IC可靠性

IC的可靠性受诸多因素的影响。

• 软错误（soft error）
• 温度
• 功耗
• 制程偏移（process variation）

1. 软错误

软错误是指，外界环境（比如宇宙高能粒子）对于IC干扰，可能造成bit位的翻转，进而可能影响系统的正确性，是一种瞬时性故障。

2. 温度

• 高温涉及很多硬件故障过程。比如，高温会加剧电子迁移效应，进而导致设备损耗乃至永久性故障。
• 高温会提高电荷载流子的浓度，增加IC的阈下泄漏功耗。
• 高温会降低电荷载流子的移动活性，从而可能降低晶体管和互联性能；同时，降低阈值电压，从而可能提高晶体管性能。

3. 功耗

功耗分成动态功耗（dynamic power）与泄露功耗（leakage power）。这两类功耗是许多设计挑战的根源。

• 功耗过高，会导致电流密度（current density）上升，加剧电子迁移效应，进而导致设备损耗乃至永久性故障。 -
• 动态功耗的急剧变化，会触发供能网络上分布的电感和电容，进而引起瞬时性的电压波动。 电压波动导致的dI/dt效应，会改变逻辑组合电路的路径延时，破坏时序约束，从而导致瞬时性故障（或者造成降低处理器频率的压力）。
• 功耗会产生热量，造成IC温度升高，进而影响IC可靠性。当然，IC的温度取决于功耗的时空分布状况、冷却方案以及组装（packaging）等多种因素。

4. 制程偏移

• 可能导致关键时序路径的改变，进而影响瞬时性故障率。
• 可能导致线路以及氧化层的大量参数的改变，进而影响永久性故障率。
• 可能导致掺杂物含量的改变，进而影响泄露功耗。
• 影响动态功耗。
  

参考文献

Brooks D, Dick R P, Joseph R, et al. Power, Thermal, and Reliability Modeling in Nanometer-Scale Microprocessors[J]. IEEE Micro, 2007, 27(3):49-62.