En vedette - Résoudre les problèmes de tests des anomalies dans la production de puces
«Il y a une dizaine ou une vingtaine d'années, les puces en silicium étaient beaucoup moins complexes qu'actuellement. Depuis, la taille de ces puces a augmenté en termes du nombre de transistors qu'elles comportent (aujourd'hui plusieurs milliards). La conception de ces puces est complexe, mais leur mise à l'essai et leur vérification l'est encore plus. Les procédures de test et de vérification sont clairement devenus l'obstacle le plus grand au processus de développement», explique le Dr Jaan Raik, un professeur de vérification des systèmes numériques au département de génie informatique de l'université de technologie de Tallinn, en Estonie. Financé par l'UE, le projet PROSYD a mené des travaux de recherche approfondis sur les processus de fabrication de puces et a constaté que près de 40% du cycle complet de la conception des CI concernent la détection et la correction d'anomalies provoquées par des erreurs de conception. Ces dernières années, de nombreuses approches de test et de vérification ont émergées. Mais, bien qu'elles permettent d'identifier la présence d'anomalies, elles ne parviennent pas à déterminer précisément la raison de l'anomalie. «Un concepteur n'est pas plus avancé s'il sait simplement que la puce ne fonctionne pas. Il devra localiser l'anomalie pour pouvoir à terme la corriger. Très peu d'attention a été accordée à ces tâches», commente le Dr Raik. Du moins jusqu'à aujourd'hui. Pendant trois ans, un consortium d'universités et de sociétés de technologie a collaboré dans le cadre du projet DIAMOND («Diagnosis, error-modelling and correction for reliable systems design») afin de développer des modèles innovants et des technologies pour tester, détecter, vérifier et surtout réparer les erreurs au niveau des CI. La Commission européenne a accordé un financement de près de 2,9 millions d'euros à cette approche, qui marque un bond en avant dans le secteur des semi-conducteurs et offre d'importantes économies de temps et d'argent dans l'hypothèse d'une application à grande échelle. Une approche holistique trois fois plus bénéfique Selon cette approche, un projet de conception moderne de puce s'élève à environ 60 millions d'euros d'investissement, mais si les processus de détection et de correction des anomalies sont accélérés grâce à l'automatisation, ces frais pourraient être réduits de 15 millions d'euros. Le Dr Raik, coordinateur de DIAMOND, explique que la contribution du projet à la résolution de cet enjeu visant à détecter et à réparer les erreurs des CI présente trois avantages. «Premièrement, un modèle holistique pour différents types de défauts a été développé. Selon ce modèle, les mêmes moteurs de localisation peuvent être appliqués pour concevoir des erreurs, des erreurs non systématiques et des défauts. Deuxièmement, des méthodes de localisation et de correction automatisée ont été développées. Une attention particulière a été accordée aux approches systématiques où les travaux antérieurs de recherche n'ont pas fonctionné. Et troisièmement, des approches de débogage post-silicium in situ ont été développées. Ces approches ont prolongé la vie des puces en silicium en localisant et en isolant les régions défectueuses», commente le Dr Raik. L'équipe a créé un système de localisation et de correction d'erreurs en source ouverte appelé Forensic («Formal repair environment for simple C»), développé en collaboration avec l'université technologique de Graz, l'université de Brême et l'université de technologie de Tallinn, et une seconde version de l'environnement a été publiée en décembre dernier. Pour détecter et corriger les erreurs à un niveau de transfert de registre, les chercheurs de DIAMOND ont utilisé un système d'élaboration de conception baptisé zamiaCAD, une plateforme en source ouverte modulable capable de gérer des systèmes commerciaux de grande envergure, comme ceux utilisés par IBM, l'un des partenaires industriels du projet. En plus de cette plateforme, l'équipe a mis en œuvre de nouvelles méthodes de localisation des anomalies capables d'indiquer des erreurs dans des conceptions si importantes. De plus, étant donné que les erreurs logicielles telles que celles provoquées par des effets de radiation, sont de plus en plus communes dans les technologies nanométriques, IBM et l'université de Brême ont développé ensemble des approches de vérification de la vulnérabilité et de simulation efficaces de ces anomalies. Parallèlement, un système de gestion des anomalies post-silicium visant à prolonger la vie des futures puces a été conçu par Ericsson, l'université de Linköping et Testonica, l'entreprise estonienne d'automatisation de conception électronique (EDA - electronic design automation). «Les principales innovations du projet DIAMOND sont la gestion holistique des différentes types de défauts, ainsi que de nouveaux moteurs pour la localisation et la correction systémiques de défauts pour une analyse d'erreurs logicielles et pour la gestion des anomalies», résume le Dr Raik. Un gain d'efficacité pratiquement quadruple Les gains importants en termes d'efficacité pour les processus utilisés afin de trouver et de corriger les défauts représentent les principaux bénéfices du projet. «À l'échelle du système, Forensic a pu corriger 60% des conceptions de référence par rapport au 16% possible avec les instruments utilisés antérieurement», fait remarquer le coordinateur du projet. «À l'échelle du transfert de registre, nous avons réalisé une étude de cas sur une conception de processeurs. Nous avons coopéré avec une équipe de conception à l'université technologique d'Ilmenau qui nous a aimablement fournis les cas de bugs informatiques. Les méthodes de DIAMOND ont permis de localiser toutes les erreurs en quelques minutes seulement, procédé qui prend plusieurs heures avec la localisation manuelle.» Ces nouvelles méthodes de correction des anomalies permettent de réaliser des économies considérables. IBM estime que l'on pourrait économiser 15 millions d'euros par projet de puce si l'on parvient à doubler l'efficacité du diagnostic et de la correction des anomalies. Pour le consommateur, cela signifie des produits électroniques plus sûrs et moins chers. Au vu du succès de DIAMOND, trois des organisations partenaires du projet se préparent à lancer BASTION, un projet de suivi visant à renforcer leur technologie de détection, qui bénéficiera également d'un soutien de la Commission européenne. IBM a déjà rempli deux demandes de brevet sur les technologies développées dans le cadre du projet DIAMOND et continue d'exploiter les résultats de manière interne, y compris l'application réussie des outils de test et de vérification dans les projets de conception. Ericsson, un autre partenaire du projet, exploite aussi les résultats en interne, et applique la nouvelle technologie dans les développements de produits. Les entreprises d'automatisation de conception électronique TransEDA et Testonica, elle-même une entreprise dérivée du groupe de recherche de l'université de technologie de Tallinn, ont inclus des instruments de diagnostic d'erreurs dans leurs portefeuilles de produits. Testonica a déposé un brevet pour les technologies développées dans le cadre de DIAMOND. Parallèlement, certains des résultats ont été présentés au fabricant de puces Intel et plusieurs PME ont également exprimé leur intérêt. «L'intérêt exprimé par des tiers est relativement fort», commente le Dr Raik. «On constate actuellement une tendance évidente en faveur des conceptions à plusieurs cœurs pour contrôler la dissipation de puissance des futures puces. Je pense donc que les tests, la fiabilité et la conception seront encore plus interconnectés au sein des systèmes à plusieurs cœurs. En fait, la régularité et la modularité inhérentes aux architectures à plusieurs cœurs offrent de nouvelles possibilités au niveau du test, de la vérification et de la conception.» Sur la base de ces résultats, les travaux du projet devrait écourter le temps de conception, de production et de commercialisation des nouvelles puces, accélérant ainsi l'innovation au sein des dispositifs électroniques et réduisant les prix de l'équipement électronique. Le projet DIAMOND bénéficie d'un financement de la recherche au titre du septième programme-cadre (7e PC) de l'Union européenne. Lien au projet sur CORDIS: - Le 7e PC sur CORDIS - Fiche d'informations du projet DIAMOND sur CORDIS Lien au site web du projet: - Site web du projet «Diagnosis, error modelling and correction for reliable systems design» Lien à des séquences vidéo connexes: - Vidéo du projet DIAMOND Autres liens: - Site web de la stratégie numérique de la Commission européenne