片上多核处理器容软错误执行模型

随着工艺的进步,微处理器将面临越来越严重的软错误威胁.文中提出了两种片上多核处理器容软错误执行模型:双核冗余执行模型DCR和三核冗余执行模型TCR.DCR在两个冗余的内核上以一定的时间间距运行两份相同的线程,store指令只有在进行了结果比较以后才能提交.每个内核增加了硬件实现的现场保存与恢复机制,以实现对软错误的恢复.文中选择的现场保存点有利于隐藏现场保存带来的时间开销,并且采用了特殊的机制保证恢复执行和原始执行过程中load数据的一致性.TCR执行模型通过在3个不同的内核上运行相同的线程实现对软错误的屏蔽.在检测到软错误以后,TCR可以进行动态重构,屏蔽被软错误破坏的内核.实验结果表明,与传统的软错误恢复执行模型CRTR相比,DCR和TCR对核间通信带宽的需求分别降低了57.5%和54.2%.在检测到软错误的情况下,DCR的恢复执行带来5.2%的性能开销,而TCR的重构带来的性能开销为1.3%.错误注入实验表明,DCR能够恢复99.69%的软错误,而TCR实现了对SEU(Single Event Upset)型故障的全面屏蔽.

基于现场保存与恢复的双核冗余执行模型

本文提出了基于现场保存与恢复的双核冗余软错误恢复执行模型DCR。该执行模型在两个冗余的内核上执行相同的线程,并对store指令进行比较。本文对每个内核增加了硬件实现的现场保存与恢复机制,在检测到软错误以后可以恢复到上一现场保存点继续执行。实验结果表明,与传统的软错误恢复执行模型CRTR相比,DCR执行模型对核间通信带宽的需求降低了57.5%。在发生软错误的情况下,DCR能够恢复99.69%的软错误。

单粒子四点翻转自恢复加固锁存器设计

为了容忍日益严重的单粒子多点翻转,提出了一种能够容忍单粒子四点翻转的加固锁存器——QNURL(quadruple node upset recovery latch).该锁存器包含40个同构的双输入反相器,形成5×8的阵列结构,构建了多级过滤的容错机制.通过有效地利用双输入反相器的单粒子过滤特性,当任意4个内部状态节点同时发生翻转时,都可以被多级过滤机制消除,自动恢复到正确值. PTM 32 nm工艺下的仿真结果表明,与现有的4种单粒子多点翻转加固锁存器综合比较,该锁存器的单粒子四点翻转自恢复比率高达100%,延迟平均降低了86.02%,功耗延迟积(powerdelayproduct,PDP)平均降低了78.94%,功耗平均增加了59.09%,面积平均增加了4.63%.文章最后对结构进行了衍生,提出了容忍N点翻转的(N (10)1)'2N结构框架.

一种低功耗高可靠性辐射加固锁存器设计

为缓解因电荷共享引起的多节点翻转现象,提出了一种低功耗高可靠性的多节点翻转自恢复锁存器QNULH。QNULH锁存器包括4个反馈模块,每个模块充分利用C单元的反馈锁存数据,锁存器节点通过不同的排列组合叠加模块冗余,同时使用时钟钟控和快速通路技术,实现锁存器的低功耗高可靠性辐射加固。仿真实验结果表明,与最新的四节点翻转自恢复锁存器QNURL相比,QNULH锁存器的功耗、延迟、功耗延迟积分别降低了82.22%,1.53%,92.92%,对工艺、电源电压、温度的波动均较稳定,有较好的可靠性。