SEU Sensitivity Comparison for Different Reprogrammable Technologies With Minority Check Block

In this work, a method is proposed for obtaining comparable measurements of the SEU sensitivity in reprogrammable devices that present different characteristics like internal architecture, technology, amount of available resources, etc. A specific minority checker is developed for reporting the presence of SEUs or MBUs which will help in this comparing task during dynamic tests.This work was supported in part by the Spanish Ministry of Science and Technology, code TEC2010-22095-C03-03. RENASER+ projec

Fault Tolerant Electronic System Design

Due to technology scaling, which means reduced transistor size, higher density, lower voltage and more aggressive clock frequency, VLSI devices may become more sensitive against soft errors. Especially for those devices used in safety- and mission-critical applications, dependability and reliability are becoming increasingly important constraints during the development of system on/around them. Other phenomena (e.g., aging and wear-out effects) also have negative impacts on reliability of modern circuits. Recent researches show that even at sea level, radiation particles can still induce soft errors in electronic systems. On one hand, processor-based system are commonly used in a wide variety of applications, including safety-critical and high availability missions, e.g., in the automotive, biomedical and aerospace domains. In these fields, an error may produce catastrophic consequences. Thus, dependability is a primary target that must be achieved taking into account tight constraints in terms of cost, performance, power and time to market. With standards and regulations (e.g., ISO-26262, DO-254, IEC-61508) clearly specify the targets to be achieved and the methods to prove their achievement, techniques working at system level are particularly attracting. On the other hand, Field Programmable Gate Array (FPGA) devices are becoming more and more attractive, also in safety- and mission-critical applications due to the high performance, low power consumption and the flexibility for reconfiguration they provide. Two types of FPGAs are commonly used, based on their configuration memory cell technology, i.e., SRAM-based and Flash-based FPGA. For SRAM-based FPGAs, the SRAM cells of the configuration memory highly susceptible to radiation induced effects which can leads to system failure; and for Flash-based FPGAs, even though their non-volatile configuration memory cells are almost immune to Single Event Upsets induced by energetic particles, the floating gate switches and the logic cells in the configuration tiles can still suffer from Single Event Effects when hit by an highly charged particle. So analysis and mitigation techniques for Single Event Effects on FPGAs are becoming increasingly important in the design flow especially when reliability is one of the main requirements

Radiation Tolerant Electronics, Volume II

Research on radiation tolerant electronics has increased rapidly over the last few years, resulting in many interesting approaches to model radiation effects and design radiation hardened integrated circuits and embedded systems. This research is strongly driven by the growing need for radiation hardened electronics for space applications, high-energy physics experiments such as those on the large hadron collider at CERN, and many terrestrial nuclear applications, including nuclear energy and safety management. With the progressive scaling of integrated circuit technologies and the growing complexity of electronic systems, their ionizing radiation susceptibility has raised many exciting challenges, which are expected to drive research in the coming decade.After the success of the first Special Issue on Radiation Tolerant Electronics, the current Special Issue features thirteen articles highlighting recent breakthroughs in radiation tolerant integrated circuit design, fault tolerance in FPGAs, radiation effects in semiconductor materials and advanced IC technologies and modelling of radiation effects

An adaptive method to tolerate soft errors in SRAM-based FPGAs

AbstractIn this paper, we present an adaptive method that is a combination of SEU-avoidance in CAD flow and adaptive redundancy to tolerate soft error effects in SRAM-based FPGAs. This method is based on the modification of T-VPack and VPR tools. Three different steps of these tools are modified for SEU-awareness: (1) clustering, (2) placement and (3) routing. Then we use the unused resources as redundancy. We have investigated the effect of this method on several MCNC benchmarks. This investigation has been performed using three experiments: (1) SEU-awareness in clustering with redundancy, (2) SEU-awareness in clustering and placement with redundancy and (3) SEU-awareness in clustering, placement and routing with redundancy. With a confidence level of 95%, the results show that, using each of these three experiments, the system failure rate of ten MCNC circuits has been decreased between 4.52% and 10.42%, between 10.25% and 21.63%, and between 10.48% and 24.39%, respectively

Contributions to the detection and diagnosis of soft errors in radiation environments

Texto completo descargado desde Teseo1. Introducción Los efectos de la radiación ionizante sobre dispositivos semiconductores es objeto de estudio desde la invención del transistor bipolar en 1947. El espacio es un entorno de alta radiación, como pusieron de manifiesto los primeros satélites puestos en órbita, y fue durante la carrera espacial de los años 50 cuando se impulsó el estudio de errores generados en componentes electrónicos críticos a bordo de las primeras misiones espaciales. La necesidad de robustecer la electrónica frente a la radiación ha estado siempre presente en el sector aeroespacial, además, el progresivo escalado de las tecnologías microelectrónicas, hace que el problema sea cada vez más acuciante, afectando incluso a dispositivos que operan a nivel del mar. El advenimiento de tecnologías nanométricas augura que serán necesarias nuevas y más eficaces técnicas de robustecimiento que garanticen la fiabilidad de equipos electrónicos críticos en sectores tan importantes como la aviación, automoción o energía nuclear. Existen dos métodos de robustecimiento para los dispositivos electrónicos, por proceso y por diseño. En el primer caso, el circuito integrado es fabricado en una tecnología que presenta baja sensibilidad a los efectos de la radiación, como la ampliamente utilizada SOI (Silicon On Insulator). En el segundo caso, el circuito presenta topologías en su diseño que mitigan en mayor o menor grado el daño por radiación. La efectividad de cualquier medida de protección debe ser validada en el correspondiente ensayo de radiación de acuerdo a los estándares vigentes (ESA, NASA, JEDEC, AEC,...). Existen varios tipos de daño por radiación, asociados a dosis acumulada (TID) y a eventos únicos (SEE), fundamentalmente. Estos últimos están asociados al paso de una única partícula energética a través del dispositivo, que genera una estela de carga y puede dar lugar a respuestas eléctricas no deseadas, como conmutación 2 2 Antecedentes de biestables, enclavamiento de un bit o excursiones de voltaje transitorias. A su vez, dentro de los errores asociados a eventos únicos se puede distinguir entre daños físicos, que pueden destruir el dispositivo de manera irreversible, y errores lógicos o soft errors que conllevan la corrupción del estado de un circuito digital, por ejemplo por la conmutación del valor lógico de un biestable. Los tests en aceleradores de partículas o con fuentes radiactivas, se consideran los ensayos más representativos para conocer la inmunidad de un componente frente al daño de tipo SEE. Sin embargo, la complejidad de estos ensayos dificulta la observabilidad experimental y la interpretación de los resultados obtenidos. En particular los tests dinámicos, que implican que el chip esté operando durante la irradiacón, comportan una dificultad añadida a la hora de interpretar los errores observados en las salidas del circuito. El test dinámico de radiación es el más realista, ya que introduce la variable temporal en el experimento y da lugar a efectos reales que no son reproducibles en condiciones estáticas, como el evento único transitorio (SET). El trabajo a realizar durante esta tesis pretende aportar una metodología de test que mejore la observabilidad de errores lógicos en un test dinámico de radiación de circuitos digitales mediante detección y diagnóstico en tiempo real. 2. Antecedentes La experiencia investigadora del grupo al que pertenece el autor de esta tesis en el campo de los efectos de la radiación sobre dispositivos electrónicos, ha puesto de manifiesto la necesidad de establecer una metodología que permita el diagnóstico de los errores observados en un componente electrónico sometido a radiación ionizante. Generalmente, no es posible correlacionar con certeza el efecto (anomalía detectada en los puertos de salida) con la causa del mismo. La complejidad inherente a la instrumentación de un ensayo de radiación en un acelerador 3 3 Hipótesis y Objetivos de partículas, así como la propia comlejidad del circuito bajo estudio, requieren algún criterio de clasificación de los errores observados que pueden ser de muy diversa naturaleza. Algunos autores han aportado técnicas que combinan inyección de fallos dinámica con test en acelerador estáticos para estimar la probabilidad de fallo real del circuito, salvando la complejidad del test de radiación dinámico. La protección selectiva, consistente en adoptar topologías de diseño robustas en ¿puntos calientes¿ o críticos del circuito, requiere técnicas de ensayo que permita el diagnóstico y localización del daño por radiación. El uso de microsondas nucleares permite la focalización de un haz de iones en una región relativamente pequeña, facilitando el diagnóstico. La disponibilidad de uso de la microsonda nuclear en el Centro Nacional de Aceleradores puede contribuir al desarrollo de la técnica de detección y diagnóstico que es objeto de esta tesis. La curva de sección eficaz de fallo SEE es la forma más extendida de representación de resultados de experimentación. Estas curvas representan una colección de datos experimentales que deben ser minuciosamente clasificados. Lo mismo ocurre en los tests destinados a evaluar la tasa de errores lógicos en tiempo real (RTSER). En este sentido, la norma JEDEC JESD89-1A recomienda que se sigan ¿criterios de fallo¿ para la correcta identificación de los errores detectados a la salida de un circuito en tests de radiación. 3. Hipótesis y Objetivos El grupo de investigación al que pertenece el doctorando, posee una contrastada experiencia en el uso de emuladores hardware para la evaluación temprana de la robustez de diseños digitales ante errores lógicos. Estos emuladores inyectan fallos en la netlist de un diseño digital y estudian la evolución del estado del circuito durante la ejecución de un conjunto de estímulos. La principal ventaja de estas herramientas frente a la simulación, radica en la aceleración hardware de los 4 3 Hipótesis y Objetivos tests que permite la finalización de campañas de inyección masivas en un tiempo relativamente corto. Las campañas masivas o sistemáticas de inyección de fallos permiten comprobar de forma exhaustiva la respuesta de un diseño digital a un entorno de alta radiación. Estas campañas arrojan una ingente cantidad de información acerca de las vulnerabilidades del diseño que debe ser procesada generalmente de forma estadística. La correlación entre el instante y lugar de inyección del fallo emulado y la respuesta del mismo, sería una información que permitiría establecer la causa de un error (comportamiento anómalo) observado durante un test de radiación, donde generalmente sólo están accesibles las salidas del dispositivo. Los resultados de una campaña de inyección dependen, además del diseño bajo test, del conjunto de estímulos aplicado (workload). A partir de los resultados de la campaña de inyección masiva, se puede realizar un estudio estadístico que determine la calidad de los vectores de test desde el punto de vista del diagnóstico. Es de esperar que diferentes fallos inyectados compartan la misma firma, de manera que en caso de obtener dicha firma en un test de radiación, sea imposible determinar exactamente el punto de inyección del fallo. A la hora de preparar un test de radiación, es recomendable emplear vectores de test que garanticen que la certidumbre del diagnóstico sea máxima, lo cual es un aporte adicional de la tesis. Esta tesis pretende establecer un procedimiento que permita obtener ¿diccionarios de fallos¿ en los que se establece una correlación entre el punto de inyección y la respuesta del circuito codificada en una firma de pocos bytes. Durante un test de radiación se pueden obtener en tiempo real las firmas generadas por el circuito, que servirán para diagnosticar en cada caso el origen del daño empleando los diccionarios de fallos previamente generados en un emulador hardware. En el supuesto de que la firma generada durante la irradiación no estuviera contenida en un diccionario exhaustivo, se puede decir que el error no ha sido originado por el 5 4 Metodología y Trabajo Realizado modelo de fallo empleado en la generación del diccionario, debiéndose por tanto a un tipo de daño no contemplado (por ejemplo daño físico). La culminación de la tesis es el test de radiación en un acelerador de partículas. La Universidad de Sevilla cuenta con las instalaciones del Centro Nacional de Aceleradores, que puede ser un banco de pruebas idóneo para comprobar la validez de la metodología y comprobar las ventajas e inconvenientes de la misma. 4. Metodología y Trabajo Realizado El plan de trabajo incluyó los siguientes hitos en el orden expuesto: Estudio de la base de conocimiento genérica relacionada con los efectos de la radiación en circuitos electrónicos Análisis del Estado del Arte en técnicas de inyección de fallos en circuitos digitales. Recopilación de normas y estándares relacionados con los test radiación de componentes electrónicos. Estudio simulado de bajo nivel de los efectos de la radiación en tecnologías submicrométricas. Selección de un módulo adecuado para creación de firmas a partir de las salidas de un circuito digital. Adecuación del emulador hardware FT-UNSHADES para la generación de firmas durante las campañas de inyección. Selección de un vehículo de test para el experimento en la microsonda nuclear del CNA. 6 4 Metodología y Trabajo Realizado Realización de campañas de inyección masivas para la generación de diccionarios de fallos sobre diseños digitales y análisis de resultados. Preparación del setup experimental para el acelerador de partículas. Experimento en la microsonda nuclear del CNA y análisis de resultados. El estudio bibliográfico de la base de conocimiento en el campo de los efectos de la radiación sobre circuitos electrónicos ha sido fundamental para poder establecer el ámbito de aplicación de la tesis. El papel de la emulación hardware para inyección de fallos en esta investigación fue crítica y ha sido necesario un estudio de las plataformas existentes para entender qué puede aportar cada herramienta. Para acabar con la documentación, es necesario además recopilar las normas y estándares relacionados con test de radiación de circuitos electrónicos. La simulación de bajo nivel de los efectos de la radiación sobre una determinada tecnología engloba herramientas como SPICE, SRIM y TCAD. Estas simulaciones permiten estimar cuales deben ser las características del haz de iones empleado en un futuro ensayo en el acelerador de partículas. Los resultados de estas simulaciones fueron discutidos con los técnicos del acelerador para estudiar la viabilidad de los parámetros deseados. Un elemento clave en la metodología fue el bloque que debe generar las firmas a partir de las salidas del circuito digital. Es deseable que se trate de un módulo sencillo y que pueda ser implementado en un dispositivo programable sin suponer un consumo excesivo de recursos. El emulador FT-UNSHADES fue adaptado par incorporar el módulo de firmas. Se dispuso de un circuito integrado que servió vehículo de test para un experimento en el CNA. Es necesaria además la descripción VHDL del mismo para su emulación en FT-UNSHADES. No es objeto de esta tesis el desarrollo de este componente, su diseño y fabricación está fuera del alcance de esta tesis. Se gener- 7 4 Metodología y Trabajo Realizado aron diccionarios de fallos del vehículo de tests y de otros diseños digitales y, a partir de estos diccionarios, se han confeccionado estudios estadísticos de diagnóstico. En una fase ulterior, se desarrolló el hardware necesario para el setup experimental. Todo el hardware se probó en el laboratorio, antes de acudir al CNA. El resultado de esta etapa es la configuración del equipamiento de test automático (ATE) que se encargó de introducir estímulos en el chip y monitorizarlo durante el experimento en el acelerador de partículas. Finalmente, se llevó a cabo un experimento en el Centro Nacional de Aceleradores sobre el vehículo de test elegido para completar una prueba de concepto de la metodología propuesta.

FPGA ARCHITECTURE AND VERIFICATION OF BUILT IN SELF-TEST (BIST) FOR 32-BIT ADDER/SUBTRACTER USING DE0-NANO FPGA AND ANALOG DISCOVERY 2 HARDWARE

The integrated circuit (IC) is an integral part of everyday modern technology, and its application is very attractive to hardware and software design engineers because of its versatility, integration, power consumption, cost, and board area reduction. IC is available in various types such as Field Programming Gate Array (FPGA), Application Specific Integrated Circuit (ASIC), System on Chip (SoC) architecture, Digital Signal Processing (DSP), microcontrollers (μC), and many more. With technology demand focused on faster, low power consumption, efficient IC application, design engineers are facing tremendous challenges in developing and testing integrated circuits that guaranty functionality, high fault coverage, and reliability as the transistor technology is shrinking to the point where manufacturing defects of ICs are affecting yield which associates with the increased cost of the part. The competitive IC market is pressuring manufactures of ICs to develop and market IC in a relatively quick turnaround which in return requires design and verification engineers to develop an integrated self-test structure that would ensure fault-free and the quality product is delivered on the market. 70-80% of IC design is spent on verification and testing to ensure high quality and reliability for the enduser. To test complex and sophisticated IC designs, the verification engineers must produce laborious and costly test fixtures which affect the cost of the part on the competitive market. To avoid increasing the part cost due to yield and test time to the end-user and to keep up with the competitive market many IC design engineers are deviating from complex external test fixture approach and are focusing on integrating Built-in Self-Test (BIST) or Design for Test (DFT) techniques onto IC’s which would reduce time to market but still guarantee high coverage for the product. Understanding the BIST, the architecture, as well as the application of IC, must be understood before developing IC. The architecture of FPGA is elaborated in this paper followed by several BIST techniques and applications of those BIST relative to FPGA, SoC, analog to digital (ADC), or digital to analog converters (DAC) that are integrated on IC. Paper is concluded with verification of BIST for the 32-bit adder/subtracter designed in Quartus II software using the Analog Discovery 2 module as stimulus and DE0-NANO FPGA board for verification

Hardware Fault Injection

Hardware fault injection is the widely accepted approach to evaluate the behavior of a circuit in the presence of faults. Thus, it plays a key role in the design of robust circuits. This chapter presents a comprehensive review of hardware fault injection techniques, including physical and logical approaches. The implementation of effective fault injection systems is also analyzed. Particular emphasis is made on the recently developed emulation-based techniques, which can provide large flexibility along with unprecedented levels of performance. These capabilities provide a way to tackle reliability evaluation of complex circuits.Publicad

Observation mechanisms for in-field software-based self-test

When electronic systems are used in safety critical applications, as in the space, avionic, automotive or biomedical areas, it is required to maintain a very low probability of failures due to faults of any kind. Standards and regulations play a significant role, forcing companies to devise and adopt solutions able to achieve predefined targets in terms of dependability. Different techniques can be used to reduce fault occurrence or to minimize the probability that those faults produce critical failures (e.g., by introducing redundancy). Unfortunately, most of these techniques have a severe impact on the cost of the resulting product and, in some cases, the probability of failures is too large anyway. Hence, a solution commonly used in several scenarios lies on periodically performing a test able to detect the occurrence of any fault before it produces a failure (in-field test). This solution is normally based on forcing the processor inside the Device Under Test to execute a properly written test program, which is able to activate possible faults and to make their effects visible in some observable locations. This approach is also called Software-Based Self-Test, or SBST. If compared with testing in an end of manufacturing scenario, in-field testing has strong limitations in terms of access to the system inputs and outputs because Design for Testability structures and testing equipment are usually not available. As a consequence there are reduced possibilities to activate the faults and to observe their effects. This reduced observability particularly affects the ability to detect performance faults, i.e. faults that modify the timing but not the final value of computations. This kind of faults are hard to detect by only observing the final content of predefined memory locations, that is the usual test result observation method used in-field. Initially, the present work was focused on fault tolerance techniques against transient faults induced by ionizing radiation, the so called Single Event Upsets (SEUs). The main contribution of this early stage of the thesis lies in the experimental validation of the feasibility of achieving a safe system by using an architecture that combines task-level redundancy with already available IP cores, thus minimizing the development time. Task execution is replicated and Memory Protection is used to guarantee that any SEU may affect one and only one of the replicas. A proof of concept implementation was developed and validated using fault injection. Results outline the effectiveness of the architecture, and the overhead analysis shows that the proposed architecture is effective in reducing the resource occupation with respect to N-modular redundancy, at an affordable cost in terms of application execution time. The main part of the thesis is focused on in-field software-based self-test of permanent faults. A set of observation methods exploiting existing or ad-hoc hardware is proposed, aimed at obtaining a better coverage, in particular of performance faults. An extensive quantitative evaluation of the proposed methods is presented, including a comparison with the observation methods traditionally used in end of manufacturing and in-field testing. Results show that the proposed methods are a good complement to the traditionally used final memory content observation. Moreover, they show that an adequate combination of these complementary methods allows for achieving nearly the same fault coverage achieved when continuously observing all the processor outputs, which is an observation method commonly used for production test but usually not available in-field. A very interesting by-product of what is described above is a detailed description of how to compute the fault coverage achieved by functional in-field tests using a conventional fault simulator, a tool that is usually applied in an end of manufacturing testing scenario. Finally, another relevant result in the testing area is a method to detect permanent faults inside the cache coherence logic integrated in each cache controller of a multi-core system, based on the concurrent execution of a test program by the different cores in a coordinated manner. By construction, the method achieves full fault coverage of the static faults in the addressed logic.Cuando se utilizan sistemas electrónicos en aplicaciones críticas como en las áreas biomédica, aeroespacial o automotriz, se requiere mantener una muy baja probabilidad de malfuncionamientos debidos a cualquier tipo de fallas. Los estándares y normas juegan un papel importante, forzando a los desarrolladores a diseñar y adoptar soluciones que sean capaces de alcanzar objetivos predefinidos en cuanto a seguridad y confiabilidad. Pueden utilizarse diferentes técnicas para reducir la ocurrencia de fallas o para minimizar la probabilidad de que esas fallas produzcan mal funcionamientos críticos, por ejemplo a través de la incorporación de redundancia. Lamentablemente, muchas de esas técnicas afectan en gran medida el costo de los productos y, en algunos casos, la probabilidad de malfuncionamiento sigue siendo demasiado alta. En consecuencia, una solución usada a menudo en varios escenarios consiste en realizar periódicamente un test que sea capaz de detectar la ocurrencia de una falla antes de que esta produzca un mal funcionamiento (test en campo). En general, esta solución se basa en forzar a un procesador existente dentro del dispositivo bajo prueba a ejecutar un programa de test que sea capaz de activar las posibles fallas y de hacer que sus efectos sean visibles en puntos observables. A esta metodología también se la llama auto-test basado en software, o en inglés Software-Based Self-Test (SBST). Si se lo compara con un escenario de test de fin de fabricación, el test en campo tiene fuertes limitaciones en términos de posibilidad de acceso a las entradas y salidas del sistema, porque usualmente no se dispone de equipamiento de test ni de la infraestructura de Design for Testability. En consecuencia se tiene menos posibilidades de activar las fallas y de observar sus efectos. Esta observabilidad reducida afecta particularmente la habilidad para detectar fallas de performance, es decir fallas que modifican la temporización pero no el resultado final de los cálculos. Este tipo de fallas es difícil de detectar por la sola observación del contenido final de lugares de memoria, que es el método usual que se utiliza para observar los resultados de un test en campo. Inicialmente, el presente trabajo estuvo enfocado en técnicas para tolerar fallas transitorias inducidas por radiación ionizante, llamadas en inglés Single Event Upsets (SEUs). La principal contribución de esa etapa inicial de la tesis reside en la validación experimental de la viabilidad de obtener un sistema seguro, utilizando una arquitectura que combina redundancia a nivel de tareas con el uso de módulos hardware (IP cores) ya disponibles, que minimiza en consecuencia el tiempo de desarrollo. Se replica la ejecución de las tareas y se utiliza protección de memoria para garantizar que un SEU pueda afectar a lo sumo a una sola de las réplicas. Se desarrolló una implementación para prueba de concepto que fue validada mediante inyección de fallas. Los resultados muestran la efectividad de la arquitectura, y el análisis de los recursos utilizados muestra que la arquitectura propuesta es efectiva en reducir la ocupación con respecto a la redundancia modular con N réplicas, a un costo accesible en términos de tiempo de ejecución. La parte principal de esta tesis se enfoca en el área de auto-test en campo basado en software para la detección de fallas permanentes. Se propone un conjunto de métodos de observación utilizando hardware existente o ad-hoc, con el fin de obtener una mejor cobertura, en particular de las fallas de performance. Se presenta una extensa evaluación cuantitativa de los métodos propuestos, que incluye una comparación con los métodos tradicionalmente utilizados en tests de fin de fabricación y en campo. Los resultados muestran que los métodos propuestos son un buen complemento del método tradicionalmente usado que consiste en observar el valor final del contenido de memoria. Además muestran que una adecuada combinación de estos métodos complementarios permite alcanzar casi los mismos valores de cobertura de fallas que se obtienen mediante la observación continua de todas las salidas del procesador, método comúnmente usado en tests de fin de fabricación, pero que usualmente no está disponible en campo. Un subproducto muy interesante de lo arriba expuesto es la descripción detallada del procedimiento para calcular la cobertura de fallas lograda mediante tests funcionales en campo por medio de un simulador de fallas convencional, una herramienta que usualmente se aplica en escenarios de test de fin de fabricación. Finalmente, otro resultado relevante en el área de test es un método para detectar fallas permanentes dentro de la lógica de coherencia de cache que está integrada en el controlador de cache de cada procesador en un sistema multi procesador. El método está basado en la ejecución de un programa de test en forma coordinada por parte de los diferentes procesadores. Por construcción, el método cubre completamente las fallas de la lógica mencionad

Cross-layer Soft Error Analysis and Mitigation at Nanoscale Technologies

This thesis addresses the challenge of soft error modeling and mitigation in nansoscale technology nodes and pushes the state-of-the-art forward by proposing novel modeling, analyze and mitigation techniques. The proposed soft error sensitivity analysis platform accurately models both error generation and propagation starting from a technology dependent device level simulations all the way to workload dependent application level analysis