通過(guò)芯片級(jí)偵錯(cuò)有效減少存儲(chǔ)器軟錯(cuò)誤

時(shí)間：2007-08-27 09:38:34

關(guān)鍵字：存儲(chǔ)器芯片級(jí) BSP ECC

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[導(dǎo)讀] 到底為什么我們要討論軟錯(cuò)誤呢？誠(chéng)然，這一問(wèn)題在幾十年前就提出來(lái)了，但問(wèn)題是，相關(guān)的措施到位嗎？當(dāng)然，就某種程度而言，是到位的。諸如降低串?dāng)_等設(shè)計(jì)層面的措施，以及不使用硼磷硅玻璃、采用低α封裝和無(wú)鉛

到底為什么我們要討論軟錯(cuò)誤呢？誠(chéng)然，這一問(wèn)題在幾十年前就提出來(lái)了，但問(wèn)題是，相關(guān)的措施到位嗎？當(dāng)然，就某種程度而言，是到位的。諸如降低串?dāng)_等設(shè)計(jì)層面的措施，以及不使用硼磷硅玻璃、采用低α封裝和無(wú)鉛化等制造層面的手段，所有這些都顯著降低了由軟錯(cuò)誤導(dǎo)致的出錯(cuò)幾率。

問(wèn)題在于，這些減少軟錯(cuò)誤的技術(shù)都無(wú)法徹底根除軟錯(cuò)誤。另外，要減少由宇宙射線引發(fā)的錯(cuò)誤，恐怕需要筑上幾英尺厚的防護(hù)掩體，而這基本上是不現(xiàn)實(shí)的。更糟糕的是，軟錯(cuò)誤對(duì)當(dāng)今復(fù)雜系統(tǒng)造成影響的嚴(yán)重程度可能比以前對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的影響高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，遭遇一個(gè)特殊軟錯(cuò)誤時(shí)，當(dāng)如今的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)很可能會(huì)要求重新啟動(dòng)，從而嚴(yán)重影響服務(wù)質(zhì)量(QoS)。這就是為什么起源于航空和航天應(yīng)用中靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的軟錯(cuò)誤問(wèn)題如今對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商提出越來(lái)越嚴(yán)峻的考驗(yàn)，迫使他們采用更嚴(yán)苛的軟錯(cuò)誤規(guī)范，并施以更嚴(yán)格的約束。

隨著工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)的微縮，SRAM的每百萬(wàn)位失效率(FIT)也在隨之下降。但三重內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器(TCAM)的情況又怎樣？在90nm節(jié)點(diǎn)，TCAM的故障率與SRAM基本相當(dāng)，但就過(guò)去的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，TCAM的故障率反有增加的趨向，所以我們必須對(duì)在65nm節(jié)點(diǎn)TCAM的故障率將超過(guò)SRAM的情況做出心理準(zhǔn)備。另外，因故障率是以每百萬(wàn)位為計(jì)算給出的，所以，隨著存儲(chǔ)器容量的不斷增加，該問(wèn)題將進(jìn)一步惡化。這種趨勢(shì)非常關(guān)鍵，因?yàn)門CAM是網(wǎng)絡(luò)搜索引擎中使用的一種底層技術(shù)，負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息包進(jìn)行分類，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

對(duì)此，軟錯(cuò)誤評(píng)估工具、軟錯(cuò)誤專業(yè)服務(wù)和輻射測(cè)試服務(wù)提供商iRoCTechnologies公司總裁OlivierLauzeral指出：“SRAM和TCAM中發(fā)生的絕大多數(shù)錯(cuò)誤都是由單粒子反轉(zhuǎn)(SEU)或單點(diǎn)錯(cuò)誤(SBE)引起的。因此，為確保最高水準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)QoS，并為了符合服務(wù)等級(jí)協(xié)議，TCAM必須采用最先進(jìn)的糾錯(cuò)碼(ECC)技術(shù)。那么，這些技術(shù)具體又是怎樣的呢？

為將軟錯(cuò)誤存續(xù)時(shí)間降至最短，需要在系統(tǒng)中的不同層級(jí)配置糾錯(cuò)碼(ECC)。例如，在高可靠性系統(tǒng)中，為確保正確的系統(tǒng)功能，要從自應(yīng)用層起的功能鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)都施加ECC。但是，在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤(或更準(zhǔn)確地說(shuō)是其造成的后果)的這個(gè)點(diǎn)上，將對(duì)QoS產(chǎn)生顯著影響。對(duì)系統(tǒng)盒體級(jí)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行持續(xù)監(jiān)視并予以消除當(dāng)然能夠很好地避免許多災(zāi)難性的錯(cuò)誤。但是，如果“遲”至應(yīng)用級(jí)，則有可能無(wú)法對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行糾錯(cuò)。所以，在芯片級(jí)進(jìn)行偵錯(cuò)的方法具有最高可靠性。

問(wèn)題在于：是將ECC集成進(jìn)TCAM，還是在外部應(yīng)用ECC？畢竟，外部ECC方法已實(shí)施多年，業(yè)內(nèi)經(jīng)過(guò)時(shí)間洗禮，是一種被證明行之有效的存儲(chǔ)器糾錯(cuò)方法。但是，外部ECC要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在開(kāi)發(fā)所需的電路時(shí)花費(fèi)更多設(shè)計(jì)時(shí)間、付出更大努力和開(kāi)銷，且所用的器件成本和PCB面積也更高更大。它還需要系統(tǒng)處理器發(fā)布命令和進(jìn)行控制，但這樣也會(huì)增加系統(tǒng)延遲，進(jìn)而可能對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)負(fù)面影響。隨著TCAM變得越來(lái)越大，這些不利因素(特別是性能方面的影響)將會(huì)更嚴(yán)重。

將ECC集成進(jìn)TCAM將免去所有這些問(wèn)題。集成的ECC電路是專門為TCAM優(yōu)化設(shè)計(jì)的，從而使完成相應(yīng)功能所需增加的絕對(duì)門數(shù)和成本都最少。另外，ECC的工作會(huì)被器件延遲所“掩蓋”，而在整個(gè)工作條件下，器件的延遲參數(shù)是具體及可預(yù)測(cè)的。另外，該設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作是由半導(dǎo)體廠商完成的；所以，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師不必再為此勞心費(fèi)力。

正因?yàn)檫@些原因，IDT將ECC集成進(jìn)其搜索加速器。ECC可在內(nèi)核內(nèi)糾正單一錯(cuò)誤并偵測(cè)出雙重錯(cuò)誤，它還檢測(cè)接口的總線奇偶性。非常重要的是，它還檢測(cè)最近一直沒(méi)訪問(wèn)過(guò)的內(nèi)容以偵測(cè)“沉默”的錯(cuò)誤。所謂“沉默錯(cuò)誤”，就是那些直到數(shù)據(jù)被訪問(wèn)前一直保留并可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果(例如，一個(gè)轉(zhuǎn)錯(cuò)了的911緊急呼叫)的錯(cuò)誤。另外，集成ECC工作在后臺(tái)模式，從而不會(huì)對(duì)搜索性能產(chǎn)生影響。

隨著工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷精進(jìn)，以及TCAM變得越來(lái)越大，加之我們想方設(shè)法要從中獲取更多性能方面的好處，對(duì)設(shè)備供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，用于軟錯(cuò)誤糾正的集成ECC是唯一具成本效益的方案。糾正軟錯(cuò)誤不必等到“事后諸葛亮”。