08 novembre 2017
Structure MRAM asynchrone correctrice d’erreur pour applications spatiales

Structure MRAM asynchrone robuste aux effets de particules

La robustesse des circuits intégrés dans les environnements difficiles tels que le spatial est un challenge important pour les circuits intégrés et systèmes embarqués. Dans la mesure où les circuits électroniques deviennent de plus en plus complexes et les procédés CMOS de plus en plus petits et denses, leur immunité face aux particules décroît significativement. Spintec a donc proposé une nouvelle structure de circuit intégré permettant d’augmenter la robustesse dans un environnement spatial.

Pour des applications critiques telles que l’aviation ou l’espace, il est indispensable de produire des circuits robustes face aux effets des radiations. En effet, la présence de particules ionisantes à haute altitude ou dans l’espace peut introduire des courants parasites dans les circuits intégrés suffisamment élevés pour modifier l’état de certains signaux. Cela peut introduire des dysfonctionnements connus sous le nom de SEU (Single Event Upset). Par ailleurs, si ce nombre de SEU est trop important, il est possible que le circuit ne soit plus capable de poursuivre son calcul dans la mesure où des remises à zéro seraient trop fréquentes. Il y a donc un besoin de circuits de faible surface et faible consommation qui permettent de continuer un calcul même en présence de tels dysfonctionnements.

La figure montre une structure correctrice asynchrone composée d’une chaine de blocs fonctionnels intégrant un additionneur, un multiplieur, un multiplieur/accumulateur et/ou n’importe quelle autre fonction. Cette chaîne est dupliquée et fournit donc exactement le même résultat en l’absence d’erreur. Plusieurs comparateurs sont placés aux sorties des différents blocs fonctionnels à chaque étage de cette chaîne, chacun fournissant un signal d’erreur lorsque qu’une différence est détectée entre un bloc et son clone. Ce signal d’erreur pilote un mécanisme de protocole de poignée de main entre les différents blocs permettant d’activer ou de désactiver la propagation des signaux des étages précédents. Par conséquent, si une erreur est détectée pas un comparateur, le circuit est mis en pause ponctuellement et localement à l’endroit où l’erreur a été détectée seulement. Le bloc impacté répète le calcul jusqu’à ce que l’effet de la particule ne s’estompe et corrige ainsi l’erreur, libérant alors la chaîne de calcul. Ce mécanisme est possible grâce aux propriétés des circuits asynchrones qui sont quasi insensibles aux retards.

Cette structure intègre également une partie non volatile à base de MRAM assurée par des Jonctions Tunnel Magnétiques (JTM) qui servent à enregistrer les sorties de chaque bloc fonctionnel si aucune erreur n’est détectée. Dans le cas contraire, les JTM sont alors utilisées en mode lecture pour restaurer la dernière valeur correcte dans l’étage précédent de la chaîne. La donnée erronée sera alors écrasée et le calcul pourra de nouveau être exécuté. De cette façon, le circuit est robuste à toute autre erreur qui pourrait se produire à n’importe quel étage sans avoir à le réinitialiser systématiquement. Cela permet de réduire la consommation du circuit tout en augmentant sa robustesse et en limitant l’augmentation de la taille des circuits par rapport à l’état de l’art.

Nous remercions le CEA et le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) pour leur support financier pour cette thèse, de même que le LIRMM (Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier) et le CNRS pour leur implication dans l’encadrement.

 

Maj : 08/11/2017 (1267)

 

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