Stochastic Process Variation in Deep-Submicron CMOS: Circuits and Algorithms

یکی از قابل‌توجه‌ترین ویژگی‌های فناوری CMOS در مقیاس نانومتری، افزایش میزان تغییرپذیری پارامترهای کلیدی دستگاه مؤثر بر عملکرد مدارهای مجتمع است. رشد تنوع را می توان به عوامل متعددی نسبت داد، از جمله دشواری کنترل ساخت، ظهور مکانیسم های جدید ایجاد تغییرات سیستماتیک، و مهمتر از همه، افزایش تصادفی در مقیاس اتمی، که در آن عملکرد دستگاه باید به عنوان یک تصادفی. علاوه بر تغییرپذیری دستگاه تصادفی ثابت با حس عریض و تغییرات دما، وجود نویز الکتریکی استوکاستیک غیرایستا مرتبط با فرآیندهای اساسی در دستگاه‌های مدار مجتمع، یک محدودیت ابتدایی را نشان می‌دهد. عملکرد مدارهای الکترونیکی.

در تلاش برای پرداختن به این مسائل، تغییر فرآیند تصادفی در CMOS زیر میکرونی عمیق: مدارها و الگوریتم‌ها ترکیبی منحصر به فرد از درمان ریاضی را ارائه می‌دهد. تغییرات تصادفی فرآیند، نویز الکتریکی و دما و مدارهای لازم برای نظارت بر روی تراشه و کالیبراسیون عملکرد. مشکلات مرتبط در سطوح مختلف انتزاع، یعنی سطح مدار، سطح معماری و سطح سیستم مورد بررسی قرار می گیرند. بنابراین دیدگاه گسترده ای در مورد راه حل های مختلفی که باید مورد استفاده قرار گیرند و ترکیب احتمالی آنها در تکنیک های مکمل بسیار موثر برای مدارهای آنالوگ/سیگنال مختلط و دیجیتال ارائه می دهد. امکان‌سنجی الگوریتم‌های توصیف‌شده و مدار داخلی با اندازه‌گیری‌های نمونه‌های اولیه سیلیکونی ساخته شده در فناوری استاندارد CMOS 90 نانومتر و 65 نانومتر تأیید شده است.

One of the most notable features of nanometer scale CMOS technology is the increasing magnitude of variability of the key device parameters affecting performance of integrated circuits. The growth of variability can be attributed to multiple factors, including the difficulty of manufacturing control, the emergence of new systematic variation-generating mechanisms, and most importantly, the increase in atomic-scale randomness, where device operation must be described as a stochastic process. In addition to wide-sense stationary stochastic device variability and temperature variation, existence of non-stationary stochastic electrical noise associated with fundamental processes in integrated-circuit devices represents an elementary limit on the performance of electronic circuits.

In an attempt to address these issues, Stochastic Process Variation in Deep-Submicron CMOS: Circuits and Algorithms offers unique combination of mathematical treatment of random process variation, electrical noise and temperature and necessary circuit realizations for on-chip monitoring and performance calibration. The associated problems are addressed at various abstraction levels, i.e. circuit level, architecture level and system level. It therefore provides a broad view on the various solutions that have to be used and their possible combination in very effective complementary techniques for both analog/mixed-signal and digital circuits. The feasibility of the described algorithms and built-in circuitry has been verified by measurements from the silicon prototypes fabricated in standard 90 nm and 65 nm CMOS technology.