Minimizing Test Power in SRAM through Reduction of Pre-charge Activity

In this paper we analyze the test power of SRAM memories and demonstrate that the full functional pre-charge activity is not necessary during test mode because of the predictable addressing sequence. We exploit this observation in order to minimize power dissipation during test by eliminating the unnecessary power consumption associated with the pre-charge activity. This is achieved through a modified pre-charge control circuitry, exploiting the first degree of freedom of March tests, which allows choosing a specific addressing sequence. The efficiency of the proposed solution is validated through extensive Spice simulations

Comparing different solutions for testing resistive defects in low-power SRAMs

Low-power SRAM architectures are especially sensitive to many types of defects that may occur during manufacturing. Among these, resistive defects can appear. This paper analyzes some types of such defects that may impair the device functionalities in subtle ways, depending on the defect characteristics, and that may not be directly or easily detectable by traditional test methods, such as March algorithms. We analyze different methods to test such defects and discuss them in terms of complexity and test time

Comparing the impact of power supply voltage on CMOS-and FinFET-based SRAMs in the presence of resistive defects

CMOS technology scaling has reached its limit at the 22 nm technology node due to several factors including Process Variations (PV), increased leakage current, Random Dopant Fluctuation (RDF), and mainly the Short-Channel Effect (SCE). In order to continue the miniaturization process via technology down-scaling while preserving system reliability and performance, Fin Field-Effect Transistors (FinFETs) arise as an alternative to CMOS transistors. In parallel, Static Random-Access Memories (SRAMs) increasingly occupy great part of Systems-on-Chips’ (SoCs) silicon area, making their reliability an important issue. SRAMs are designed to reach densities at the limit of the manufacturing process, making this component susceptible to manufacturing defects, including the resistive ones. Such defects may cause dynamic faults during the circuits’ lifetime, an important cause of test escape. Thus, the identification of the proper faulty behavior taking different operating conditions into account is considered crucial to guarantee the development of more suitable test methodologies. In this context, a comparison between the behavior of a 22 nm CMOS-based and a 20 nm FinFET-based SRAM in the presence of resistive defects is carried out considering different power supply voltages. In more detail, the behavior of defective cells operating under different power supply voltages has been investigated performing SPICE simulations. Results show that the power supply voltage plays an important role in the faulty behavior of both CMOS- and FinFET-based SRAM cells in the presence of resistive defects but demonstrate to be more expressive when considering the FinFET-based memories. Studying different operating temperatures, the results show an expressively higher occurrence of dynamic faults in FinFET-based SRAMs when compared to CMOS technology

Yield-Aware Leakage Power Reduction of On-Chip SRAMs

Leakage power dissipation of on-chip static random access memories (SRAMs) constitutes a significant fraction of the total chip power consumption in state-of-the-art microprocessors and system-on-chips (SoCs). Scaling the supply voltage of SRAMs during idle periods is a simple yet effective technique to reduce their leakage power consumption. However, supply voltage scaling also results in the degradation of the cells’ robustness, and thus reduces their capability to retain data reliably. This is particularly resulting in the failure of an increasing number of cells that are already weakened by excessive process parameters variations and/or manufacturing imperfections in nano-meter technologies. Thus, with technology scaling, it is becoming increasingly challenging to maintain the yield while attempting to reduce the leakage power of SRAMs. This research focuses on characterizing the yield-leakage tradeoffs and developing novel techniques for a yield-aware leakage power reduction of SRAMs. We first demonstrate that new fault behaviors emerge with the introduction of a low-leakage standby mode to SRAMs. In particular, it is shown that there are some types of defects in SRAM cells that start to cause failures only when the drowsy mode is activated. These defects are not sensitized in the active operating mode, and thus escape the traditional March tests. Fault models for these newly observed fault behaviors are developed and described in this thesis. Then, a new low-complexity test algorithm, called March RAD, is proposed that is capable of detecting all the drowsy faults as well as the simple traditional faults. Extreme process parameters variations can also result in SRAM cells with very weak data-retention capability. The probability of such cells may be very rare in small memory arrays, however, in large arrays, their probability is magnified by the huge number of bit-cells integrated on a single chip. Hence, it is critical also to account for such extremal events while attempting to scale the supply voltage of SRAMs. To estimate the statistics of such rare events within a reasonable computational time, we have employed concepts from extreme value theory (EVT). This has enabled us to accurately model the tail of the cell failure probability distribution versus the supply voltage. Analytical models are then developed to characterize the yield-leakage tradeoffs in large modern SRAMs. It is shown that even a moderate scaling of the supply voltage of large SRAMs can potentially result in significant yield losses, especially in processes with highly fluctuating parameters. Thus, we have investigated the application of fault-tolerance techniques for a more efficient leakage reduction of SRAMs. These techniques allow for a more aggressive voltage scaling by providing tolerance to the failures that might occur during the sleep mode. The results show that in a 45-nm technology, assuming 10% variation in transistors threshold voltage, repairing a 64KB memory using only 8 redundant rows or incorporating single error correcting codes (ECCs) allows for ~90% leakage reduction while incurring only ~1% yield loss. The combination of redundancy and ECC, however, allows to reach the practical limits of leakage reduction in the analyzed benchmark, i.e., ~95%. Applying an identical standby voltage to all dies, regardless of their specific process parameters variations, can result in too many cell failures in some dies with heavily skewed process parameters, so that they may no longer be salvageable by the employed fault-tolerance techniques. To compensate for the inter-die variations, we have proposed to tune the standby voltage of each individual die to its corresponding minimum level, after manufacturing. A test algorithm is presented that can be used to identify the minimum applicable standby voltage to each individual memory die. A possible implementation of the proposed tuning technique is also demonstrated. Simulation results in a 45-nm predictive technology show that tuning standby voltage of SRAMs can enhance data-retention yield by an additional 10%−50%, depending on the severity of the variations

An Experimental Evaluation of Resistive Defects and Different Testing Solutions in Low-Power Back-Biased SRAM Cells

This paper compares different types of resistive defects that may occur inside low-power SRAM cells, focusing on their impact on device operation. Notwithstanding the continuous evolution of SRAM device integration, manufacturing processes continue to be very sensitive to production faults, giving rise to defects that can be modeled as resistances, especially for devices designed to work in low-power modes. This work analyzes this type of resistive defect that may impair the device functionalities in subtle ways, depending on the defect characteristics and values that may not be directly or easily detectable by traditional test methods. We analyze each defect in terms of the possible effects inside the SRAM cell, its impact on power consumption, and provide guidelines for selecting the best test methods

Fault Detection Methodology for Caches in Reliable Modern VLSI Microprocessors based on Instruction Set Architectures

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εισάγει μία χαμηλού κόστους μεθοδολογία για την ανίχνευση ελαττωμάτων σε μικρές ενσωματωμένες κρυφές μνήμες που βασίζεται σε σύγχρονες Αρχιτεκτονικές Συνόλου Εντολών και εφαρμόζεται με λογισμικό αυτοδοκιμής. Η προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζει αλγορίθμους March μέσω λογισμικού για την ανίχνευση τόσο ελαττωμάτων αποθήκευσης όταν εφαρμόζεται σε κρυφές μνήμες που περιέχουν μόνο στατικές μνήμες τυχαίας προσπέλασης όπως για παράδειγμα κρυφές μνήμες επιπέδου 1, όσο και ελαττωμάτων σύγκρισης όταν εφαρμόζεται σε κρυφές μνήμες που περιέχουν εκτός από SRAM μνήμες και μνήμες διευθυνσιοδοτούμενες μέσω περιεχομένου, όπως για παράδειγμα πλήρως συσχετιστικές κρυφές μνήμες αναζήτησης μετάφρασης. Η προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζεται και στις τρεις οργανώσεις συσχετιστικότητας κρυφής μνήμης και είναι ανεξάρτητη της πολιτικής εγγραφής στο επόμενο επίπεδο της ιεραρχίας. Η μεθοδολογία αξιοποιεί υπάρχοντες ισχυρούς μηχανισμούς των μοντέρνων ISAs χρησιμοποιώντας ειδικές εντολές, που ονομάζονται στην παρούσα διατριβή Εντολές Άμεσης Προσπέλασης Κρυφής Μνήμης (Direct Cache Access Instructions - DCAs). Επιπλέον, η προτεινόμενη μεθοδολογία εκμεταλλεύεται τους έμφυτους μηχανισμούς καταγραφής απόδοσης και τους μηχανισμούς χειρισμού παγίδων που είναι διαθέσιμοι στους σύγχρονους επεξεργαστές. Επιπρόσθετα, η προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζει την λειτουργία σύγκρισης των αλγορίθμων March όταν αυτή απαιτείται (για μνήμες CAM) και επαληθεύει το αποτέλεσμα του ελέγχου μέσω σύντομης απόκρισης, ώστε να είναι συμβατή με τις απαιτήσεις του ελέγχου εντός λειτουργίας. Τέλος, στη διατριβή προτείνεται μία βελτιστοποίηση της μεθοδολογίας για πολυνηματικές, πολυπύρηνες αρχιτεκτονικές.The present PhD thesis introduces a low cost fault detection methodology for small embedded cache memories that is based on modern Instruction Set Architectures and is applied with Software-Based Self-Test (SBST) routines. The proposed methodology applies March tests through software to detect both storage faults when applied to caches that comprise Static Random Access Memories (SRAM) only, e.g. L1 caches, and comparison faults when applied to caches that apart from SRAM memories comprise Content Addressable Memories (CAM) too, e.g. Translation Lookaside Buffers (TLBs). The proposed methodology can be applied to all three cache associativity organizations: direct mapped, set-associative and full-associative and it does not depend on the cache write policy. The methodology leverages existing powerful mechanisms of modern ISAs by utilizing instructions that we call in this PhD thesis Direct Cache Access (DCA) instructions. Moreover, our methodology exploits the native performance monitoring hardware and the trap handling mechanisms which are available in modern microprocessors. Moreover, the proposed Methodology applies March compare operations when needed (for CAM arrays) and verifies the test result with a compact response to comply with periodic on-line testing needs. Finally, a multithreaded optimization of the proposed methodology that targets multithreaded, multicore architectures is also presented in this thesi

Resilience of an embedded architecture using hardware redundancy

In the last decade the dominance of the general computing systems market has being replaced by embedded systems with billions of units manufactured every year. Embedded systems appear in contexts where continuous operation is of utmost importance and failure can be profound. Nowadays, radiation poses a serious threat to the reliable operation of safety-critical systems. Fault avoidance techniques, such as radiation hardening, have been commonly used in space applications. However, these components are expensive, lag behind commercial components with regards to performance and do not provide 100% fault elimination. Without fault tolerant mechanisms, many of these faults can become errors at the application or system level, which in turn, can result in catastrophic failures. In this work we study the concepts of fault tolerance and dependability and extend these concepts providing our own definition of resilience. We analyse the physics of radiation-induced faults, the damage mechanisms of particles and the process that leads to computing failures. We provide extensive taxonomies of 1) existing fault tolerant techniques and of 2) the effects of radiation in state-of-the-art electronics, analysing and comparing their characteristics. We propose a detailed model of faults and provide a classification of the different types of faults at various levels. We introduce an algorithm of fault tolerance and define the system states and actions necessary to implement it. We introduce novel hardware and system software techniques that provide a more efficient combination of reliability, performance and power consumption than existing techniques. We propose a new element of the system called syndrome that is the core of a resilient architecture whose software and hardware can adapt to reliable and unreliable environments. We implement a software simulator and disassembler and introduce a testing framework in combination with ERA’s assembler and commercial hardware simulators

Approximate hardening techniques for digital signal processing circuits against radiation-induced faults

RESUMEN NO TÉCNICO. Se llama radiación al proceso por el cual una partícula o una onda es capaz de transmitir energía a través del espacio o un medio material. Si la energía transmitida es suficientemente alta, la radiación puede provocar que algunos electrones se desplacen de su posición, en un proceso llamado ionización. La radiación ionizante puede provocar problemas a los seres vivos, pero también a los diversos materiales que componen los sistemas eléctricos y electrónicos utilizados en entornos sujetos a radiación. Existen en La Tierra varios procesos que emiten radiación ionizante, como la obtención de energía en centrales nucleares o ciertos procedimientos médicos. Sin embargo, las fuentes de radiación más importantes se sitúan más allá de nuestra atmósfera y afectan fundamentalmente a sistemas aeroespaciales y vuelos de gran altitud. Debido a la radiación, los sistemas electrónicos que se exponen a cualquiera de estas fuentes sufren degradación en sus propiedades a lo largo del tiempo y pueden sufrir fallos catastróficos que acorten su vida útil. El envejecimiento de los componentes se produce por acumulación de carga eléctrica en el material, lo que se conoce como Dosis Ionizante Total (TID por sus siglas en inglés), o por distorsiones en el silicio sobre el que se fabrican los circuitos, lo que se conoce como Daño por Desplazamiento (DD). Una única partícula ionizante puede, sin embargo, provocar también diversos tipos de fallos transitorios o permanentes en los componentes de un circuito, generalmente por un cambio de estado en un elemento de memoria o fallos destructivos en un transistor. Los diferentes tipos de fallos producidos en circuitos por la acción de una única partícula ionizante se engloban en la categoría de Efectos de Evento Único (SEE por sus siglas en inglés). Para proteger los sistemas electrónicos frente a los efectos de la radiación se suele recurrir a un conjunto de técnicas que llamamos endurecimiento frente a radiación. Los procedimientos tradicionales de endurecimiento han consistido en la fabricación de componentes electrónicos mediante procesos especiales que les confieran una resistencia inherente frente a la TID, el DD y los SEE. A este conjunto de técnicas de endurecimiento se lo conoce como Endurecimiento frente a la Radiación Por Proceso (RHBP por sus siglas en inglés). Estos procedimientos suelen aumentar el coste de los componentes y empeorar su rendimiento con respecto a los componentes que usamos en nuestros sistemas electrónicos cotidianos. En oposición a las técnicas RHBP encontramos las técnicas de Endurecimiento frente a la Radiación Por Diseño (RHBD por sus siglas en inglés). Estas técnicas permiten detectar y tratar de corregir fallos producidos por la radiación introduciendo modificaciones en los circuitos. Estas modificaciones suelen aumentar la complejidad de los circuitos que se quiere endurecer, haciendo que consuman más energía, ocupen más espacio o funcionen a menor frecuencia, pero estas desventajas se pueden compensar con la disminución de los costes de fabricación y la mejora en las prestaciones que aportan los sistemas modernos. En un intento por reducir el coste de las misiones espaciales y mejorar sus capacidades, en los últimos años se trata de introducir un mayor número de Componentes Comerciales (COTS por sus siglas en inglés), endurecidos mediante técnicas RHBD. Las técnicas RHBD habituales se basan en la adición de elementos redundantes idénticos al original, cuyos resultados se pueden comparar entre sí para obtener información acerca de la existencia de un error (si sólo se usa un circuito redundante, Duplicación Con Comparación [DWC]) o llegar incluso a corregir un error detectado de manera automática, si se emplean dos o más réplicas redundantes, siendo el caso más habitual la Redundancia Modular Triple (TMR) en todas sus variantes. El trabajo desarrollado en esta Tesis gira en torno a las técnicas de endurecimiento RHBD de sistemas electrónicos comerciales. En concreto, se trata de proponer y caracterizar nuevas técnicas de endurecimiento que permitan reducir el alto consumo de recursos de las utilizadas habitualmente. Para ello, se han desarrollado técnicas de endurecimiento que aprovechan cálculos aproximados para detectar y corregir fallos en circuitos electrónicos digitales para procesamiento de señal implementados en FPGA comerciales, dispositivos que permiten implementar circuitos electrónicos digitales a medida y reconfigurarlos tantas veces como se quiera. A lo largo de esta Tesis se han desarrollado diferentes circuitos de prueba endurecidos mediante TMR y se ha comparado su rendimiento con los de otras técnicas de Redundancia Aproximada, en concreto la Redundancia de Precisión Reducida (RPR), la Redundancia de Resolución Reducida (RRR) y la Redundancia Optimizada para Algoritmos Compuestos (ORCA): • La Redundancia de Precisión Reducida se basa en la utilización de dos réplicas redundantes que calculan resultados con un menor número de bits que el circuito original. De este modo se pueden disminuir los recursos necesitados por el circuito, aunque las correcciones en caso de fallo son menos precisas que en el TMR. En este trabajo exploramos también la RPR Escalada como un método de obtener un balance óptimo entre la precisión y el consumo de recursos. • La Redundancia de Resolución Reducida es una técnica propuesta originalmente en esta tesis. Está pensada para algoritmos que trabajan con información en forma de paquetes cuyos datos individuales guardan alguna relación entre sí. Las réplicas redundantes calculan los resultados con una fracción de los datos de entrada originales, lo que reduce su tamaño y permite correcciones aproximadas en caso de fallo. • La Redundancia Optimizada para Algoritmos Compuestos es también una aportación original de esta tesis. Está indicada para algoritmos cuyo resultado final puede expresarse como la composición de resultados intermedios calculados en etapas anteriores. Las réplicas redundantes se forman como bloques que calculan resultados intermedios y el resultado de su composición se puede comparar con el resultado original. Este método permite reducir recursos y proporciona resultados de corrección exactos en la mayor parte de los casos, lo que supone una mejora importante con respecto a las correcciones de los métodos anteriores. La eficacia de las técnicas de endurecimiento desarrolladas se ha probado mediante experimentos de inyección de fallos y mediante ensayos en instalaciones de aceleradores de partículas preparadas para la irradiación de dispositivos electrónicos. En concreto, se han realizado ensayos de radiación con protones en el Centro Nacional de Aceleradores (CNA España), el Paul Scherrer Institut (PSI, Suiza) y ensayos de radiación con neutrones en el laboratorio ISIS Neutron and Muon Source (ChipIR, Reino Unido).RESUMEN TÉCNICO. Se llama radiación al proceso por el cual una partícula o una onda es capaz de transmitir energía a través del espacio o un medio material. Si la energía transmitida es suficientemente alta, la radiación puede provocar que algunos electrones se desplacen de su posición, en un proceso llamado ionización. La radiación ionizante puede provocar problemas a los seres vivos, pero también a los diversos materiales que componen los sistemas eléctricos y electrónicos utilizados en entornos sujetos a radiación. Existen en La Tierra varios procesos que emiten radiación ionizante, como la obtención de energía en centrales nucleares o ciertos procedimientos médicos. Sin embargo, las fuentes de radiación más importantes se sitúan más allá de nuestra atmósfera y afectan fundamentalmente a sistemas aeroespaciales y vuelos de gran altitud. Debido a la radiación, los sistemas electrónicos que se exponen a cualquiera de estas fuentes sufren degradación en sus propiedades a lo largo del tiempo y pueden sufrir fallos catastróficos que acorten su vida útil. El envejecimiento de los componentes se produce por acumulación de carga eléctrica en el material, lo que se conoce como Dosis Ionizante Total (TID, Total Ionizing Dose), o por distorsiones acumuladas en la matriz cristalina del silicio en el que se fabrican los circuitos, lo que se conoce como Daño por Desplazamiento (DD, Displacement Damage). Una única partícula ionizante puede, sin embargo, provocar también diversos tipos de fallos transitorios o permanentes en los componentes de un circuito, generalmente por un cambio de estado en un elemento de memoria o la activación de circuitos parasitarios en un transistor. Los diferentes tipos de fallos producidos en circuitos por la acción de una única partícula ionizante se engloban en la categoría de Efectos de Evento Único (SEE, Single Event Effects). Para proteger los sistemas electrónicos frente a los efectos de la radiación se suele recurrir a un conjunto de técnicas que llamamos endurecimiento frente a radiación. Los procedimientos tradicionales de endurecimiento han consistido en la fabricación de componentes electrónicos mediante procesos especiales que les confieran una resistencia inherente frente a la TID, el DD y los SEE. A este conjunto de técnicas de endurecimiento se lo conoce como Endurecimiento frente a la Radiación Por Proceso (RHBP, por sus siglas en inglés). Estos procedimientos suelen aumentar el coste de los componentes y empeorar su rendimiento con respecto a los componentes que usamos en nuestros sistemas electrónicos cotidianos. En oposición a las técnicas RHBP encontramos las técnicas de Endurecimiento frente a la Radiación Por Diseño (RHBD, por sus siglas en inglés). Estas técnicas permiten detectar y tratar de corregir fallos producidos por la radiación introduciendo modificaciones en los circuitos. Estas modificaciones suelen aumentar la complejidad de los circuitos que se quiere endurecer, haciendo que consuman más energía, ocupen más espacio o funcionen a menor frecuencia, pero estas desventajas se pueden compensar con la disminución de los costes de fabricación y la mejora en las prestaciones que aportan los sistemas modernos. En un intento por reducir el coste de las misiones espaciales y mejorar sus capacidades, en los últimos años se trata de introducir un mayor número de Componentes Comerciales (COTS, por sus siglas en inglés), endurecidos mediante técnicas RHBD. Las técnicas RHBD habituales se basan en la adición de elementos redundantes idénticos al original, cuyos resultados se pueden comparar entre sí para obtener información acerca de la existencia de un error (si sólo se usa un circuito redundante, Duplicación Con Comparación [DWC, Duplication With Comparison]) o llegar incluso a corregir un error detectado de manera automática, si se emplean dos o más réplicas redundantes, siendo el caso más habitual la Redundancia Modular Triple (TMR, Triple Modular Redundancy) en todas sus variantes. El trabajo desarrollado en esta Tesis gira en torno a las técnicas de endurecimiento RHBD de sistemas electrónicos comerciales. En concreto, se trata de proponer y caracterizar nuevas técnicas de endurecimiento que permitan reducir el alto consumo de recursos de las técnicas utilizadas habitualmente. Para ello, se han desarrollado técnicas de endurecimiento que aprovechan cálculos aproximados para detectar y corregir fallos en circuitos electrónicos digitales para procesamiento de señal implementados en FPGA (Field Programmable Gate Array) comerciales. Las FPGA son dispositivos que permiten implementar circuitos electrónicos digitales diseñados a medida y reconfigurarlos tantas veces como se quiera. Su capacidad de reconfiguración y sus altas prestaciones las convierten en dispositivos muy interesantes para aplicaciones espaciales, donde realizar cambios en los diseños no suele ser posible una vez comenzada la misión. La reconfigurabilidad de las FPGA permite corregir en remoto posibles problemas en el diseño, pero también añadir o modificar funcionalidades a los circuitos implementados en el sistema. La eficacia de las técnicas de endurecimiento desarrolladas e implementadas en FPGAs se ha probado mediante experimentos de inyección de fallos y mediante ensayos en instalaciones de aceleradores de partículas preparadas para la irradiación de dispositivos electrónicos. Los ensayos de radiación son el estándar industrial para probar el comportamiento de todos los sistemas electrónicos que se envían a una misión espacial. Con estos ensayos se trata de emular de manera acelerada las condiciones de radiación a las que se verán sometidos los sistemas una vez hayan sido lanzados y determinar su resistencia a TID, DD y/o SEEs. Dependiendo del efecto que se quiera observar, las partículas elegidas para la radiación varían, pudiendo elegirse entre electrones, neutrones, protones, iones pesados, fotones... Particularmente, los ensayos de radiación realizados en este trabajo, tratándose de un estudio de técnicas de endurecimiento para sistemas electrónicos digitales, están destinados a establecer la sensibilidad de los circuitos estudiados frente a un tipo de SEE conocido como Single Event Upset (SEU), en el que la radiación modifica el valor lógico de un elemento de memoria. Para ello, hemos recurrido a experimentos de radiación con protones en el Centro Nacional de Aceleradores (CNA, España), el Paul Scherrer Institut (PSI, Suiza) y experimentos de radiación con neutrones en el laboratorio ISIS Neutron and Muon Source (ChipIR, Reino Unido). La sensibilidad de un circuito suele medirse en términos de su sección eficaz (cross section) con respecto a una partícula determinada, calculada como el cociente entre el número de fallos encontrados y el número de partículas ionizantes por unidad de área utilizadas en la campaña de radiación. Esta métrica sirve para estimar el número de fallos que provocará la radiación a lo largo de la vida útil del sistema, pero también para establecer comparaciones que permitan conocer la eficacia de los sistemas de endurecimiento implementados y ayudar a mejorarlos. El método de inyección de fallos utilizado en esta Tesis como complemento a la radiación se basa en modificar el valor lógico de los datos almacenados en la memoria de configuración de la FPGA. En esta memoria se guarda la descripción del funcionamiento del circuito implementado en la FPGA, por lo que modificar sus valores equivale a modificar el circuito. En FPGAs que utilizan la tecnología SRAM en sus memorias de configuración, como las utilizadas en esta Tesis, este es el componente más sensible a la radiación, por lo que es posible comparar los resultados de la inyección de fallos y de las campañas de radiación. Análogamente a la sección eficaz, en experimentos de inyección de fallos podemos hablar de la tasa de error, calculada como el cociente entre el número de fallos encontrados y la cantidad de bits de memoria inyectados. A lo largo de esta Tesis se han desarrollado diferentes circuitos endurecidos mediante Redundancia Modular Triple y se ha comparado su rendimiento con los de otras técnicas de Redundancia Aproximada, en concreto la Redundancia de Precisión Reducida (RPR), la Redundancia de Resolución Reducida (RRR) y la Redundancia Optimizada para Algoritmos Compuestos (ORCA). Estas dos últimas son contribuciones originales presentadas en esta Tesis. • La Redundancia de Precisión Reducida se basa en la utilización de dos réplicas redundantes que calculan resultados con un menor número de bits que el circuito original. Para cada dato de salida se comparan el resultado del circuito original y los dos resultados de precisión reducida. Si los dos resultados de precisión reducida son idénticos y su diferencia con el resultado de precisión completa es mayor que un determinado valor umbral, se considera que existe un fallo en el circuito original y se utiliza el resultado de precisión reducida para corregirlo. En cualquier otro caso, el resultado original se considera correcto, aunque pueda contener errores tolerables por debajo del umbral de comparación. En comparación con un circuito endurecido con TMR, los diseños RPR utilizan menos recursos, debido a la reducción en la precisión de los cálculos de los circuitos redundantes. No obstante, esto también afecta a la calidad de los resultados obtenidos cuando se corrige un error. En este trabajo exploramos también la RPR Escalada como un método de obtener un balance óptimo entre la precisión y el consumo de recursos. En esta variante de la técnica RPR, los resultados de cada etapa de cálculo en los circuitos redundantes tienen una precisión diferente, incrementándose hacia las últimas etapas, en las que el resultado tiene la misma precisión que el circuito original. Con este método se logra incrementar la calidad de los datos corregidos a la vez que se reducen los recursos utilizados por el endurecimiento. Los resultados de las campañas de radiación y de inyección de fallos realizadas sobre los diseños endurecidos con RPR sugieren que la reducción de recursos no sólo es beneficiosa por sí misma en términos de recursos y energía utilizados por el sistema, sino que también conlleva una reducción de la sensibilidad de los circuitos, medida tanto en cross section como en tasa de error. • La Redundancia de Resolución Reducida es una técnica propuesta originalmente en esta tesis. Está indicada para algoritmos que trabajan con información en forma de paquetes cuyos datos individuales guardan alguna relación entre sí, como puede ser un algoritmo de procesamiento de imágenes. En la técnica RRR, se añaden dos circuitos redundantes que calculan los resultados con una fracción de los datos de entrada originales. Tras el cálculo, los resultados diezmados pueden interpolarse para obtener un resultado aproximado del mismo tamaño que el resultado del circuito original. Una vez interpolados, los resultados de los tres circuitos pueden ser comparados para detectar y corregir fallos de una manera similar a la que se utiliza en la técnica RPR. Aprovechando las características del diseño hardware, la disminución de la cantidad de datos que procesan los circuitos de Resolución Reducida puede traducirse en una disminución de recursos, en lugar de una disminución de tiempo de cálculo. De esta manera, la técnica RRR es capaz de reducir el consumo de recursos en comparación a los que se necesitarían si se utilizase un endurecimiento TMR. Los resultados de los experimentos realizados en diseños endurecidos mediante Redundancia de Resolución Reducida sugieren que la técnica es eficaz en reducir los recursos utilizados y, al igual que pasaba en el caso de la Redundancia de Precisión Reducida, también su sensibilidad se ve reducida, comparada con la sensibilidad del mismo circuito endurecido con Redundancia Modular Triple. Además, se observa una reducción notable de la sensibilidad de los circuitos frente a errores no corregibles, comparado con el mismo resultado en TMR y RPR. Este tipo de error engloba aquellos producidos por fallos en la lógica de comparación y votación o aquellos en los que un único SEU produce fallos en los resultados de dos o más de los circuitos redundantes al mismo tiempo, lo que se conoce como Fallo en Modo Común (CMF). No obstante, también se observa que la calidad de las correcciones realizadas utilizando este método empeora ligeramente. • La Redundancia Optimizada para Algoritmos Compuestos es también una aportación original de esta tesis. Está indicada para algoritmos cuyo resultado final puede expresarse como la composición de resultados intermedios calculados en etapas anteriores. Para endurecer un circuito usando esta técnica, se añaden dos circuitos redundantes diferentes entre sí y que procesan cada uno una parte diferente del conjunto de datos de entrada. Cada uno de estos circuitos aproximados calcula un resultado intermedio. La composición de los dos resultados intermedios da un resultado idéntico al del circuito original en ausencia de fallos. La detección de fallos se realiza comparando el resultado del circuito original con el de la composición de los circuitos aproximados. En caso de ser diferentes, se puede determinar el origen del fallo comparando los resultados aproximados intermedios frente a un umbral. Si la diferencia entre los resultados intermedios supera el umbral, significa que el fallo se ha producido en uno de los circuitos aproximados y que el resultado de la composición no debe ser utilizado en la salida. Al igual que ocurre en la Redundancia de Precisión Reducida y la Redundancia de Resolución Reducida, utilizar un umbral de comparación implica la existencia de errores tolerables. No obstante, esta técnica de endurecimiento permite realizar correcciones exactas, en lugar de aproximadas, en la mayor parte de los casos, lo que mejora la calidad de los resultados con respecto a otras técnicas de endurecimiento aproximadas, al tiempo que reduce los recursos utilizados por el sistema endurecido en comparación con las técnicas tradicionales. Los resultados de los experimentos realizados con diseños endurecidos mediante Redundancia Optimizada para Algoritmos Compuestos confirman que esta técnica de endurecimiento es capaz de producir correcciones exactas en un alto porcentaje de los eventos. Su sensibilidad frente a todo tipo de errores y frente a errores no corregibles también se ve disminuida, comparada con la obtenida con Redundancia Modular Triple. Los resultados presentados en esta Tesis respaldan la idea de que las técnicas de Redundancia Aproximada son alternativas viables a las técnicas de endurecimiento frente a la radiación habituales, siempre que