Failure modes induced by natural radiation environment on DRAM memories: study, test methodology and mitigation technique
Modes de défaillance induits par l'environnement radiatif naturel dans les mémoires DRAMs : étude, méthodologie de test et protection
Résumé
The increasing performances required for aircraft and space systems involve the use of recent complex devices, for which reliability, including cosmic radiation sensitivities, must be evaluated. DRAM memories are widely used, but their variety of failure modes increase, so traditional accelerator tests are not anymore sufficient to characterize them completely. Pulsed laser beams can trigger the same kind of radiation effects, so this tool we used in complement of particle accelerators to study both SEUs (Single Event Upset) in memory blocks and SEFIs (Single Event Functional Interrupt) in peripheral logic. Those studies allowed to explain the influence of test patterns on measured sensitivities, to discover the origin of the most important SEFIs as well as to validate techniques to quantify their sensitive surfaces. A test methodology intended for an industrial use was established, based on pulsed laser beam in complement of particle accelerators in order to optimize test costs and efficiency. Moreover, a new fault tolerant technique is proposed, which use the DRAM cell property to be immune against radiations for one of their charge state.
L'augmentation des performances requises pour les systèmes aéronautiques et spatiaux nécessite l'utilisation de composants électroniques de complexité croissante, dont la fiabilité, incluant la tenue aux radiations cosmiques, doit être évaluée au sol. Les mémoires DRAMs sont largement utilisées, mais leurs modes de défaillance sont de plus en plus variés, aussi les essais traditionnels en accélérateur de particules ne sont plus suffisants pour les caractériser parfaitement. Le laser impulsionnel peut déclencher des effets similaires aux particules ionisantes, aussi cet outil a été utilisé en complément d'accélérateurs de particules pour étudier, d'une part, les événements parasites SEUs (Single Event Upset) dans les plans mémoire et, d'autre part, les SEFIs (Single Event Functional Interrupt) dans les circuits périphériques. Ces études ont notamment permis d'expliquer l'influence des motifs de test sur les sensibilités mesurées, de découvrir l'origine des SEFIs les plus importants ainsi que de valider des techniques pour quantifier leurs surfaces sensibles. Une méthodologie de test destinée aux industriels a été établie, basée sur l'utilisation du moyen laser en complément des essais en accélérateur de particules dans le but d'optimiser les coûts et l'efficacité des caractérisations. En outre, une nouvelle solution de tolérance aux fautes est proposée, utilisant la propriété des cellules DRAMs d'être immune aux radiations pour un de leurs états de charge.
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