Conception et exploitation d'un banc d'auto-caractérisation pour la prévision de la fiabilité des circuits numériques programmables

Abstract

Les circuits logiques programmables (FPGA) bénéficient des technologies les plus avancés de noeuds CMOS, afin de répondre aux demandes croissantes de haute performance et de faible puissance des circuits intégrés numériques. Cela les rend sensibles aux différents mécanismes de dégradations à l'échelle nanométrique. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le vieillissements des tables de correspondances (LUT) sur FPGA. L'utilisation de la dernière technologie d'échelle réduite et la flexibilité de l'architecture du FPGA, permettent de développer un nouveau banc de test à faible coût pour évaluer la fiabilité en fonction de conditions d'utilisations. Ce banc de test peut-être implanté sur plusieurs véhicules du tests et suivis en temps réel par un logiciel de surveillance développé pendant cette thèse. Nous avons caractérisé la dégradation de temps de propagation de la LUT en fonction du rapport cyclique et la fréquence des vecteurs de stress. Nous avons identifié également que le rapport cyclique affecte fortement le temps en descente et modérément le temps en montée de LUT en raison du mécanisme de vieillissement NBTI, tandis que HCI affecte à la fois les deux temps de propagation. En outre, deux modèles semi-empiriques de la dégradation du temps de propagation de la LUT en raison de NBTI et HCI sont proposés dans ce travail. D'autre part, nous avons analysé l'influence de la tension de seuil et la mobilité du transistor sur la dégradation de temps de propagation de la LUT en utilisant le modèle de simulation du transistor. Enfin, un modèle de dégradation de la LUT prenant en compte l'architecture supposée de la LUT est proposé. Ce travail est idéal pour modéliser la dégradation des FPGA au niveau des portes.