20 September 2013 European Commission, CORDIS

Zespól finansowanych przez UE naukowców opracowal przelomowa technologie, która pozwoli sprostac jednemu z najwiekszych wyzwan stojacych na drodze do opracowania jeszcze bardziej zaawansowanych mikroukladów komputerowych: kosztownemu i czasochlonnemu procesowi testowania i weryfikacji. Holistyczne podejscie badaczy w zakresie wykrywania i naprawiania bledów w obrebie mikroukladów, zwanych tez "obwodami zintegrowanymi" ('integrated circuits' - IC), prawdopodobnie pozwoli przyspieszyc produkcje, oszczedzic pieniadze oraz drastycznie obnizyc cene urzadzen i podzespolów elektronicznych.

"Okolo dekade temu stopien zlozonosci mikroukladów krzemowych byl znacznie nizszy niz obecnie. Od tamtej pory rozmiar tych komponentów, mierzony iloscia tranzystorów, osiagnal miliardowe wartosci. Tego rodzaju mikrouklady nie tylko trudno zaprojektowac, ale takze bardzo trudno przetestowac i zweryfikowac. Nie ulega watpliwosci, ze testowanie i weryfikacja to obecnie "waskie gardlo" w procesie produkcji", tlumaczy dr Jaan Raik, profesor specjalizujacy sie w weryfikacji systemów cyfrowych, pracujacy w Katedrze Inzynierii Komputerowej na Uniwersytecie Technicznym w Tallinie.

W ramach jednego z projektów unijnych, o nazwie PROSYD, zrealizowano zakrojone na szeroka skale badania dotyczace procesu produkcji mikroukladów, w wyniku których odkryto, ze nawet 40 % czasu projektowania mikroukladów poswiecane jest na wyszukiwanie i naprawianie bledów popelnionych podczas projektowania.

W ostatnich latach pojawilo sie wiele metod testowania i weryfikacji. Jednak chociaz metody te faktycznie pozwalaja wykrywac bledy, zwykle nie ulatwiaja odnalezienia ich przyczyny.

"Dla projektanta wiedza o tym, ze mikrouklad nie dziala poprawnie nie jest wystarczajaca. Musi on takze poznac przyczyne oraz, docelowo, wyeliminowac ja. Niestety temu ostatniemu zadaniu poswiecono stosunkowo niewiele uwagi", tlumaczy dr Raik.

Jak dotychczas W ramach trzyletniej inicjatywy przedstawiciele konsorcjum zlozonego uniwersytetów oraz przedsiebiorstw technologicznych polaczyli swe sily w ramach projektu o nazwie "Diagnozowanie, modelowanie oraz eliminowanie bledów w kontekscie projektowania niezawodnych systemów" ('Diagnosis, error-modelling and correction for reliable systems design' - DIAMOND), w celu opracowania innowacyjnych modeli i technologii, które pozwola testowac, wykrywac, weryfikowac, a przede wszystkim poprawiac bledy w obrebie obwodów zintegrowanych. Podejscie obrane przez uczestników projektu, wspartych przez Komisje Europejska kwota 2,9 milionów euro, stanowi krok milowy dla przemyslu pólprzewodnikowego, oferujac potencjalnie ogromne korzysci czasowe i finansowe, w przypadku wdrozenia na duza skale.

Holistyczne podejscie przynoszace trojakie korzysci

Wedlug uczestników projektu wspólczesny projekt z zakresu projektowania mikroukladów posiada budzet wynoszacy okolo 60 milionów euro, jednak gdyby udalo sie przyspieszyc, poprzez automatyzacje, proces wykrywania i korygowania bledów, to koszty mozna by ograniczyc o okolo 15 milionów euro. Dr Raik, który byl koordynatorem inicjatywy DIAMOND, twierdzi, ze korzystny wplyw prac projektowych na wykrywanie i korygowanie bledów w mikroukladach jest trojaki.

"Po pierwsze opracowalismy holistyczny model opisujacy róznorakie bledy. W oparciu o powyzszy model mozliwe jest stosowanie tych samych mechanizmów podczas wyszukiwania bledów popelnionych na etapie projektowania, bledów programistycznych oraz bledów sprzetowych. Po drugie udalo nam sie opracowac bardziej wydajne i zautomatyzowane metody lokalizowania bledów. Szczególny nacisk przywiazano do podejsc systemowych, w zakresie których wczesniejsze prace byly niewystarczajace. Po trzecie, pracowano nad nowatorskimi podejsciami do wyszukiwania bledów in-situ. Powyzsze podejscia pozwalaja zwiekszyc zywotnosc mikroukladów elektronicznych poprzez wykrywanie i izolowanie obszarów, które funkcjonuja niepoprawnie", twierdzi Dr Raik.

Uczestnicy projektu stworzyli system o otwartym kodzie zródlowym, pozwalajacy wyszukiwac i eliminowac bledy, okreslany jako "Formalne srodowisko naprawcze dla prostego C" ('Formal repair environment for simple C' - Forensic), stworzone wspólnie przez Uniwersytet Techniczny w Grazu, Uniwersytet w Bremie oraz Uniwersytet Techniczny w Tallinie. Druga wersje systemu udostepniono w grudniu zeszlego roku.

W celu wykrywania bledów na etapie rejestrowania-transferu, uczestnicy projektu DIAMOND zastosowali system projektowania zwany zamiaCAD, który jest skalowalna platforma o otwartym kodzie zródlowym, który z latwoscia radzi sobie z duzymi, komercyjnymi systemami, takimi jak rozwiazania stosowane przez przemyslowych partnerów projektu, np. firme IBM. Na bazie powyzszej platformy uczestnicy projektu stworzyli nowy system wyszukiwania bledów, umozliwiajacy ich precyzyjne lokalizowanie w obrebie duzych projektów.

Co wiecej, ze wzgledu na to, ze tak zwane "bledy miekkie", czyli bledy wynikajace z interferencji, staja sie coraz wiekszym problemem w przypadku technologii nano-skalowych, pracownicy firmy IBM oraz Uniwersytetu w Bremie wspólnymi silami opracowali wydajne metody symulowania i wykrywania tego rodzaju bledów. Natomiast przedstawiciele firmy Ericsson, Uniwersytetu w Linköping oraz estonskiej firmy Testonica, zajmujacej sie "automatyzacja projektowania ukladów elektronicznych" ('electronic design automation' - EDA) zaprojektowali system zarzadzania awariami, pozwalajacy wydluzyc czas zycia mikroukladów przyszlosci.

"Kluczowe innowacje projektu DIAMOND obejmuja holistyczne podejscie do róznorakich bledów, a takze nowe rozwiazania z zakresu lokalizowania i eliminowania bledów systemowych, umozliwiajace analizowanie bledów miekkich oraz zarzadzanie nimi", podsumowuje dr Raik.

Prawie czterokrotne zwiekszenie wydajnosci

Efektem powyzszych prac jest znaczne zwiekszenie wydajnosci procesów umozliwiajacych wyszukiwanie i naprawianie bledów.

"Na poziomie systemowym rozwiazanie Forensic pozwolilo wyeliminowac okolo 60 % bledów, w porównaniu z 16 % w przypadku stosowanych dotychczas narzedzi", podkresla koordynator projektu. "Na poziomie rejestrów przeprowadzilismy badanie obejmujace projektowanie rzeczywistych procesorów. Wspólpracowalismy z zespolem projektowym zlokalizowanym na Uniwersytecie Technicznym Ilmenau, którego czlonkowie udostepnili nam udokumentowane przypadki wykrycia bledów. Metody DIAMOND pozwolily zlokalizowac wszystkie bledy w ciagu zaledwie kilku minut, podczas gdy wyszukiwanie reczne zajmuje wiele godzin".

Te nowe, bardziej wydajne rozwiazania z zakresu eliminowania bledów przekladaja sie na ogromne oszczednosci finansowe. Firma IBM szacuje, ze podwojenie skutecznosci wykrywania bledów oraz eliminowania ich pozwoli oszczedzic okolo 15 milionów euro na kazdy projekt z zakresu projektowania mikroukladów. Dla konsumentów oznacza to dostep do tanszych i bardziej niezawodnych produktów elektronicznych.

Dzieki sukcesowi inicjatywy DIAMOND trzy organizacje partnerskie przygotowuja sie do rozpoczecia prac w ramach kolejnej inicjatywy, której celem bedzie dalsze usprawnienie technologii wykrywania bledów. Inicjatywa ta równiez otrzyma wsparcie ze strony Komisji Europejskiej.

Firma IBM zglosila jak na razie dwa wnioski patentowe, dotyczace technologii opracowanych w ramach projektu DIAMOND oraz korzysta wewnetrznie z wyników powyzszych prac, z powodzeniem stosujac np. narzedzia sluzace do testowania i weryfikacji podczas projektowania mikroukladów. Firma Ericsson równiez korzysta wewnetrznie z wyników projektu, stosujac na przyklad nowa technologie zarzadzania bledami podczas opracowywania produktów.

Z kolei przedsiebiorstwa TransEDA oraz Testonica, wywodzace sie z grupy badawczej zlokalizowanej na Uniwersytecie Technologicznym w Tallinie, oferuja w swym portfolio produktów komercyjnych narzedzia DIAMOND sluzace do diagnozowania bledów. Firma Testonica zglosila jeden wniosek patentowy dotyczacy technologii opracowanych w ramach inicjatywy DIAMOND.

Tymczasem niektóre wyniki projektu zaprezentowano firmie Intel oraz firmom MSP, które wykazaly zainteresowanie tego rodzaju technologiami.

"Zainteresowanie zewnetrzne bylo stosunkowo duze", zauwaza dr Raik. "Mamy do czynienia z silnym trendem w zakresie projektowania ukladów wielordzeniowych, glównie ze wzgledu na potrzebe ograniczenia zuzycia energii przez uklady przyszlosci. Dlatego przewiduje, ze testowanie, niezawodnosc oraz odpowiednie projektowanie beda scisle powiazane z systemami wielordzeniowymi. Regularnosc i modularnosc, które sa scisle powiazane z architekturami wielordzeniowymi, oferuja nowe mozliwosci w zakresie testowania, weryfikacji oraz projektowania".

Oczekuje sie, ze wyniki powyzszych prac pomoga skrócic czas projektowania, wytwarzania oraz udostepniania na rynku nowych mikroukladów, przyspieszajac tym samym cykl innowacji w zakresie ukladów elektronicznych, co z kolei doprowadzi do obnizenia cen urzadzen elektronicznych.

Projekt DIAMOND uzyskal wsparcie finansowe w ramach Siódmego Programu Ramowego UE (7PR).

Odnosniki do projektów na stronie CORDIS:

- informacje na temat 7PR w bazie danych CORDIS - http://cordis.europa.eu/fp7/home_en.html- informacje na temat projektu DIAMOND w baize danych CORDIS - http://cordis.europa.eu/projects/rcn/93760_en.html

Odnosnik do strony internetowej projektu:

- strona internetowa projektu "Diagnozowanie, modelowanie oraz eliminowanie bledów w kontekscie projektowania niezawodnych systemów" - 'Diagnosis, error modelling and correction for reliable systems design' - http://www.fp7-diamond.eu/

Odnosniki do powiazanych filmów:

- film dotyczacy projektu DIAMOND - http://www.fp7-diamond.eu/index.php?page=24

Pozostale odnosniki:

- strona internetowa Agendy Cyfrowej Komisji Europejskiej - http://ec.europa.eu/digital-agenda/

http://cordis.europa.eu/results/home_pl.html