监控芯片制造后

新规定迫使芯片设计者和可变性的先进过程节点插入额外的功能在硅来帮助理解、调试、分析、安全、安全、和设计优化。

这将是深远的影响随着行业讨论什么功能之间可以共享这些不同的任务,硅领域致力于它的数量,和他们可以提取的价值。可能会出现新的商业模式来处理数据所有权。

这是硅的下一个前沿吗?“是的,”史蒂夫说接线盒、高级测试营销主管Synopsys对此。“我们花了许多年试图优化设计,带出来,然后忘掉它们。我们已经意识到这不再是可能的。你需要一个方法、一个平台和监控和管理的方法,提供了一种电子产品在使用寿命。”

有多个驱动程序这样做。确保所有程序是否正常运行的“挑战芯片的一生变得更加困难,”瑞安说,艾琳,高级主任Tessent投资组合策略导师,西门子业务。“结构监测需要检测缺陷,退化和老化的影响。此外,可能会有功能性问题引起的错误,甚至恶意攻击必须检测和排除。芯片是部署在安全的情况下,安全性和弹性是一个优先级,关键是检测这些问题需要的最少时间。”

技术压力肯定是必要的。“随着工艺技术的进步,设计师可以不再插入大利润获取收益,并确保芯片内的行为规范是在不同工作负载变得更加困难,”诺曼Chang说,首席技术专家有限元分析软件。“此外,与大型人工智能芯片和其它大型soc,工作量不能准确预测。”

可靠性增长的问题。“与技术转换,如finFETs,很多新类型的缺陷得到了这些设备在制造阶段,“费萨尔Goriawalla说,高级职员Synopsys对此产品营销经理。“这些很快就会显现,在生产过程中。其中的一些将在SoC的生命周期清单后。流程规则日趋复杂。内存bitcell晶体管是非常敏感的过程。2 x更敏感比晶体管用于合成其他的逻辑芯片。”

老龄化已经成为一个大问题。“事情越来越不可靠,和可靠性需求上升,“说Synopsys对此接线盒。“这不仅仅是可靠性。它的安全,安全,性能,它的力量。”

这不仅仅是芯片制造商的利益。说:“大预防性维护应用程序Ansys的张。“考虑意想不到的系统关闭,这会花费很多钱。如果你能赶上之前的系统分解和替换特定的芯片或特定的印刷电路板,可以省下一大笔钱。故意关闭安全系统可以做的,而意想不到的关闭会导致伤害。预防性维修可以省下一大笔钱。”

在其他行业很可能成为强制性的。“新规定从联合国经济和社会理事会,WP.29 / GRVA(工作组自动化/自治和连接车辆)将生活在2021年1月,“导师的瑞恩说。“这项工作和ISO 21434和密切相关ISO 26262标准也解决网络安全和安全车辆,这些最终如何影响汽车设计和乘客安全。这意味着汽车oem厂商,他们将自动并最终负责网络安全的车辆,不仅在销售点或在保修期,但在它的整个生命周期。”

最基本的
Synopsys对此的插座为我们提供了一个底漆。“这都是硅整个生命周期的管理。这种方法有两个组件。首先,我们需要对芯片的可见性。我们需要知道发生了什么,所以我们嵌入各种形式的仪表显示器,传感器。PVT传感器,认为结构监测像看利润,查看路径延迟,看着时钟异常,更宏观监测。如果你觉得安全,你需要看活动在公共汽车上。被读取和写入的记忆是什么?访问什么?因此,这种方法的第一个组件是可见性对各种组件芯片。”

这是第一步。“一旦你拥有所有这些监视器和传感器芯片,你放在正确有效的方式,你需要利用这些信息。所以这种方法是分析的第二部分——这些数据在不同的时间点。我们可能想要把它在制造业。我们可能想要把它在生产过程中测试。我们可能想要把它当我们试图打开系统。我当然想要把它整个操作系统的生活。我们想进行分析找出发生了什么,然后对它作出反应。分析片上,他们可以在一个系统,芯片外,但本地的优势分析,或者他们可以集中,我们将数据发送给一些中央存储库,我们做一些大数据分析”。

这是特别重要的无论什么是最重要的功能的设备。“任务模式监测开辟了新的可能性的预测维护,适应与老化保持性能,防止侧信道攻击,和丰富的数据挖掘与人工智能,”Richard McPartland说Moortec技术营销经理。“中央这是准确的、分布式的芯片监测在非侵入性的传感器可以放置接近关键电路和提供细粒度的映射,使热分析、功率分布和其他问题往往非常大的死。任务模式数据是有价值的许多不同的当事人在芯片的生命周期。分析实施围绕这样一个数据池的概念,然后可以提取的分析和见解,不仅由直接用户,但也可能受到保障由系统开发人员,芯片开发人员,测试室等。”

拥有的数据
大问题之一,来自这是谁拥有数据。“整个数据分析的问题涉及如何运行分析,经营它,谁能访问它,”Frank Schirrmeister说集团董事,高级营销解决方案节奏。“当我看着我的一些个人设备,有机器本地同步数据到一个应用程序,但是他们不接口。这是因为数据的价值,因为你真的想控制谁可以访问这些数据,因为如果他们有对数据的访问,他们又可以建立同样的事情。这将是一个有趣的挑战对整个数据平台的概念。”

可能影响行业内的商业模式。“很多设计师将在动态频率电压缩放、“Chang说。“基于热传感器的阅读他们可以减缓操作的频率或低Vdd为了不超过热热点阈值。当前的做事方式,但随着硅后片上传感器,我们可以考虑新的工作场景,我们汇集multi-physics模拟供应商,结合芯片供应商和客户系统中使用这些芯片。post-silicon监测可以提供信息,就有利于各方?这是一个新问题思考的商业模式。”

它可能不是一个容易解决的问题。“如果你是一个垂直整合的公司,这不是问题,“接线盒说。“你可以使用这些数据在整个堆栈。如果没有,需要有一种共享的结果分析。如果你是一个芯片提供商是谁把传感器和监控芯片,从芯片中提取数据,你至少需要能够让一些基本分析的结果提供给系统供应商。分析数据可以post处理而不是原始数据芯片。这就是为什么在做分析的价值在不同的阶段。如果有很多对你的原始数据,您可能希望能够过滤掉真正重要的东西,然后你可以做系统级分析。”

获得的数据
允许这种类型的数据片外可能是一个安全漏洞。“安全需要硅,无论如何,“接线盒说。“你想要安全反黑客,窃取知识产权等等。芯片的安全性是一个至关重要的方面。所以需要有技术用于确保数据的安全,你能想到的使用提供芯片的加密密钥,相同的机制将被用于访问监视数据。没有办法访问监视数据,除非提供适当的访问。然后访问可以控制的芯片供应商,并根据需要由系统提供商。”

数据可以提高安全性。“你能使用这些数据边信道攻击吗?”张问道。“可能。通常在敏感的地方,你把一个热传感器或热热点。如果热与安全敏感的位置,热点位置是重合的,不同的负载在一个AES安全芯片,你可以创建不同的热阅读不同的载荷,这可以使攻击者破解的关键信息。这就是为什么出来的信息应该是安全的。但它也工作。如果攻击者是锻炼一个特定的工作负载,或负载的顺序,以提取的关键,芯片上的热传感器和其他传感器可以有一个机器学习代理来检测特定工作负载的模式。”

功能监测已经成为一个很严重的问题。“最先进的解决方案领域的功能性问题部署嵌入式芯片的监视器上,不断注意异常或异常行为,”瑞安说。“中实例化这些显示器硬件和操作在时钟速度,不断收集数据芯片是如何操作的。这些数据可以关联和分析识别功能问题的根源。”

或一个漏洞。“在某些形式的攻击,它可能创建一个激增电压,或者它可能创建一个异常的温度升高,“接线盒说。“能够监控电压和温度在一个正在进行的基础上,然后可以理解这些参数的历史,可以发现或发现变化的参数异常的行为。另一个例子是监测总线活动。再次你可以看看什么是正常的交易数据量或事务数据的类型,系统是正常的。如果你开始看到变化或异常,您可以确定将要发生的事情,并迅速关闭访问这些组件。它需要两个显示器能看到发生了什么,它也需要历史数据,需要进行数据分析。”

最后,需要定期更新安全在整个产品的生命周期和最佳实践需要维护。“没有什么是安全的,除非你实践安全原则,”约翰·Hallman说产品经理信任和安全OneSpin解决方案。“通常情况下,一个内幕是最薄弱的一环。所以在你所做的尽职调查,这需要正常行为的一部分。”

还包括常规监测数据泄漏,Hallman说。“你可能有多个组织,知道一块设计,但没有人真正知道所有的碎片。如果你看复杂的设计,很少人知道芯片的更大的计划。这些控件需要保持相当紧张,你需要好的制衡。”

访问数据
有设计决策,如何获取数据片外。侵入性,利用现有的通信通道,也可能影响操作或性能,还是有专门的资源能够获取和传输数据以一种低调的方式?你如何平衡芯片上的计算和存储需求带宽?

“我们看到同样的事情在开发过程中硬件运行时引擎,”节奏的Schirrmeister说。“我们经常将他们称为加速验证IPs,收集数据进行了优化。非常类似于大规模的边缘处理的挑战。有一个从你的传感器网络数据中心。你在哪里做计算?你可以推掉一切,非常侵入,将影响速度,与计算内部的事情。然后你没有所有可用的数据了。你只有计算派生数据。然后你有一个更好的机会来收集和流出来。”

测试标准是铺平了道路能够收集数据中复杂的包。“IEEE 1838是一个新的可测试性的标准开发2.5 d和3 d-ic测试,“说Synopsys对此Goriawalla。“它使你思考inter-die测试和intra-die测试管理。情况你不再有访问所有的死堆在一个3 d结构,所以你需要一个框架,底部和基础设施能够测试通过死亡来测试其他堆积在上面的死。此外,也有死,死连接,或需要测试的互连。”

有些系统可能使用现有的接口。“可能有一些监控的标准化数据的需要,“说接线盒。“然后我们可以使用标准的总线访问,通过标准功能的高速接口来访问该数据。如果任何芯片或chiplet或死PCI Express,或USB接口,我们将利用获得的监测数据。我们有内部IP提供访问监视数据的芯片片上并发送它通过这些现有的功能接口。这意味着我们不添加额外的基础设施来访问监视数据。”

部分的决定可能会基于您需要检测的速度和反应。“安全至上的用例中,这类芯片上的嵌入式分析系统将给最快的检测和响应时间,”瑞安说。“在其他用例,时间并不重要,收集的数据片上监测可以加载到一个芯片外分析系统,它可以与一个更丰富的数据集来确定根本原因和下一步行动。”

理解数据
许多年前,通用电气开始从他们的飞机引擎收集大量的数据。当时,他们不知道他们将如何使用这些数据,但是今天他们做。“初问题的一部分是你经常不知道如何衡量,“Schirrmeister说。“这就是为什么你想要选择把所有的数据然后的可怕的后果是,仅仅通过接口带宽的优点,你将不得不慢下来。的趋势是衡量一切和储存一切,只有一定的时间。”

机器学习可以是有益的。“我们将机器学习应用于这些分析,“接线盒说。“一些算法,但我们也希望应用标准化的神经网络方法看趋势。这是一个持续发展的空间,我们将不断努力改善我们的理解发生了什么在这些芯片和能够更好地预测会发生什么。”

一些数据可能需要与更广泛的模型。“后硅监视器是一个很好的主意,为你提供了一个更好的阅读芯片实时操作,但也创建一个问题,“Chang说。“问题是,它不是基于模型。这纯粹是基于阅读的片上传感器。所以他们只提供一个一维视图。但是工作负载变化,阈值是变化的。你需要一个基于模型的数字双补片上传感器读数。考虑一个传感器,可以告诉你的阻力越来越大,但是如果你没有一个基于物理模型,你不能预测多长时间才会失败。你需要补片上监测传感器的可靠性模型。”

开销多少钱?
定义的区域或性能损失插入这种类型的监控是很困难的。系统不仅会有不同数量的监测,但大部分电路可能已经存在的其他功能。“有早期迹象显示,消费者愿意放弃少量的区域,“接线盒说。”区域是非常重要的但是如果这变成了芯片的功能需求的一部分,那么它就更少接受和马后炮。这些显示器在很多方面都很有用。他们用于抚养,他们有用的性能改进。PVT传感器是用来做动态调整电压和频率。这是一个功能性需求。你不能让这个芯片不工作。所以这些监视器和传感器已经放入芯片,至少在这些较低的节点,使芯片工作。 Taking a little more area is not that much of a stretch in most cases.”

有时它可能是耦合的安全要求。“有可能是一种机制或基础设施在芯片内进行某种测试,“Goriawalla说。“这不仅仅是传统制造业的测试,但它可以在系统。的形式可能是开机自我测试,它可能是一个周期性的测试在任务模式功能操作。这个安全基础设施必须在芯片内,当它发现一个错误,它不能恢复,不能纠正,它需要有一个机制来总错误并报告他们的功能安全经理然后报告向更高水平发展系统软件或给用户。”

把它带回开发流程
有很多能得到这个数据的开发流程。“芯片设计是基于模拟和基本模式,但有一点很真实的数据被用来优化设计,“接线盒说。“我们现在考虑使用这些分析。思考路径延迟和利润分析,并利用它来更好地理解利润率和频率的分布,然后开车回设计实现工具,我们的模型,基于实际的硅数据校准这些模型。可以让我们加强我们的利润率和收紧时机对我们的设计,使其更优化。从硅分析关联回设计是我们非常兴奋。”

更好的理解会导致更好的产品。“如果我们可以做实时监控产品的生命周期,你将真正看到老化现象,“Chang说。“这将提供有价值的反馈到设计阶段,使更好的下一代芯片。我们可以看到热循环下运行一个现实的场景在不同的工作负载。模拟一个供应商,我们如何提供multi-physics模型,或降维建模?可以帮助做好关联实时传感器数据为整个生态系统提供有价值的信息。”

和系统房屋成为负责产品生命周期,有可能会持续更新的。“与安全成为集成电路发展的一个关键方面,post-silicon分析将会改变,”塞吉奥Marchese说OneSpin技术营销经理。“ISO 21434,汽车网络安全标准,具体的要求oem厂商和他们的供应链如何处理事件反应,例如。评估新发现的硬件和软件漏洞对系统的影响,并确定和验证解决方案,将成为几乎例行任务。安全验证的本质,无意识的用例场景采取中心舞台,意味着静态分析技术将有一个重要的角色在实现系统,高效的事件响应流程。”

结论
片上监测最初的引入需要一些小的用例,但是随着技术的发展和价值的分析理解,可以使用这些数据的方式变得没完没了的。整个链从EDA厂商,芯片开发人员,系统公司,终端用户部署这些系统都在提供的数据,可以看到价值。许多这些功能变得必要满足最终产品需求,或处理安全的要求。有许多问题需要解决,比如谁拥有数据,或者可以访问它,和长期的,可能会导致一些有趣的新商业模式。