Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Δημήτριος Γκιζόπουλος, Καθηγητής, Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών, Εθνικό & Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Περίληψη:
Η συνεχιζόμενη μείωση στις διαστάσεις των μοντέρνων Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (Ο.Κ.) οδηγούν στον ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο των αξιολογήσεων αξιοπιστίας και ευπάθειας στον επεξεργαστή, σε πρόωρα στάδια της σχεδίασης (pre-silicon validation). Με την εξέλιξη των τεχνολογικών κόμβων, τα αποτελέσματα της ακτινοβολίας παίζουν μεγαλύτερο ρόλο, οδηγώντας σε πιο σημαντικά αποτελέσματα στις συσκευές, με μια επιπρόσθετη αύξηση σε σφάλματα πολλαπλών bit. Συνεπώς, είναι καθοριστική η χρησιμοποίηση κάποιων κοινών μηχανισμών εισαγωγής σφαλμάτων για την αξιολόγηση κάθε σχεδίου, χρησιμοποιώντας προσομοιωτές μικρό-αρχιτεκτονικής, που μας παρέχουν ευελιξία και βελτιωμένη ταχύτητα, σε σύγκριση με τα σχέδια Επιπέδου Μεταφοράς Καταχωρητή.
Αυτή η διπλωματική εργασία, εστιάζει στα σφάλματα πολλών bit, παρουσιάζοντας τα αποτελέσματα τους σε διαφορετικές δομές ενός μικρό-αρχιτεκτονικού μοντέλου του επεξεργαστή ARM Cortex-A9, που έχει υλοποιηθεί στον προσομοιωτή Gem5. Για αυτό τον λόγο χρησιμοποιείται για τις εκστρατείες εισαγωγής σφαλμάτων o GeFIN (Gem-5 based Fault INjector), με την προσθήκη μιας βελτιωμένης γεννήτριας σφαλμάτων, για τη δημιουργία μασκών σφαλμάτων με κάποια πολύ συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Η βελτιωμένη έκδοση της γεννήτριας, περιλαμβάνει την δυνατότητα για την εισαγωγή σφαλμάτων πολλών bit σε γειτονικές περιοχές κάθε δομής, μια πολύ συνηθισμένη περίπτωση σε πραγματικά περιβάλλοντα. Η γεννήτρια περιλαμβάνει επίσης της δυνατότητα για την εισαγωγή σφαλμάτων σε διεμπλεκόμενες (interleaved) μνήμες, ένας μηχανισμός που χρησιμοποιείται για το περιορισμό των αποτελεσμάτων των σφαλμάτων πολλών bit.
Τα αποτελέσματα αυτής της διπλωματικής εργασίας, έδειξαν ότι κάποιες συγκεκριμένες δομές του επεξεργαστή-υπό-εξέταση (π.χ. ο Instruction Translation Lookaside Buffer) έδειξαν μεγάλη ευπάθεια στην εισαγωγή σφαλμάτων, με ποσοστά έως και 25% σωστών εκτελέσεων για 1000 πειράματα, ενώ άλλες δομές όπως οι Κρυφές Μνήμες Εντολών και Δεδομένων 1ου επιπέδου και η Κρυφή Μνήμη 2ου επιπέδου, έδειξαν μεγαλύτερη ευπάθεια στον αυξανόμενο αριθμό εισαγόμενων σφαλμάτων, με διακυμάνσεις μέχρι και 24% ανάμεσα στη εισαγωγή ενός και τριών σφαλμάτων στην κρυφή μνήμη 1ου επιπέδου. Αυτοί οι αριθμοί σχετιζόταν με τον θεωρητικό Architectural Vulnerability Factor (AVF) και ήταν ανεξάρτητοι από την τεχνολογία κατασκευής. Πραγματοποιήθηκε μια επέκταση στους υπολογισμούς για τον υπολογισμό των AVFs για κάθε τεχνολογικό κόμβο από 250 έως 22 nm, που έδειξε αυξημένα ποσοστά AVF όσο ο κόμβος μειωνόταν.
Τέλος, πραγματοποιήθηκε μια ανάλυση αξιοπιστίας, χρησιμοποιώντας την μετρική Failures in Time (FIT), που έδειξε του υψηλότερους αριθμούς για την Κρυφή Μνήμη 2ου επιπέδου, κυρίως λόγω του μεγέθους της (4 MBits) με ένα FIT ίσο με 822.9 στα 130 nm. Ο FIT του επεξεργαστή είχε μέγιστο το 918 στον ίδιο κόμβο, ενώ παρατηρήσαμε ότι για κόμβους μικρότερους από 130 nm οι FIT μειώνονται, κυρίως επειδή υπάρχει μείωση στον παράγοντα raw FIT κάθε τεχνολογίας.
Λέξεις-κλειδιά:
ανοχή σε σφάλματα, σφάλματα πολλών bit, μικρό-αρχιτεκτονική προσομοίωση, αξιολογήσεις αξιοπιστίας και ευπάθειας, πλέξη μνήμης
