致存储单元发生多位翻转（Multiple Bit Upset,MBU）的软错误,以及单粒子硬错误（Single Hard Error,SHE）。其中,硬错误不会被覆盖消除,这种硬错误的积累,对于纠错能力有限的存储器,势必会影响其数据的准确性。因此针对两种错误,提高存储器的自检测修复能力具有重要的现实意义。本文深入研究了单粒子多位翻转和硬错误对存储器的影响,从系统级加固设计出发,基于低冗余矩阵码编码译码原理,实现了可纠正连续4位错误,加固32位数据的低冗余矩阵码电路,并对该编译码器进行了功能仿真验证和纠错模式分析。研究了自检测区分存储单元内软错误和硬错误的方法。基于低冗余矩阵码电路,对存储器进行加固设计;通过二次检测的方法,采用有限状态机实现了状态控制器设计;从而实现了修复软错误的同时判断错误类型的功能。构建故障注入平台,验证了修复软错误探测硬错误功能的正确性。研究了修复存储单元硬错误的方法。通过地址映射隔离硬错误的方法,设计实现了故障地址分析器,改进了状态控制器,并协调各个电路功能,实现了自检测修复软硬错误的sram整体结构。在SMIC65nm工艺条件下,对各个电路进行综合,并对整体sram结构进行了门级仿真验证。本文最后基于AHB总线协议,利用总线功能模型对本文设计进行了系统级验证。为自检测修复软硬错误的sram结构设计了AHB总线接口,经验证结果表明,本文设计的自检测修复软硬错误的sram结构能够集成到系统中去应用。

关键词：低冗余矩阵码 sram存储器软错误硬错误 AHB

基于CNN芯片的抗辐照干扰研究及SNN芯片损伤分析

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基于CNN芯片的抗辐照干扰研究及SNN芯片损伤分析

作者：钱欢中国科学院大学(中国科学院微小卫星创新研究院)

学位级别：硕士

空间辐照干扰尤其是单粒子翻转(SEU)效应对神经网络芯片的正常稳定运行造成了很大影响,它会导致存储在芯片sram存储器的权重参数随机发生比特位翻转,进而神经元的权重参数值就会发生变化,这会直接影响神经网络芯片输出的准确度。近年来... 详细信息

空间辐照干扰尤其是单粒子翻转(SEU)效应对神经网络芯片的正常稳定运行造成了很大影响,它会导致存储在芯片sram存储器的权重参数随机发生比特位翻转,进而神经元的权重参数值就会发生变化,这会直接影响神经网络芯片输出的准确度。近年来,随着人工智能技术的发展,原有的微控制单元(MCU)早已无法满足深度学习对海量数据运算和高速运算的要求,人工智能(AI)芯片便应运而生。对于应用在复杂空间的芯片例如卫星上的应用,对芯片的稳定运行则提出了更高的要求。本文在研究和分析针对传统芯片的加固技术上,例如硬件加固发面有三模冗余电路的方法,软件加固方面主要有擦洗方法和纠错编码。虽然这些方法能在一定程度上提升芯片的一个抗干扰能力,但对于神经网络芯片这种强调硬件开销少、恢复时间短与处理速度快等性能的芯片,传统的加固技术并不能起到一个很好的作用并且传统的加固技术也没有充分利用神经网络芯片中神经网络各个神经元相互之间连接的特性。基于以上芯片硬件开销、恢复时间与处理速度的问题,提出采用dropout算法构建新的网络框架,以一定概率屏蔽受到SEU影响的神经元,并进行了相关实验的仿真验证。本论文主要工作如下:1、本文对芯片的空间辐照干扰环境做了详细的研究与分析,分析了单粒子翻转效应产生的机理,总结了现有的一些芯片抗辐照干扰加固技术:工艺加固、屏蔽加固和设计加固的原理,并就常用的设计加固方法详细列举几种常见的加固方法如三模冗余、擦洗方法和纠错编码的原理以及不足之处。2、在手写字体数据集上,训练卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和脉冲神经网络(Spiking Neuron Networks,SNN),从准确度上验证不受干扰的神经网络对数据集的识别的准确度。对于训练好的神经网络,进行一个网络参数和模型结构的提取,并对SNN网络进行了损伤分析。3、软件仿真模拟空间辐照干扰效应,先后随机选取1‰,1%,5%,10%的比例参数进行随机位的注错干扰,这样便可得到一部分出错的参数,并使该错误参数替换原来的参数,并传回网络相应的层,赋值给对应的神经元所表示的权重,结合dropout算法和CNN网络,测试神经网络芯片在受到辐照干扰的准确度,验证算法的可行性。

关键词： SEU干扰 sram存储器神经网络芯片权重参数