ԴԻՄԱՎՈՐԵԼՈՎ ՆԵՐԴՐՎԱԾ ՍՏԱՏԻԿ ՀԻՇՈՂՈՒԹՅԱՆ ՄԱՐՏԱՀՐԱՎԵՐՆԵՐԸ

«Առաջին կարգի մարտահրավերը այսօրվա և գալիք սերնդի պրոցեսային սարքերի ֆիզիկայում, փոխկապակցված ապշեցնող բարդությունների հետ, որոնց հետ յուրաքանչյուր օր բախվում են միկրոսխեմային համակարգերի նախագծողները, մեծապես փոխակերպել է տատանվողներից մեկի մի ժամանակ հիմնավորապես սահմանված ներդրված ստատիկ հիշողության աշխարհը, եթե ոչ նվազագույնս հասկացված ոլորտի այսօրվա կիսահաղորդիչների տեխնոլոգիաների ոլորտում: Սարքերի ֆիզիկայի կալվածքում, այս մարտահրավերները հստակորեն գրոհում են երեք ճակատով` պրոցես, միջավայր և ժամանակային հետևանքներ:

Փոփոխականները, որոնք խաղի են բերվում բարդության կալվածքում, ներգրավում են հիշողության համակարգի կառուցվածքը, կրեմնիումի ստուգողական փորձարկումների պահանջները, գլոբալ և լոկալ հզորության փոխանակումները, արտադրողականությունը և տարածությունը, ինչպես նաև ստատիկ հիշողության մեջ ներգրավված բաղադրիչների միացումների սխեման: Անցյալում ներդրված ստատիկ հիշողության հետ հնարավություն էին տալիս վարվել ավտոնոմ եղանակով: Սակայն ներկայիս պրոցեսի և բարդության մարտահրավերները պահանջում են, որ ներդրված հիշողությունը հանդես գա ինչպես մի համակարգ` այն նպատակով, որ հնարավորություն տրվի
արդյունքում ստանալ ամրակազմ և դիմացկուն որակ, միաժամանակ իրավունք տալով ամենաարագ ժամանակում ապրանքը հասցնել սպառողական շուկա:

Մի ժամանակաշրջանում, երբ օքսիդային դարբասի հաստությունը կարելի է չափել հաշվելով մատերի վրա ատոմների քանակը, ակնհայտ է, որ ատոմային չափացույցի վրա կատարված յուրաքանչյուր փոփոխություն կարող է ազդել էլեկտրական շղթայի պահելաձևի վրա: Մեկ մակարդակ վերև բարձրանալով դեպի էլեկտրական շղթայի միջավայր, առաջին կարգի աջակցումը փոփոխություններին գալիս են ջերմաստիճանից, էլեկտրական հոսանքի լարվածությունից, աղմուկներից, էլեկտրամագնիսական միջամտություններից, ինքնատաքացումից, յուրահատուկ տեղադրության հետևանքով առաջացող ցանցային լարումից և դրա հետևանքով միմյանց ձուլումից: Ամենավերջում հարկավոր է խորհել այնպիսի բաների մասին ինչպիսին են ժամանակային հետևանքները, որոնք ի հայտ են գալիս պրոցեսի շեղման պատճառով, ինչպես նաև բացասական շեղություն ունեցող ջերմաստիճանի անկայուն լինելու փաստից, նաև` էլեկտրագաղթի և ջերմակիրների հետևանքները: Պատկերը պարզաբանում է այն հարվածը, որը հասցնում է պրոցեսի փոփոխությունը ամեն մի նորընտիր տեխնոլոգիական հանգույցի վերաբերյալ:

Չնայած նրան, որ պարզ է, որ պրոցեսի միջին թիվը միանգամայն լավ կշռանժարվող է, մենք պետք է հավանություն տանք այն հանգամանքին, որ սիստեմատիկ և անկանոն փոփոխությունները այլևս նկատի չեն առնվում ավանդական նախագծող տեխնիկաների կողմից: Ավանդական վերջնական ստուգումները վատագույն դեպքի անկյան վերլուծության միջոցով սաստիկ հարձակողական են որոշ դեպքերում և սաստիկ պահպանողական այլ դեպքերում, ինչը իր հերթին ժխտում է նոր պրոցեսի օգտակար լինելու հանգամանքը:

Խնդիրը լուծելու համար կիրառվում է մոդելավորման մի վիճակագրական տեխնիկա, որը հնարավորություն է տալիս կանխագուշակել վատագույն դեպքի վազքուղու վերլուծությունը` բնորոշ տվյալ ձուլարանի պրոցեսին: Ունենալով լավ վիճակագրական մոդել ներդրված ստատիկ հիշողությունը նախագծողին հնարավորություն է ընձեռվում լավագույնին հասցնելով շղթաները` կարգի բերել դրանք և հարմարեցնել անհամաձայնությունները դրանց ներքո:

Եթե վերցնենք ավելի լայն միկրոսխեմային համակարգի կոնտեքստում, ապա լավագույն միկրոսխեմաների համակարգում ներդրված ստատիկ հիշողությունը պետք է ծառայեցնի այն շղթաները, որոնք հիշողության սահմաններից դուրս են գտնվում` մոնիտորինգ և ախտորոշաբանություն անցկացնելւ համար: Այժմ խաղը տարվում է այն բանի շուրջ, որպեսզի վիճակագրական կանխագուշակմամբ ստանալ շահ` պրոցեսի մասշտաբը փոխելիս, նկատի ունենալով, որ արդյունքում ստացված շահը դիտարկվում է այնպիսի կլասիկ որակական կատեգորիաների շրջանակներում, ինչպիսինք են` տարածությունը, արտադրողականությունը և հզորությունը:

Նրա հետ մեկ տեղ, որ միկրոսխեմային համակարգի նախագծումը գնալով աճում է և որոշ կալվածքներում հեշտությամբ հասնում է հարյուր միլիոն դոլարի սահմաններին, սաստիկ հարկավոր է, որ ներդրված ստատիկ հիշողությունը լինի ընդունելի կրեմնիի մակարդակի վրա, այնպես որ ներդրված ստատիկ հիշողությունը պետք է նախագծվի համակարգի կոնտեքստում: Իրականում շատ դժվար է ընդունելի դարձնել մի հիշողություն JTAG պորտի միջոցով, մինչև որ չմիացվի լրացուցիչ շղթաներ տեստավորման փոխադրամիջոցներին` նպատակ հետապնդելով ստուգել հիշողության ցուցաբերման աստիճանը համակարգի կոնտեքստում: Այդ լրացուցիչ շղթաները հանդիսանում են խթան աշխատող հաճախականության վրա տեստավորելիս և ծառայեցնում է ախտորոշաբանության համար նախատեսված մեխանիզմները, որոնք կարելի է նախագծել այնպիսի ալգորիթմների միջոցով, որոնք լավ հարմարեցված են տվյալ տեստավորվող հիշողության տիպին և տոպոլոգիային:

Հասկանալի է, որ կրեմնիի հրամանների կատարումը պրոցեսի պատուհանի ընձյուղի լայնքով կամ ճեղք ունեցող մասնաքանակի միջով պահանջ դարձավ 90 նանոմետրանոց տեխնոլոգիայից սկսած:

65 նանոմետրանոց տեխնոլոգիայից ի վեր, առաջացան տեխնիկաներ մտավոր սեփականություն իրենցից ներկայացնող ներդրված ստատիկ հիշողությունները խստապահանջ տեստավորելու համար: Այդ տեխնիկաները կարողեն բավարարվել միայն և միայն այն դեպքում, եթե տեստավորվեն տեստային միկրոսխեմաների վրա, որոնք պարունակում են ներդրված ստատիկ հիշողություններ: Նման տեստային միկրոսխեմաները ներդրված ստատիկ հիշողություններով շինծու նմանվում են միկրոսխեմաների համակարգի իր չափսով, արտադրողականությունով և բարդությամբ:

Բազմա-մեգաբիտ միկրոսխեմային համակարգի ժամանակաշրջանը առաջացավ 130 նանոմետրանոց տեխնոլոգիաներից սկսած, իսկ դրա սովորական օգտագործումը 90 նանոմետրից սկսած: լխավոր շարժանիվը բարդության կալվածքում ներկայիս հանդիսանում է այն որ մակերեսի վրա տոկոսային ավելի շատ ներդրված հիշողություններ են օգտագործվելու հաշվի առնելով բյուրեղի ընդհանուր մակերեսը:

Այնուհետև, այսօրվա նախագծերի մեծամասնության համար պահանջ գոյություն ունի լավ հարմարեցված հիշողություն ունենալ, որը կարող է համապատասխան ձևով լուծել լոկալ օպտիմիզացիայի խնդիրը, որի արդյունքը պետք է լինի որակը: Կարող են գոյություն ունենալ գաղտնի հիշողության պաշարներ, որոնք հաղորդակցվելով ներդրված պրոցեսորների հետ պետք է կատարեն փայլուն և արագ աշխատանք, պահանջեն բարձր արագության հիշողությունների կառուցվածք: Կարող են գոյություն ունենալ նաև պահանջներ FIFO (առաջինն եկավ, առաջինը մատուցվեց) գրապահոցների համար, որոնք չեն պահանջում արագ հրամանների կատարում, բայց որոնք խժռում են էական տարածություն բյուրեղի ընդհանուր մակերեսից: Այդ դեպքում բարձր խտությունն է դառնում ճարտարապետական լավագույն երկընտրությունը:

Կախված լինելով այն բանից թե ինչպիսին է համակարգի ճարտարապետական էությունը, շատ հնարավոր է, որ երկու տեսակի հիշողություններն էլ գտնվեն մի կառուցվածքի մեջ և հավանաբար կպահանջեն աջակցություն մատուցել սպասողական և դինամիկ հզորության ղեկավարելու կարիքներին: Ներդրված հիշողություն նախագծողների համար այս դեպքում ստեղը նրանում է կայանում, որ հիշողությունները նախագծելիս դրանք նախագծվեն օպտիմիզացված լոկալ կերպով ցանկացած որակի արդյունքների համար, նույնիսկ ժամանակ մատակարարելով զննման մի հնարավորություն համակարգի ախտանշման և նորոգման համար:

Ժամանակի ընթացքում ներդրված ստատիկ հիշողությունների համակարգերը, որոնց վրա տեղավորված են բյուրեղի ախտանշման սարքերը, տվյալներ են մատակարարում արտադրողականության վերաբերյալ, որոնք հետ են վերադարձվում նախագծի պրոցեսին` ինչպես լավագույն վարպետության նմուշներ: Լավագույն վարպետության նմուշները ճշգրիտ հիշողության տոպոլոգիան ընտրելու համար կարող են մատակարարվել նախագիծը իրականացնող ինժիներին, քանի որ փորձերի հիման վրա ստացված այդ տվիալները հիմք են հանդիսանում նախատեսված արտադրողականության վերլուծության համար` հատակի գծագրի հիման վրա:

Հիմնական բանալին նանոմետրանոց ներդրված ստատիկ հիշողությանը իրավունք տալու հասնել իր դասում լավագույն որակի կայանում է համակարգի կոնտեքստի մասին մտածելու մեջ: Փոփոխությունների կալվածքում այդ պարտադրում է լավ իմացություն պրոցեսի, միջավայրի և ժամանակային հետևանքների մասին քանզի դրանք էական են դարձել օպտիմիզացիայի հավասարման համար: Բարդությունների կալվածքում ներդրված ստատիկ հիշողության համակարգի բյուրեղի վրա գտնվող մտավոր ընդունակության մասը մատակարում է մի գործիք կոնտեքստի ներքո կրեմնիումը վավեր ճանաչելու համար ինչպես նաև նախագծին բնորոշ ալգորիթմներ, որոնց օգտագործումը հարկավոր է տեստավորումն ու նորոգումը հնարավոր դարձնելու համար արտադրության կոնտեքստում: Մտածել է հարկավոր միկրոսխեմաների համակարգի նախագծողի պահանջի մասին լոկալ օպտիմիզացիայի համար, որպեսզի բավարարել անկայուն պահանջներին ամբողջ համակարգի լայնքով:

Ի վերջո, համակարգի ներդրված հիշողության տեսարանը պահանջում է խորը գիտելիք արտադրողականության փոխանակությունների մասին, որոնք պիտանի կարող են լինել հատուկ հիշողությունների կապակցումների համար բյուրեղի մասնիկների վրա:

Ներդրված ստատիկ հիշողությունը իրենից նեկայացնում է համապատասխանը չունեցող այն նկարագրությունը տեխնոլոգիայի մի ոլորտի, որը վաղուց առաջ է անցնել ներդրված ստատիկ հիշողության սահմաններից: Այսօրվա ճանապարհը դեպի հաջողություն` գնում է համակարգերի մոտեցման ճանապարհով»:

Երվանդ Զորյանը ([email protected]) Վիրաժ Լոջիք կորպորացիայի նախագահի տեղակալն է և գլխավոր գիտնականը: Նա նախագահում է IEEE 1500 standardization աշխատանքային embedded-core test խումբը: Ունի մագիստրոսի կոչում, որը պաշտպանել է Հարավային Կալիֆորնիայի Համալսարանում, ունի նաև դոկտորի կոչում, որը ստացել է McGill Համալսարանից:

Կեն Պոթսը ([email protected]) Վիրաժ Լոջիք կորպորացիայի նախագահի տեղակալն է արտադրանքի մարկետինգի գծով: Նա մասնակցել է 5 ԱՄՆ արտոնագրերի ստեղծմանը և ունի էլեկտրական ինժեներական արվեստի բակալավրի կոչում, որը ստացել է Մոնտանայի Պետական Համալսարանից: