《微处理器的电磁健壮性建模与评估》

微处理器是国家信息化核心技术安全可控、自主创新能力的集中体现,作为国家信息基础设施的核心单元,微处理器的电磁健壮性问题日益突出,严重影响和制约了集成电路芯片自主研制能力以及系统的电磁兼容、功能安全和可靠寿命。微处理器的电磁健壮性的基本内涵是指全寿命的电磁兼容退化效应和长期可靠性。该项目属于微电子与信息科学领域,致力于解决微处理器电磁健壮性科学问题。在国家自然科学基金委的支持下,开展了微处理器的电磁健壮性机理、建模仿真、测试分析、预测评估等基础理论与关键技术研究,揭示了微处理器芯片级电磁健壮性机理,提出了基于温度效应的电磁兼容行为的建模分析方法,并创建了微处理器电磁敏感度温度效应及其电磁特性三维扫描一体化分析平台,解决了微处理器温度效应与电磁健壮性分析评估的科学难题。

主要科学发现与创新:(1)提出了集成电路无源网络的耦合特征参数和内部功能单元的电磁特性及效应特征的分析方法,揭示了影响集成电路电磁健壮性的关联要素与内在规律。(2)提出了基于泰勒级数和BP神经网络的微处理器行为级电磁敏感度建模方法,建立了具有集总和分布参数的典型芯片级等效电路模型,联合电路分析与电磁兼容仿真软件ICEMC分析微处理器电磁效应特征。(3)提出了电磁兼容与温度老化的协同分析方法,建立了直接电磁能量注入耦合干扰微处理器电磁敏感度测试系统,创建了电磁干扰与温度应力联合作用的芯片级电磁效应测试分析平台,给出了典型微处理器电磁健壮性能科学分析和评估。(4)提出了基于近场线阵列探头三维扫描的电磁特性测试与分析方法,丰富了微处理器芯片和电路板电磁效应分析评估手段。(5)提出了硬件设计与软件防御相结合的电磁健壮性优化方法,优化了微处理器片内、片外硬件电路和软件设计,提高了典型微控制器、32位DSP、千万门级FPGA和ASIC专用芯片等的电磁兼容健壮性性能。

项目研究成果通过了国家自然科学基金委验收,得到了信息科学领域专家的高度评价,项目理论与学术研究成果发表在国际电子与信息领域权威顶级学术期刊,得到了国际同行专家的认可,共发表学术论文38篇,其中包括SCI论文5篇,EI和中文核心论文22篇,代表论文他引25篇次。授权发明专利3项、实用新型专利4项、软件著作权3项。获解放军信息工程大学优秀硕士论文1篇,获全国研究生电子设计竞赛一等奖1项、二等奖2项。

成果先后成功应用于通用16/32位微控制器、16/32位DSP、百万门级FPGA等典型微处理器、专用集成电路和系统自主研制与电磁健壮性设计,以及目标指示雷达、火控雷达、超短波信号接收机、短波密码电台、无人机、专用集成芯片等信息装备的自主研制与系统性能提升,对国家半导体集成电路自主创新设计与核心微处理器自控具有重要的军事、社会、经济等科学价值。

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