Statistical analysis of the impact of within die variations on eSRAM internal signal races
Analyse statistique de l 'impact des variations locales sur les courses de signaux dans une mémoire SRAM embarquée
Résumé
Aggressive technology scaling has led to the progressive de gradation of transistor performances due to variability conditions such as process, voltage and temperature fluctuations. To handle the impact of manufacturing processvariations along with the operating conditions in circuit design, corner based methodology is performed by characterizing the circuit under best case and worst case conditions(corner analysis method). However, the increase of variability in manufacturing processes results in an over estimation of performances, for instance like the read timing margin of an embedded SRAM. Hence, the only alternative to overcome the hurdle linked to corner analysis method is in the use of statistical design techniques, more specifically through statistical timing analysis. The statistical timing analysis of SRAM performances constitutes the essence of this thesis. First of all, we have shown the serious limitations associated with the corner analysis method as far as the read timing of the SRAM is concerned. Based on these results, we have then proposed a modelling approach as an alternative to the corner based method. This approach has then been used in the statistical sizing of the memory so as to optimize its timing performances, there by mitigating the excessive read timing margin introduced by the traditional method.
Parallèlement à l'accroissement de la part dévolue à la mémoire au sein des circuits, l'évolution technologique s'accompagne d'uneaugmentation de la variabilité des performances, notamment dues aux variations de procédés de fabrication, de la tension d'alimentation et de la température. En terme de conception, ces variations de procédés de fabrication et de conditions de fonctionnement sont généralement prises en compte en adoptant une approche pire et meilleur cas(méthode des corners). Cependant, l'accroissement de la variabilité des procédés de fabrication conduit à l'accroissement relatif de la fourchette d'estimation des performances, comme la marge temporelle de lecture dans une mémoire embarquée de type SRAM. Ainsi la seule alternative, permettant de s'affranchir de la méthode des corners, réside dans l'adoption de techniques statistiqueset notamment l'analyse statistique des performances temporelle. Cette analyse statistique des performances des SRAMs constitue le cœur de cette thèse. Dans un premier temps, nous avons démontré les limites de la méthode des corners sur la marge temporelle de lecture de la SRAM. Puis, nous avons développé une approche de modélisation permettant de s'affranchir de la méthode des corners. Cette approche a ensuite été utilisée dans le dimensionnement statistique de la mémoire afin d'optimiser ses performances temporelles, réduisant ainsi lamarge excessive de lecture introduite par l'approche traditionnelle.
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