Modes de défaillance induits par l'environnement radiatif naturel dans les mémoires DRAMs : étude, méthodologie de test et protection

par Antonin Bougerol

Thèse de doctorat en Sciences et technologie industrielles

Sous la direction de Régis Leveugle et de Patrick Girard.

Soutenue le 16-05-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Techniques de l'Informatique et de la Microélectronique pour l'Architecture d'ordinateurs (équipe de recherche) .

Le président du jury était Pascal Fouillat.

Le jury était composé de Régis Leveugle, Patrick Heins, Veronique Ferlet-cavrois, Florent Miller.

Les rapporteurs étaient Jean-michel Portal.


  • Résumé

    Les DRAMs sont des mémoires fréquemment utilisées dans les systèmes aéronautiques et spatiaux. Leur tenue aux radiations doit être connue pour satisfaire les exigences de fiabilité des applications critiques. Ces évaluations sont traditionnellement faites en accélérateur de particules. Cependant, les composants se complexifient avec l'intégration technologique. De nouveaux effets apparaissent, impliquant l'augmentation des temps et des coûts de test. Il existe une solution complémentaire, le laser impulsionnel, qui déclenche des effets similaires aux particules. Grâce à ces deux moyens de test, il s'est agi d'étudier les principaux modes de défaillance des DRAMs liés aux radiations : les SEUs (Single Event Upset) dans les plans mémoire, et les SEFIs (Single Event Functional Interrupt) dans les circuits périphériques. L'influence des motifs de test sur les sensibilités SEUs et SEFIs selon la technologie utilisée a ainsi été démontrée. L'étude a de plus identifié l'origine des SEFIs les plus fréquents. En outre, des techniques de test laser ont été développées pour quantifier les surfaces sensibles des différents effets. De ces travaux a pu être dégagée une nouvelle méthodologie de test destinée à l'industrie. Son objectif est d'optimiser l'efficacité et le coût des caractérisations, grâce à l'utilisation de l'outil laser de façon complémentaire aux accélérateurs de particules. Enfin, une nouvelle solution de tolérance aux fautes est proposée : basée sur la propriété des cellules DRAMs d'être immune aux radiations lorsqu'elles sont déchargées, cette technique permet la correction de tous les bits d'un mot logique.

  • Titre traduit

    Failure modes induced by natural radiation environments on dram memories : study, test methodology and mitigation technique.


  • Résumé

    DRAMs are frequently used in space and aeronautic systems. Their sensitivity to cosmic radiations have to be known in order to satisfy reliability requirements for critical applications. These evaluations are traditionally done with particle accelerators. However, devices become more complex with technology integration. Therefore new effects appear, inducing longer and more expensive tests. There is a complementary solution: the pulsed laser, which trigger similar effects as particles. Thanks to these two test tools, main DRAM radiation failure modes were studied: SEUs (Single Event Upset) in memory blocks, and SEFIs (Single Event Functional Interrupt) in peripheral circuits. This work demonstrates the influence of test patterns on SEU and SEFI sensitivities depending on technology used. In addition, this study identifies the origin of the most frequent type of SEFIs. Moreover, laser techniques were developed to quantify sensitive surfaces of the different effects. This work led to a new test methodology for industry, in order to optimize test cost and efficiency using both pulsed laser beams and particle accelerators. Finally, a new fault tolerant technique is proposed: based on DRAM cell radiation immunity when discharged, this technique allows to correct all bits of a logic word.


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