3D-SIC中多链式可配置容错结构术

三维（3-Dimension）芯片结构由于有着高密度、高速率、低功耗等优点而逐渐成为超大规模集成电路技术中的热门研究方向之一,在3D结构中通过使用硅通孔来连接垂直方向上的不同模块单元。但TSV在生产过程中会出现部分失效,导致整个芯片的失效。鉴于此,提出了多链式可配置容错结构,通过配置交叉开关单元,将TSV链与增加的冗余TSV导通的方法实现失效TSV的修复。实验表明整体修复率可以达到99％以上,同时面积开销和传输延迟也较低。     

基于故障粒度划分的NoC链路自适应容错方法

No C中数据包的传输需要经过链路,且链路占据了芯片上的绝大部分面积,故对链路的容错尤为重要.为解决链路的故障问题,该文将链路故障进行粒度划分,并提出了一种自适应的链路容错方法.当链路出现粗粒度故障时,重配置另一条链路的方向来传输数据包.当链路出现细粒度故障时,结合网络通信状态,选择重配置另一条链路的方向或利用自身剩余的完好位线来多次传输数据包.实验结果表明,该文方法较双向链路重配置方案和单向链路多次传输的容错方案而言,延时最多减小27.2%和34.2%,吞吐率最多增大21.7%和35.3%。在链路出现不同情况的故障时,该文方案有着明显的优势,保证了网络的可靠性。     

簇式三维片上网络通信压力弱化策略

针对3D NoC中TSV衬垫面积大,TSV利用率低的特点,采用4个plane router共享一个TSV router的簇式结构,分时共享TSV;针对路由器故障,则提出一种在输入端口和输出端口间建立旁路的机制,当plane router的缓冲区和交叉开关故障时,数据包由旁路转发;对于TSV router故障,则通过增加数据分配器和多路选择器,进行加固;为弱化过热点,提出新的压力弱化模型,根据其自身通信量以及所处的位置,动态调整路由方向.仿真结果表明,与传统XYZ路由相比,无故障时平均网络延时减少21％～27％,有故障时减少20％～39％,吞吐率比minTSV提高约20％.     

三维片上网络TSV复用容错策略

三维片上网络结合了垂直互连技术所带来的优势和片上网络所具有的可扩展性的优点,大大提高了系统的性能,降低了功耗.但目前的制造工艺使得用于垂直互连的硅通孔(TSV)的产品良率仍然较低,严重影响三维片上网络系统通信的可靠性.以往处理TSV硬故障一般是通过添加一定数目的冗余链路来达到容错的目的,但这种方法会带来较大的面积和功耗的开销,并且只能处理数量有限的TSV故障.不添加冗余链路,通过对故障链路中功能良好TSV的复用,将数据微片多次传输,达到容TSV硬故障的目的.通过添加ECC编码解码模块来达到容瞬时故障的目的.实验分析表明,该设计方案在保证系统可靠性的基础上还具有较高的吞吐量与较低的延时.     

适用于双级矩阵变换器整流级功率开关故障的容错策略研究

将传统矩阵变换器逆变级的单向开关更换为双向开关,可构成全双向开关型双级矩阵变换器。该拓扑通过增加6个开关管以具备母线电压可反向、拓扑结构高度对称等特征。上述特征结合使得该拓扑在整流级功率开关发生故障时,可仅通过修正调制算法保证变换器正常运行,实现容错。该文针对整流级一个双向开关单元开路、两个不同侧双向开关单元开路两个故障,提出相应的容错策略。为保证容错策略安全有效的实施,随后提出相应的模态切换策略,并分析模态切换对电压调制比的影响。所提整流级容错策略的有效性最终通过实验得到验证。     

兼顾热优化的TSV容错设计

针对容错技术带来的超负荷、过热等问题,在兼顾热优化的前提下,提出利用冗余链路代替故障链路实现容错功能,把原硅通孔(TSV)的信号轮流绕行到空闲冗余通道的设计。这种方式可以有效的减少了热不均衡问题,降低了原通道上的通信量。且在通信量越大的通道中越明显,同时提高冗余配置比可以改善热优化效果。当冗余配置比为64∶8,通信量为16Mbit/s时,所有原TSV链路的温度相对于无优化时均有降低约4.8%,当冗余配置比为64∶16,通信量为64Mbit/s时,降低了约15.7%。     

基于改进量子进化算法的3D NoC测试TSV优化

针对硅通孔(through-silicon-via,TSV)的生产成本高,占用面积大等问题,首先对三维片上网络(3D NoC)进行测试规划研究,将测试规划得到的最短测试时间作为约束条件,采用改进的量子进化算法优化测试占用的TSV数量,将各层的TSV按照需求进行配置,并将TSV合理有效地分配给各个内核,以在有限的TSV数量下,降低硬件开销,提高利用率,同时,探讨TSV的分配对测试时间的影响。算法中,引入量子旋转门旋转角动态调整策略和量子变异策略,以提高算法的全局寻优能力和收敛速度,避免陷入局部最优解。将ITC’02基准电路作为仿真实验对象,由实验结果可得,本算法能够快速地收敛到最佳解,有效的减小了测试时间,优化了TSV数量,提高了TSV的利用率。     

双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

监测机制的NoC负载均衡路由电路设计

针对片上网络(NoC)中,多条数据流传输导致NoC负载分布不均衡问题,提出监测机制的全局负载均衡路由电路。该电路对NoC所有路由节点通信量监测统计,基于该全局监测结果,为目标流分配一条负载较小的路径,确保整个NoC实现负载均衡。实验结果表明,相较于原有的NoC,负载均衡NoC虽增加了24个周期的处理延迟,但总延迟最多降低30.9%,其负载量均方差最多减少28.8%,且面积开销在可接受范围之内。该方法能有效监测统计NoC中所有路由节点的负载量,选择负载量较小的通信节点来传输目标流,均衡整个NoC各路由节点负载,提升NoC性能。     

基于解耦调制的电力系统稳定性容错控制技术

针对传统容错控制技术诊断故障准确率低、不能有效维持电力系统运行的稳定性,提出基于解耦调制的电力系统稳定性容错控制技术。从传动模块和电机模块2个方面搭建系统运行模型,并在该模型下设计安装解耦容错控制器。收集电力系统的实时运行信号数据,利用故障诊断方法来判断电力系统是否存在故障问题。将故障诊断结果作为容错控制的启动信号,当诊断结果为存在故障时,利用解耦调制方法处理电力系统故障电机,从而实现电力系统的稳定性容错控制。实验证明：该方法电力系统故障诊断准确率较传统方法高,且应用设计的容错控制技术后,电力系统的电压、电流与功率的波动范围均有所减小,该技术可以有效保证电力系统的稳定运行。