利用時(shí)鐘裕度技術(shù)早期故障預測

系統老化

系統老化這是一個(gè)老生常談的問(wèn)題了，也是一個(gè)有趣的問(wèn)題。世界上沒(méi)有完美的產(chǎn)品，硅芯片制造也一樣。硅芯片的封裝會(huì )對產(chǎn)品使用壽命產(chǎn)生很大影響，因為封裝技術(shù)密封性不好，硅芯片會(huì )暴露于外界環(huán)境。從硅芯片的角度來(lái)說(shuō)，熱載流子注入的自然效應與電子移動(dòng)的細微效果會(huì )對系統產(chǎn)生影響。熱量會(huì )加速硅芯片的老化。老化作為一種靈敏度參數來(lái)說(shuō)，則體現在總時(shí)序預算數據上。通過(guò)超頻與降頻對比，發(fā)現超頻對系統產(chǎn)生的壓力最大，這也是性能差分析的基本方法。

時(shí)鐘裕度的實(shí)施

上面談?wù)摿诉@么多關(guān)于時(shí)鐘裕度技術(shù)的話(huà)題，那么怎樣才能實(shí)施時(shí)鐘裕度技術(shù)呢？首先，我們要知道，最先進(jìn)的系統通常包括眾多時(shí)鐘源。在多數情況下，時(shí)鐘間存在相互依賴(lài)的關(guān)系，但有時(shí)也會(huì )存在獨立的時(shí)鐘?，F在，常見(jiàn)的時(shí)鐘源通常采用鎖相環(huán)技術(shù)，確保噪聲最小化，這使得新一代鎖相環(huán)技術(shù)產(chǎn)生的時(shí)鐘源具有較小的抖動(dòng)，同時(shí)在相位噪聲性能方面優(yōu)于固定的時(shí)鐘源。鎖相環(huán)通常作為帶可編程分壓器的時(shí)鐘合成器，可支持多種時(shí)鐘輸出的合成，而且相互依賴(lài)的不同時(shí)鐘之間可建立不同的“分頻比”。分頻比是PC時(shí)鐘領(lǐng)域的過(guò)時(shí)術(shù)語(yǔ)，但對任何相互依賴(lài)的時(shí)鐘問(wèn)題來(lái)說(shuō)仍然適用。

為了成功實(shí)現時(shí)鐘裕度功能，其必須內置頻率調節的功能。變頻功能在實(shí)際上可能比最初設想的要更困難，因為我們必須全面了解鎖相環(huán)技術(shù)的性能，不僅要了解工作期間可以實(shí)現的目標頻率，還要了解不同反饋編程條件下的相位噪聲與抖動(dòng)性能?；跁r(shí)域的抖動(dòng)是我們需要了解的重要內容，這樣才能確保不同頻率之間的一致性(不能突然斷開(kāi))，否則系統的穩定性分析就會(huì )出錯。如果發(fā)生了不連續的抖動(dòng)情況，也不會(huì )出現太大麻煩，可以通過(guò)多個(gè)特定的輸出頻率開(kāi)槽或所需的分頻比來(lái)解決。此外，應當確保開(kāi)槽不要在頻率變化期間進(jìn)行，除非鎖相環(huán)的設置在CPU對任何形式的開(kāi)槽和短脈沖不敏感的間隔中進(jìn)行。

確?？倳r(shí)序預算正確的技巧就是，應當了解哪些頻率范圍表現較好，這樣就能小心地通過(guò)逐步逼近的辦法接近總時(shí)序預算目標，而每一步的變化量可能有差別。如果頻率變化較大，那么通常會(huì )導致總時(shí)序預算差別結果較小?？倳r(shí)序預算邊界檢測要求最終肯定要突破系統的界限，然后重啟并略微后退一些，直至獲得滿(mǎn)意的一致性閾值為止。有許多沒(méi)有文件記載的“小竅門(mén)”可以完成此項工作。建立系統總時(shí)序預算的關(guān)鍵就是一致性與可重復性。

正如前面簡(jiǎn)單談到的那樣，執行時(shí)鐘裕度工作所發(fā)現的最重要信息就是在產(chǎn)品投入使用后估算出實(shí)際的產(chǎn)品使用壽命終結時(shí)間。本文分析的目的就是要通過(guò)時(shí)鐘裕度來(lái)計算產(chǎn)品的標稱(chēng)性能與總時(shí)序預算之間的差異，以備后續之需。在幾周、幾個(gè)月乃至幾年的時(shí)間里，投入實(shí)際使用的產(chǎn)品運行相同的回歸進(jìn)程，重復計算性能差異。我認為，能夠體現產(chǎn)品使用壽命結束的情況就是在性能差為零或為負值。這并不是說(shuō)系統出現故障，而只是說(shuō)沒(méi)有性能差了，說(shuō)明產(chǎn)品已經(jīng)到了使用壽命的終點(diǎn)。無(wú)論采用何種產(chǎn)品支持方式，如果性能差為零，則說(shuō)明產(chǎn)品的使用壽命已經(jīng)結束了，這一信息對那些需要全天候持續工作的系統來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。如圖1所示，根據歷史性能差信息預測出了性能差為零的時(shí)間。通過(guò)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性分析或非線(xiàn)性曲線(xiàn)分析，可以估計得出產(chǎn)品使用壽命結束的時(shí)間。

圖 1：系統使用壽命估算分析圖。