工 学 硕 士 学 位 论 文LDPC 码 在 SRAM 加 固 中 的 应 用 研 究DESIGN LDPC CODES FOR MULTIPLEBIT UPSETS MITIGATION IN SRAM张 艳 晶哈 尔 滨 工 业 大 学2010 年 7 月国 内 图 书 分 类 号 ： TN432国 际 图 书 分 类 号 ： 621.3.049.774工 学 硕 士 学 位 论 文LDPC 码 在 SRAM 加 固 中 的 应 用 研 究博 士 研 究 生 ： 张 艳 晶导 师 ： 肖 立 伊 教 授申 请 学 位 ： 工 学 硕 士学 科 ： 微 电 子 学 与 固 体 电 子 学所 在 单 位 ： 微 电 子 科 学 与 技 术 系答 辩 日 期 ： 2010 年 7 月 01 日授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TN432U.D.C: 621.3.049.774Dissertation for the Doctoral Degree in EngineeringDESIGN LDPC CODES FOR MULTIPLEBIT UPSETS MITIGATION IN SRAMCandidate： YanJing ZhangSupervisor： Prof. Xiao LiyiAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality： Microelectronics and Solid-StateElectronicsAffiliation: Dep. of Microelectronics Scienceand TechnologyDate of Oral Examination： July, 2010University： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文摘 要随 着 集 成 电 路 复 杂 度 的 提 高 和 处 理 数 据 能力的 增 强 ， 芯 片 中 存 储 器 的 比 重越 来 越 高 ， 特 征 尺 寸 的 下 降 又 使 存 储 器 组 合 电 路 中 发 生 单 粒 子 瞬 态 （ SingleEvent Transient， SET） 软 错 误 与 阵 列 中 发 生 单 粒 子 翻 转 (Soft Event Upset， SEU)软 错 误 的 几 率 大 致 相 当 ， 如 今 如 何 消 除 这 两 类 软 错 误 已 成 为 SRAM 加 固 技 术新 的 研 究 热 点 。本 文 通 过 研 究 欧 式 几 何 空 间 （ Euclidean-geometry， EG） 和 低 密 度 单 奇 偶校 验 码 (Low-Density Parity-Check ， LDPC) 的 结 构 特 征 ， 设 计 了 一 种 可 用 于SRAM 的 加 固 方 案 （ 即 EG_LDPC 码 ） ， 通 过 采 用 并 行 大 数 译 码 和 反 馈 环 结构 ， 使 编 译 码 电 路 在 加 固 存 储 阵 列 的 同 时，本 身 也 具 有 了 探 测 纠 正 自 身 组 合 电路 SET 错 误 的 能 力 （ 即 自 加 固 能 力 ）。该码是一类大数可译码，在译码器构建时本文提出一种算法，将EG_LDPC 码 的 大 数 译 码 步 数 限 制 在 两 步 以 内 ， 提 高 了 译 码 器 的 速 度 ， 进 而 提出 了 压 缩 的 EG_LDPC 码 ， 使 每 一 个 EG_LDPC 码在不改变纠检能力下信息位可 以 任 意 收 缩 ， 以 获 得 拥 有 合 适 信 息 位 的码字 。 在 分 析 系 统 可 靠 性 时 提 出 了 一种 计 算 加 固 存 储 器 平 均 无 故 障 时 间 （ MTTF） 的 方 法 ， 该 方 法 意 义 明 确 ， 运 算简 单 。在 验 证 各 个 模 块 功 能 正 确 后 ， 通 过 存 储 器行为 模 型 和 错 误 注 入 仿 真 分 别 对纠 二 检 四 (31,16)EG_LDPC 和纠四检五(42,16)EG_LDPC 码 的 可 靠 性 和 性 能 进 行了仿真验证和分析，并与汉明码（H amming） ， 矩 阵 校 验 码 （ Matrix） 和 里 德 穆 尔 码 （ Reed-Muller） 进 行 了 比 较 ， 结 果 显 示 EG_LDPC 码 加 固 的 存 储 器 可 靠性 较 高 ， (42,16)EG_LDPC 码 的 MTTF 比 汉 明 码 高 出 3.19 倍 ， 且 与 其 它 ECC码 相 比 ， 仅 需 要 少 量 额 外 面 积 、 功 耗 和 延 迟 的 开 销 。关键词 EG_LDPC；自加固；软错误；并行大数译码； MTTF-I-哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文AbstractAs integrate circuit is becoming complex and its ability of dealing with data ischanging more and more power, The proportion of SRAM is also greater than that ofbefore, the number of SET in combinational logic circuit is close to that of SEU. As aresult, efficient eliminating soft error and circuit hardening techniques for SRAM arepaid more and more attention.Through studying the structures of Euclidean geometry and low density Paritycheck code, we make a design which is also called EG_LDPC, it is could be used toharden SRAM. This design is different form the common code. There is parallelMajority Logic decoder and feedback-ring in this design, because of them the code isnot only can avoid the SEU in memory array, but also can eliminate the SET which istaking place in its encoder and decoder.The EG_LDPC is a one or more step majority logic code, we propound aarithmetic which can limit the number of the majority logic decoders steps to two,because of this the speed of decoder is upgraded greater. And we further introducecurtate EG_LDPC code whose information bites can be altered randomly but keepingthe original ability of correcting errors. When analyzing the reliability of the systemwe also introduce a means to count the MTTF of the hardened system which isdefinitude and simple.After the functions of all kinds of modules are validated, we also analyzeperformance and reliability of EG_LDPC code through error-inject experiment. Wealso make a contrast with other codes including Hamming code Matrix code andReed-Muller code. The result indicate that EG_LDPC code can achieve higherreliability with a little more area delay and energy overhead than the other codes, theMTTF of EG_LDPC code is indeed 3.19 times than that of Hamming code.Keywords EG_LDPC, Harden-self , Soft Error, Parallel Majority Decoder, MTTF- II -哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文目 录摘 要 .IAbstract . II第 1 章 绪论 . 11.1 课题背景 . 11.2 课题研究的目的和意义 . 21.2.1 软错误发生机理 . 21.2.2 SRAM 加固的现状 . 41.3 纠错编码的发展 . 61.4 本文主