Advanced Functional Built-in Self Test Architectures for System on Chip.
- Duration: 2000-2001
- Coordinator: Politecnico di Torino
- Partners: Politecnico di Torino and University of Stuttgart
- Funded by: CRUI, DAAD Under PROGRAMMA VIGONI
Development of a functional BIST architecture able to reuse the intrinsic functionalities of a system to perform self-test activities.
Le odierne dinamiche di mercato impongono alle industrie elettroniche la realizzazione di sistemi sempre più complessi, realizzati con tecnologie avanzate e caratterizzati da elevate prestazioni e costi di produzione estremamente contenuti. Negli attuali sistemi di produzione, il collaudo riveste un ruolo chiave come mezzo per incrementare la resa di produzione, riducendone i costi ed il tempo necessario per la sua immissione sul mercato (Time-To-Market).
Il presente progetto di ricerca si inserisce in questo contesto e si propone come obiettivo la realizzazione di una efficiente architettura di collaudo, da utilizzare in sistemi ad elevata complessità. Tale progetto consiste in una collaborazione di ricerca tra il Politecnico di Torino (Torino, Italia) e l’Università di Stoccarda (Stoccarda, Germania), i cui responsabili scientifici per il progetto di ricerca in questione sono rispettivamente il prof. Paolo Prinetto ed il prof. Hans-Joachim Wunderlich.
Grazie all’utilizzo di tecnologie VSDM (very deep sub-micron integrated tecnology), vengono oggi realizzati sistemi in cui blocchi (Intellectual Property Soft Core e Intellectual Property Hard Core) con diverse funzionalità (memorie, microprocessori, DSP, blocchi analogici) sono integrati su un unico circuito VLSI (System-on-Chip). A fronte di un aumento della complessità, si fanno sempre più stringenti i requisiti relativi alle caratteristiche di affidabilità (availability e reliability) del prodotto finale. In particolare modo nello sviluppo di sistemi critici per la sicurezza (safety critical systems), il corretto funzionamento del sistema deve essere continuamenete monitorato (On-line Test e Off-line Test) ed un qualunque malfunzionamento rivelato il prima possibile.
Tecniche di collaudo tradizionali basate su ATE (Automatic Test Equipment) sempre più raramente sono in grado di garantire il soddisfacimento dei requisiti di affidabilità in sistemi realizzati con le odierne tecnologie.
Una efficiente alternativa consiste nell’integrare la circuiteria necessaria per l’esecuzione del collaudo con il sistema da collaudare (Embedded ATE) [1] [2]. L’utilizzo di tecniche di collaudo di tipo Built-In-Self-Test (BIST) è ora ampiamente utilizzata con buoni risultati in ambito industriale; la rilevanza dell’approccio è testimoniata anche dalla disponibilità sul mercato di strumenti CAD (Computer Aided Design) per l’inserimento automatico della logica di BIST.
Tradizionalmente l’utilizzo di un approccio di tipo BIST implica la progettazione di una circuiteria ad-hoc per la generazione di opportune sequenze di collaudo. Il presente progetto di ricerca ha come oggetto la realizzazione di una architettura BIST innovativa, capace di sfruttare le funzionalità intrinseche del sistema allo scopo di collaudare il sistema medesimo (functional BIST). Tale architettura verrà studiata nel caso di un collaudo di tipo deterministico di un sistema complesso, contenente blocchi aventi diverse funzionalità e caratteristiche (soft e hard core).
Rispetto alle tecniche BIST tradizionali, l’approccio proposto permette di ridurre drasticamente l’area del sistema destinata al collaudo. Come conseguenza, i costi di produzione legati al collaudo vengono pertanto ridimensionati, senza tuttavia inficiare le caratteristiche di affidabilità del sistema. Tale progetto ha pertanto significantive ricadute immediate dal punto di vista scientifico e in prospettiva anche in ambito industriale.
Il principio di base dell’approccio di tipo functional BIST è l’utilizzo di blocchi funzionali già presenti sul sistema che, opportunamente inizializzati (reseeding), generino le sequenze di valori necessarie per il collaudo di altre porzioni di logica del sistema stesso. L’oggetto della ricerca è pertanto la realizzazione di uno strumento software (tool) per il calcolo del reseeding opportuno, note le caratteristiche del blocco che verrà usato come generatore e del blocco che dovrà essere collaudato.
Attualmente è possibile trovare in letteratura alcuni lavori in linea con la strategia proposta. Tali lavori presentano tuttavia solo alcuni risultati preliminari, essendo stato affrontato il problema considerando i soli blocchi aritmetici per la generazione delle sequenze di collaudo (Arithmetic BIST) [3].
Il presente progetto di ricerca propone un approccio più generale, intendendo prendere in considerazione come possibili generatori di sequenze di collaudo vari blocchi aritmetici (sommatore, moltiplicatore, divisore, etc.) e, più genericamente, un blocco per cui sia nota la funzione svolta.
Entrambi i soggetti responsabili del progetto, il prof. Paolo Prinetto ed il prof. Hans.-Joachim Wunderlich, vantano anni di esperienza e di ricerca nel campo del collaudo. Il prof. Paolo Prinetto da anni si occupa di problematiche di collaudo per sistemi complessi e di realizzazione di sistemi complessi ad alta affidabilità. Il prof. Hans-Joachim Wunderlich è esperto di chiara fama internazionale nell’ambito della realizzazione di architetture BIST per circuiti VLSI. L’attività di ricerca congiunta tra i due instituti rappresenta pertanto una occasione di trasferimento di know-how tra le due Università relativamente al campo del collaudo.
L’attività di ricerca sarà strutturata nelle seguenti quattro fasi principali:
- Esecuzione di uno studio uno studio di fattibilità del problema, approfondendo lo studio della letteratura disponibile sulle architetture BIST e sulle medotologie di tipo arithmetic BIST, individuando le principali problematiche, e prendendo in considerazione diversi algoritmi e tecniche di ricerca.
- Definizione di una prima ipotesi di soluzione. Tale soluzione verrà valutata attraverso la stesura di una versione prototipale di un tool e l’esecuzione mediante quest’ultimo di un insieme opportuno di esperimenti.
- La tecnica risolutiva di cui ai punti precedenti sarà dapprima utilizzata nel caso di collaudo di diversi blocchi funzionali (soft e hard core), ottimizzando ed adattando gli algoritmi sviluppati in modo da tenere in conto eventuali nuove esigenze e specifiche.
- In una fase successiva gli algoritmi sviluppati verrannno utilizzati per poter realizzare il collaudo di uno specifico sistema complesso, utilizzato come esempio di riferimento. A fronte della logica presente sul sistema, dovranno essere studiate opportune sessioni di collaudo, con l’obiettivo di minimizzare il tempo complessivo di collaudo ed il consumo di potenza dovuto all’esecuzione del collaudo.
- Realizzazione di un tool per l’analisi di un sistema da collaudare e, a fronte di parametri di specifici parametri di progetto, la definizione in modo automatico delle sessioni di collaudo.
I risultati ottenuti via via nelle diverse fasi intermedie così come i risultati finali della collaborazione di ricerca saranno oggetto di pubblicazioni scientifiche, scritte congiuntamente tra il Politecnico di Torino e l’Università di Stoccarda, e sottomesse alle principali conferenze e riviste scientifiche internazionali nel campo del collaudo.
Una serie di seminari saranno infine organizzati presso le due università, sia durante il progetto allo scopo di acquisire conoscenze scientifiche che potrebbero essere utilizzate nella realizzazione del progetto, sia al termine del progetto medesimo, in quest’ultimo caso allo scopo di rendere noti e diffondere i risultati ottenuti.
L’attività di ricerca verrà svolta parallelamente presso le due università, il Politecnico di Torino e l’Università di Stoccarda. Periodici incontri tra i ricercatori coinvolti nella attività di ricerca permetteranno un confronto tra i risultati ottenuti ed una pianificazione degli sviluppi successivi. Periodici soggiorni di ricercatori appartenenti ad una università presso l’istituto patner hanno avranno invece un ruolo chiave per lo svolgimento del progetto. Essi infatti offriranno l’opportunita per un effettivo scambio di conoscenze scientifiche tra i due gruppi di ricerca, in particolare relativamente al progetto in questione.