Миниатюрный кодек коррекции многобитных смежных ошибок на базе FPGA для применения в SRAM

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347020100040

Ключові слова:

статическая память произвольного доступа, SRAM, коды коррекции ошибок, ECC, память, мягкие ошибки, SEC-DED-DAEC, мультибитные сбои

Анотація

Для защиты данных в статической памяти SRAM от мультибитных сбоев MBU (multiple bit upsets) обычно используются корректирующие коды для случайных и смежных ошибок. Эти сбои MBU, обусловленные излучением сигнала, являются серьезной проблемой надежности статической памяти произвольного доступа SRAM (static random access memory). В результате множество смежных бит памяти искажаются, и значимая часть информации теряется. Для смягчения указанных проблем, в SRAM предпочтительнее использовать корректирующие коды многобитных смежных ошибок. В данной работе предлагаются коды «коррекция единичных ошибок–обнаружение двойных ошибок–коррекция двойных смежных ошибок» SEC-DED-DAEC (single error correction–double error detection–double adjacent error correction). Производительность предложенных кодов SEC-DED-DAEC оценивается с точки зрения таких параметров, как занимаемая площадь и задержка распространения. Теоретическое верхнее значение занимаемой площади предложенного кода как минимум на 49,98% меньше, по сравнению с аналогичной конструкцией. Также предложенная конструкция дает меньшее значение задержки критического пути распространения приблизительно на 28,79% в сравнении с существующими конструкциями. Достигнутые улучшения площади, выраженные через количество элементов LUT (look up table) и задержки распространения, составили 22,69% и 29,98% соответственно, по сравнению с другими кодами, реализованными на платформе FPGA. Предложенные коды могут быть встроены в SRAM.

Посилання

A. Dixit, A. Wood, “The impact of new technology on soft error rates,” in 2011 International Reliability Physics Symposium, 2011, pp. 5B.4.1-5B.4.7, doi: https://doi.org/10.1109/IRPS.2011.5784522.

R. C. Baumann, “Radiation-induced soft errors in advanced semiconductor technologies,” IEEE Trans. Device Mater. Reliab., vol. 5, no. 3, pp. 305–316, 2005, doi: https://doi.org/10.1109/TDMR.2005.853449.

A. Neale, M. Jonkman, M. Sachdev, “Adjacent-mbu-tolerant sec-ded-taec-yaed codes for embedded srams,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 62, no. 4, pp. 387–391, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2014.2368262.

A. Neale, “Design and analysis of an adjacent multi-bit error correcting code for nanoscale srams,” University of Waterloo, 2014. uri: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10012/8960.

A. Neale, M. Sachdev, “A new sec-ded error correction code subclass for adjacent mbu tolerance in embedded memory,” IEEE Trans. Device Mater. Reliab., vol. 13, no. 1, pp. 223–230, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/TDMR.2012.2232671.

E. Ibe, H. Taniguchi, Y. Yahagi, K. Shimbo, T. Toba, “Impact of scaling on neutron-induced soft error in srams from a 250 nm to a 22 nm design rule,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 57, no. 7, pp. 1527–1538, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TED.2010.2047907.

A. Dutta, N. A. Touba, “Multiple bit upset tolerant memory using a selective cycle avoidance based sec-ded-daec code,” in 25th IEEE VLSI Test Symmposium (VTS’07), 2007, pp. 349–354, doi: https://doi.org/10.1109/VTS.2007.40.

R. W. Hamming, “Error detecting and error correcting codes,” Bell Syst. Tech. J., vol. 29, no. 2, pp. 147–160, 1950, doi: https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1950.tb00463.x.

M. Y. Hsiao, “A class of optimal minimum odd-weight-column sec-ded codes,” IBM J. Res. Dev., vol. 14, no. 4, pp. 395–401, 1970, doi: https://doi.org/10.1147/rd.144.0395.

R. Naseer, J. Draper, “Parallel double error correcting code design to mitigate multi-bit upsets in srams,” in ESSCIRC 2008 - 34th European Solid-State Circuits Conference, 2008, pp. 222–225, doi: https://doi.org/10.1109/ESSCIRC.2008.4681832.

S. Pontarelli, P. Reviriego, M. Ottavi, J. A. Maestro, “Low delay single symbol error correction codes based on reed solomon codes,” IEEE Trans. Comput., vol. 64, no. 5, pp. 1497–1501, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TC.2014.2322599.

Д. Саманта, Д. Бхаумик, “Комментарии к статье ‘Реализация алгоритма кодера Рида-Соломона в виде СБИС для систем связи,’” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 57, no. 7, pp. 58–60, 2014, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347014070061.

S. B. Wicker, V. K. Bhargava, Reed-Solomon Codes and Their Applications. Washington: IEEE, 1999, doi: https://doi.org/10.1109/9780470546345.

A. R. Alameldeen, I. Wagner, Z. Chishti, W. Wu, C. Wilkerson, S.-L. Lu, “Energy-efficient cache design using variable-strength error-correcting codes,” ACM SIGARCH Comput. Archit. News, vol. 39, no. 3, pp. 461–472, 2011, doi: https://doi.org/10.1145/2024723.2000118.

L.-J. Saiz-Adalid, P. Gil, J.-C. Ruiz, J. Gracia-Moran, D. Gil-Tomas, J.-C. Baraza-Calvo, “Ultrafast error correction codes for double error detection/correction,” in 2016 12th European Dependable Computing Conference (EDCC), 2016, pp. 108–119, doi: https://doi.org/10.1109/EDCC.2016.28.

J. Samanta, S. Tripathi, “Comments on ‘a novel approach of error detection and correction for efficient energy in wireless networks,’” Multimed. Tools Appl., vol. 78, no. 6, pp. 7579–7584, 2019, doi: https://doi.org/10.1007/s11042-018-6481-8.

S. Tripathi, J. Jana, J. Samanta, J. Bhaumik, “Fast and power efficient sec-ded and sec-ded-daec codes in iot based wireless sensor networks,” in TENCON 2019 - 2019 IEEE Region 10 Conference (TENCON), 2019, vol. 2019-Octob, pp. 540–545, doi: https://doi.org/10.1109/TENCON.2019.8929354.

S. Tripathi, J. Jana, J. Samanta, A. Anand, C. Kumar, G. Raj, “FPGA and asic implementation of sec-ded-daec codes for sram applications,” in Lecture Notes in Electrical Engineering, vol. 602, Heidelberg: Springer, 2020, pp. 237–247.

S. Tripathi, J. Jana, J. Samanta, A. Raj, D. Ranjan, M. P. Singh, “Design and evaluation of neale-based multi-bit adjacent error-correcting codec for sram,” in Lecture Notes in Electrical Engineering, vol. 602, Heidelberg: Springer, 2020, pp. 259–268.

R. K. Maity, S. Tripathi, J. Samanta, J. Bhaumik, “Lower complexity error location detection block of adjacent error correcting decoder for srams,” IET Comput. Digit. Tech., vol. 14, no. 5, pp. 210–216, 2020, doi: https://doi.org/10.1049/iet-cdt.2019.0268.

P. Reviriego, J. Martinez, S. Pontarelli, J. A. Maestro, “A method to design sec-ded-daec codes with optimized decoding,” IEEE Trans. Device Mater. Reliab., vol. 14, no. 3, pp. 884–889, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TDMR.2014.2332364.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-10-24

Як цитувати

Трипати, С., Майти, Р. К., Джана, Д., Саманта, Д., & Бхаумик, Д. (2020). Миниатюрный кодек коррекции многобитных смежных ошибок на базе FPGA для применения в SRAM. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 63(10), 633–643. https://doi.org/10.20535/S0021347020100040

Номер

Том 63 № 10 (2020)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.