Placement for fast and reliable through-silicon-via (TSV) based 3D-IC layouts

The objective of this research is to explore the feasibility of addressing the major performance and reliability problems or issues, such as wirelength, stress-induced carrier mobility variation, temperature, and quality trade-offs, found in three-dimensional integrated circuits (3D ICs) that use through-silicon vias (TSVs) at placement stage. Four main works that support this goal are included. In the first work, wirelength of TSV-based 3D ICs is the main focus. In the second work, stress-induced carrier mobility variation in TSV-based 3D ICs is examined. In the third work, temperature inside TSV-based 3D ICs is investigated. In the final work, the quality trade-offs of TSV-based 3D-IC designs are explored. In the first work, a force-directed, 3D, and gate-level placement algorithm that efficiently handles TSVs is developed. The experiments based on synthesized benchmarks indicate that the developed algorithm helps generate GDSII layouts of 3D-IC designs that are optimized in terms of wirelength. In addition, the impact of TSVs on other physical aspects of 3D-IC designs is also studied by analyzing the GDSII layouts. In the second work, the model for carrier mobility variation caused by TSV and STI stresses is developed as well as the timing analysis flow considering the stresses. The impact of TSV and STI stresses on carrier mobility variation and performance of 3D ICs is studied. Furthermore, a TSV-stress-driven, force-directed, and 3D placement algorithm is developed. It exploits carrier mobility variation, caused by stress around TSVs after fabrication, to improve the timing and area objectives during placement. In addition, the impact of keep-out zone (KOZ) around TSVs on stress, carrier mobility variation, area, wirelength, and performance of 3D ICs is studied. In the third work, two temperature-aware global placement algorithms are developed. They exploit die-to-die thermal coupling in 3D ICs to improve temperature during placement. In addition, a framework used to evaluate the results from temperature-aware global placements is developed. The main component of the framework is a GDSII-level thermal analysis that considers all structures inside a TSV-based 3D IC while computing temperature. The developed placers are compared with several state-of-the-art placers published in recent literature. The experimental results indicate that the developed algorithms help improve the temperature of 3D ICs effectively. In the final work, three block-level design styles for TSV-based die-to-wafer bonded 3D ICs are discussed. Several 3D-IC layouts in the three styles are manually designed. The main difference among these layouts is the position of TSVs. Finally, the area, wirelength, timing, power, temperature, and mechanical stress of all layouts are compared to explore the trade-offs of layout quality.PhDCommittee Chair: Lim, Sung Kyu; Committee Member: Bakir, Muhannad; Committee Member: Kim, Hyesoon; Committee Member: Mukhopadhyay, Saibal; Committee Member: Swaminathan, Madhava

Interconnect Planning for Physical Design of 3D Integrated Circuits

Vertical stacking—based on modern manufacturing and integration technologies—of multiple 2D chips enables three-dimensional integrated circuits (3D ICs). This exploitation of the third dimension is generally accepted for aiming at higher packing densities, heterogeneous integration, shorter interconnects, reduced power consumption, increased data bandwidth, and realizing highly-parallel systems in one device. However, the commercial acceptance of 3D ICs is currently behind its expectations, mainly due to challenges regarding manufacturing and integration technologies as well as design automation. This work addresses three selected, practically relevant design challenges: (i) increasing the constrained reusability of proven, reliable 2D intellectual property blocks, (ii) planning different types of (comparatively large) through-silicon vias with focus on their impact on design quality, as well as (iii) structural planning of massively-parallel, 3D-IC-specific interconnect structures during 3D floorplanning. A key concept of this work is to account for interconnect structures and their properties during early design phases in order to support effective and high-quality 3D-IC-design flows. To tackle the above listed challenges, modular design-flow extensions and methodologies have been developed. Experimental investigations reveal the effectiveness and efficiency of the proposed techniques, and provide findings on 3D integration with particular focus on interconnect structures. We suggest consideration of these findings when formulating guidelines for successful 3D-IC design automation.:1 Introduction 1.1 The 3D Integration Approach for Electronic Circuits 1.2 Technologies for 3D Integrated Circuits 1.3 Design Approaches for 3D Integrated Circuits 2 State of the Art in Design Automation for 3D Integrated Circuits 2.1 Thermal Management 2.2 Partitioning and Floorplanning 2.3 Placement and Routing 2.4 Power and Clock Delivery 2.5 Design Challenges 3 Research Objectives 4 Planning Through-Silicon Via Islands for Block-Level Design Reuse 4.1 Problems for Design Reuse in 3D Integrated Circuits 4.2 Connecting Blocks Using Through-Silicon Via Islands 4.2.1 Problem Formulation and Methodology Overview 4.2.2 Net Clustering 4.2.3 Insertion of Through-Silicon Via Islands 4.2.4 Deadspace Insertion and Redistribution 4.3 Experimental Investigation 4.3.1 Wirelength Estimation 4.3.2 Configuration 4.3.3 Results and Discussion 4.4 Summary and Conclusions 5 Planning Through-Silicon Vias for Design Optimization 5.1 Deadspace Requirements for Optimized Planning of Through-Silicon Vias 5.2 Multiobjective Design Optimization of 3D Integrated Circuits 5.2.1 Methodology Overview and Configuration 5.2.2 Techniques for Deadspace Optimization 5.2.3 Design-Quality Analysis 5.2.4 Planning Different Types of Through-Silicon Vias 5.3 Experimental Investigation 5.3.1 Configuration 5.3.2 Results and Discussion 5.4 Summary and Conclusions 6 3D Floorplanning for Structural Planning of Massive Interconnects 6.1 Block Alignment for Interconnects Planning in 3D Integrated Circuits 6.2 Corner Block List Extended for Block Alignment 6.2.1 Alignment Encoding 6.2.2 Layout Generation: Block Placement and Alignment 6.3 3D Floorplanning Methodology 6.3.1 Optimization Criteria and Phases and Related Cost Models 6.3.2 Fast Thermal Analysis 6.3.3 Layout Operations 6.3.4 Adaptive Optimization Schedule 6.4 Experimental Investigation 6.4.1 Configuration 6.4.2 Results and Discussion 6.5 Summary and Conclusions 7 Research Summary, Conclusions, and Outlook Dissertation Theses Notation Glossary BibliographyDreidimensional integrierte Schaltkreise (3D-ICs) beruhen auf neuartigen Herstellungs- und Integrationstechnologien, wobei vor allem “klassische” 2D-ICs vertikal zu einem neuartigen 3D-System gestapelt werden. Dieser Ansatz zur Erschließung der dritten Dimension im Schaltkreisentwurf ist nach Expertenmeinung dazu geeignet, höhere Integrationsdichten zu erreichen, heterogene Integration zu realisieren, kürzere Verdrahtungswege zu ermöglichen, Leistungsaufnahmen zu reduzieren, Datenübertragungsraten zu erhöhen, sowie hoch-parallele Systeme in einer Baugruppe umzusetzen. Aufgrund von technologischen und entwurfsmethodischen Schwierigkeiten bleibt jedoch bisher die kommerzielle Anwendung von 3D-ICs deutlich hinter den Erwartungen zurück. In dieser Arbeit werden drei ausgewählte, praktisch relevante Problemstellungen der Entwurfsautomatisierung von 3D-ICs bearbeitet: (i) die Verbesserung der (eingeschränkten) Wiederverwendbarkeit von zuverlässigen 2D-Intellectual-Property-Blöcken, (ii) die komplexe Planung von verschiedenartigen, verhältnismäßig großen Through-Silicion Vias unter Beachtung ihres Einflusses auf die Entwurfsqualität, und (iii) die strukturelle Einbindung von massiv-parallelen, 3D-IC-spezifischen Verbindungsstrukturen während der Floorplanning-Phase. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, Verbindungsstrukturen mit deren wesentlichen Eigenschaften bereits in den frühen Phasen des Entwurfsprozesses zu berücksichtigen. Dies begünstigt einen qualitativ hochwertigen Entwurf von 3D-ICs. Die in dieser Arbeit vorgestellten modularen Entwurfsprozess-Erweiterungen bzw. -Methodiken dienen zur effizienten Lösung der oben genannten Problemstellungen. Experimentelle Untersuchungen bestätigen die Wirksamkeit sowie die Effektivität der erarbeiten Methoden. Darüber hinaus liefern sie praktische Erkenntnisse bezüglich der Anwendung von 3D-ICs und der Planung deren Verbindungsstrukturen. Diese Erkenntnisse sind zur Ableitung von Richtlinien für den erfolgreichen Entwurf von 3D-ICs dienlich.:1 Introduction 1.1 The 3D Integration Approach for Electronic Circuits 1.2 Technologies for 3D Integrated Circuits 1.3 Design Approaches for 3D Integrated Circuits 2 State of the Art in Design Automation for 3D Integrated Circuits 2.1 Thermal Management 2.2 Partitioning and Floorplanning 2.3 Placement and Routing 2.4 Power and Clock Delivery 2.5 Design Challenges 3 Research Objectives 4 Planning Through-Silicon Via Islands for Block-Level Design Reuse 4.1 Problems for Design Reuse in 3D Integrated Circuits 4.2 Connecting Blocks Using Through-Silicon Via Islands 4.2.1 Problem Formulation and Methodology Overview 4.2.2 Net Clustering 4.2.3 Insertion of Through-Silicon Via Islands 4.2.4 Deadspace Insertion and Redistribution 4.3 Experimental Investigation 4.3.1 Wirelength Estimation 4.3.2 Configuration 4.3.3 Results and Discussion 4.4 Summary and Conclusions 5 Planning Through-Silicon Vias for Design Optimization 5.1 Deadspace Requirements for Optimized Planning of Through-Silicon Vias 5.2 Multiobjective Design Optimization of 3D Integrated Circuits 5.2.1 Methodology Overview and Configuration 5.2.2 Techniques for Deadspace Optimization 5.2.3 Design-Quality Analysis 5.2.4 Planning Different Types of Through-Silicon Vias 5.3 Experimental Investigation 5.3.1 Configuration 5.3.2 Results and Discussion 5.4 Summary and Conclusions 6 3D Floorplanning for Structural Planning of Massive Interconnects 6.1 Block Alignment for Interconnects Planning in 3D Integrated Circuits 6.2 Corner Block List Extended for Block Alignment 6.2.1 Alignment Encoding 6.2.2 Layout Generation: Block Placement and Alignment 6.3 3D Floorplanning Methodology 6.3.1 Optimization Criteria and Phases and Related Cost Models 6.3.2 Fast Thermal Analysis 6.3.3 Layout Operations 6.3.4 Adaptive Optimization Schedule 6.4 Experimental Investigation 6.4.1 Configuration 6.4.2 Results and Discussion 6.5 Summary and Conclusions 7 Research Summary, Conclusions, and Outlook Dissertation Theses Notation Glossary Bibliograph

A survey on scheduling and mapping techniques in 3D Network-on-chip

Network-on-Chips (NoCs) have been widely employed in the design of multiprocessor system-on-chips (MPSoCs) as a scalable communication solution. NoCs enable communications between on-chip Intellectual Property (IP) cores and allow those cores to achieve higher performance by outsourcing their communication tasks. Mapping and Scheduling methodologies are key elements in assigning application tasks, allocating the tasks to the IPs, and organising communication among them to achieve some specified objectives. The goal of this paper is to present a detailed state-of-the-art of research in the field of mapping and scheduling of applications on 3D NoC, classifying the works based on several dimensions and giving some potential research directions

VLSI Design

This book provides some recent advances in design nanometer VLSI chips. The selected topics try to present some open problems and challenges with important topics ranging from design tools, new post-silicon devices, GPU-based parallel computing, emerging 3D integration, and antenna design. The book consists of two parts, with chapters such as: VLSI design for multi-sensor smart systems on a chip, Three-dimensional integrated circuits design for thousand-core processors, Parallel symbolic analysis of large analog circuits on GPU platforms, Algorithms for CAD tools VLSI design, A multilevel memetic algorithm for large SAT-encoded problems, etc

Automated Hardware Prototyping for 3D Network on Chips

Vor mehr als 50 Jahren stellte Intel® Mitbegründer Gordon Moore eine Prognose zum Entwicklungsprozess der Transistortechnologie auf. Er prognostizierte, dass sich die Zahl der Transistoren in integrierten Schaltungen alle zwei Jahre verdoppeln wird. Seine Aussage ist immer noch gültig, aber ein Ende von Moores Gesetz ist in Sicht. Mit dem Ende von Moore’s Gesetz müssen neue Aspekte untersucht werden, um weiterhin die Leistung von integrierten Schaltungen zu steigern. Zwei mögliche Ansätze für "More than Moore” sind 3D-Integrationsverfahren und heterogene Systeme. Gleichzeitig entwickelt sich ein Trend hin zu Multi-Core Prozessoren, basierend auf Networks on chips (NoCs). Neben dem Ende des Mooreschen Gesetzes ergeben sich bei immer kleiner werdenden Technologiegrößen, vor allem jenseits der 60 nm, neue Herausforderungen. Eine Schwierigkeit ist die Wärmeableitung in großskalierten integrierten Schaltkreisen und die daraus resultierende Überhitzung des Chips. Um diesem Problem in modernen Multi-Core Architekturen zu begegnen, muss auch die Verlustleistung der Netzwerkressourcen stark reduziert werden. Diese Arbeit umfasst eine durch Hardware gesteuerte Kombination aus Frequenzskalierung und Power Gating für 3D On-Chip Netzwerke, einschließlich eines FPGA Prototypen. Dafür wurde ein Takt-synchrones 2D Netzwerk auf ein dreidimensionales asynchrones Netzwerk mit mehreren Frequenzbereichen erweitert. Zusätzlich wurde ein skalierbares Online-Power-Management System mit geringem Ressourcenaufwand entwickelt. Die Verifikation neuer Hardwarekomponenten ist einer der zeitaufwendigsten Schritte im Entwicklungsprozess hochintegrierter digitaler Schaltkreise. Um diese Aufgabe zu beschleunigen und um eine parallele Softwareentwicklung zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein automatisiertes und benutzerfreundliches Tool für den Entwurf neuer Hardware Projekte entwickelt. Eine grafische Benutzeroberfläche zum Erstellen des gesamten Designablaufs, vom Erstellen der Architektur, Parameter Deklaration, Simulation, Synthese und Test ist Teil dieses Werkzeugs. Zudem stellt die Größe der Architektur für die Erstellung eines Prototypen eine besondere Herausforderung dar. Frühere Arbeiten haben es versäumt, eine schnelles und unkompliziertes Prototyping, insbesondere von Architekturen mit mehr als 50 Prozessorkernen, zu realisieren. Diese Arbeit umfasst eine Design Space Exploration und FPGA-basierte Prototypen von verschiedenen 3D-NoC Implementierungen mit mehr als 80 Prozessoren

Exploring Adaptive Implementation of On-Chip Networks

As technology geometries have shrunk to the deep submicron regime, the communication delay and power consumption of global interconnections in high performance Multi- Processor Systems-on-Chip (MPSoCs) are becoming a major bottleneck. The Network-on- Chip (NoC) architecture paradigm, based on a modular packet-switched mechanism, can address many of the on-chip communication issues such as performance limitations of long interconnects and integration of large number of Processing Elements (PEs) on a chip. The choice of routing protocol and NoC structure can have a significant impact on performance and power consumption in on-chip networks. In addition, building a high performance, area and energy efficient on-chip network for multicore architectures requires a novel on-chip router allowing a larger network to be integrated on a single die with reduced power consumption. On top of that, network interfaces are employed to decouple computation resources from communication resources, to provide the synchronization between them, and to achieve backward compatibility with existing IP cores. Three adaptive routing algorithms are presented as a part of this thesis. The first presented routing protocol is a congestion-aware adaptive routing algorithm for 2D mesh NoCs which does not support multicast (one-to-many) traffic while the other two protocols are adaptive routing models supporting both unicast (one-to-one) and multicast traffic. A streamlined on-chip router architecture is also presented for avoiding congested areas in 2D mesh NoCs via employing efficient input and output selection. The output selection utilizes an adaptive routing algorithm based on the congestion condition of neighboring routers while the input selection allows packets to be serviced from each input port according to its congestion level. Moreover, in order to increase memory parallelism and bring compatibility with existing IP cores in network-based multiprocessor architectures, adaptive network interface architectures are presented to use multiple SDRAMs which can be accessed simultaneously. In addition, a smart memory controller is integrated in the adaptive network interface to improve the memory utilization and reduce both memory and network latencies. Three Dimensional Integrated Circuits (3D ICs) have been emerging as a viable candidate to achieve better performance and package density as compared to traditional 2D ICs. In addition, combining the benefits of 3D IC and NoC schemes provides a significant performance gain for 3D architectures. In recent years, inter-layer communication across multiple stacked layers (vertical channel) has attracted a lot of interest. In this thesis, a novel adaptive pipeline bus structure is proposed for inter-layer communication to improve the performance by reducing the delay and complexity of traditional bus arbitration. In addition, two mesh-based topologies for 3D architectures are also introduced to mitigate the inter-layer footprint and power dissipation on each layer with a small performance penalty.Siirretty Doriast

Application of a low-cost decision-making tool for sustainable building design of schools. Using a developing region in Indonesia as a case study

Das zunehmende Wachstum der Bauindustrie wirkt sich in den Entwicklungsländern auf die Umwelt aus. Nachhaltigkeit ist zur Hauptagenda geworden, um die Auswirkungen des Bauens auf die Umwelt zu minimieren und die Langlebigkeit künftiger Generationen zu gewährleisten. Für ein großes Land wie Indonesien ist es jedoch eine überwältigende Aufgabe, Nachhaltigkeit in einem Gebäude zu erreichen, da seine regionalen Grenzen durch kulturelle Vielfalt, soziale Unterschiede und wirtschaftlichen Wohlstand getrennt sind. Die meisten Entscheidungen werden im Entwurfsprozess getroffen, der für die Entwicklung eines nachhaltigen Gebäudedesigns von entscheidender Bedeutung ist. Die Bereitstellung von Planungsleistungen wie Zeit- und Kostenschätzung für öffentliche Projekte in Indonesien unterliegt dem nationalen Standard eines Beschaffungssystems. Bei diesem System ist die Flexibilität zur Änderung des zugewiesenen Budgets begrenzt. Die Untersuchung aller möglichen Designalternativen ist daher nicht für Entscheidungsträger von Vorteil. Darüber hinaus wird bei Schulbauprojekten die Verknüpfung der Gestaltung von Schulumschlägen mit den verschiedenen Baumaterialien aufgrund eines standardisierten Schullayouts in Indonesien vom Designer häufig ignoriert. Eine solche Praxis vernachlässigt höchstwahrscheinlich die sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Kriterien für ein nachhaltiges Design, insbesondere den Komfort in Innenräumen, als eines der wesentlichen sozialen Kriterien in den Klassenzimmern. Angesichts der enormen Nachfrage nach neuen Grundschulen und potenziellen Schäden an bestehenden Schulen in diesem von Katastrophen betroffenen Land ist ein praktisches Entscheidungsinstrument für die Auswahl eines nachhaltigen Designs unvermeidlich. Auf der Grundlage der obigen Aussichten wurde ein Rahmen entwickelt, um die sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Kriterien in der frühesten Phase des Entwurfsprozesses voranzutreiben. Im Entwurfsprozess wurde der Schwerpunkt auf die Kombination von Materialien gelegt, die auf vier typischen Schulform- / Designkonfigurationen für die öffentliche Schulentwicklung in Indonesien basieren. Im Mittelpunkt des Frameworks steht eine Entscheidungsmatrix, die eine MCDM-Methode (Multi-Criteria Decision Making) verwendet. Das Gewicht und die Leistung jedes Kriteriums in der Matrix wurden aus der subjektiven und objektiven Bewertung der Kriterien anhand einer Fallstudie von Grundschulgebäuden in Aceh, Indonesien, ermittelt. Beide Bewertungen wurden in Bezug auf die Art der Kriterien für die soziale, wirtschaftliche und ökologische Leistung des Schuldesigns relevant gemacht. Subjektive Bewertungen wurden durch eine Fragebogenumfrage durchgeführt, um jedes Kriterium und jeden Leistungswert des Materials gemäß den Wahrnehmungen, Erfahrungen und Überzeugungen der Menschen zu gewichten. Zusätzlich wurde der Komfort in Innenräumen subjektiv anhand des von den Schülern empfundenen Wärmegefühls bewertet. Andererseits konzentrierten sich die objektiven Bewertungen auf die Leistungsbewertung bestimmter Kriterien in einem vollständigen Entwurf. Dazu gehören die Leistung des Kostenkriteriums, die verkörperte Energie (EE), die CO2-Emission der Materialproduktion und insbesondere die Leistung der Innentemperatur für jede Entwurfsalternative, die mithilfe einer Simulationsmethode recht genau bewertet werden kann. Die simulierte Stundentemperatur wurde gegen tatsächliche Messungen getestet, um ihre Gültigkeit zu überprüfen. Es wurde festgestellt, dass das Simulationsmodell von vier typischen Designs zuverlässige Ergebnisse bei der Vorhersage des thermischen diskomfortstunden. Schließlich wurde TOPSIS als eine der MCDMMethoden verwendet, um alle Entwurfsalternativen zu bewerten. Ein knackiger Wert oder Index von 0 bis 1 wurde als Indikator für eine nachhaltige Leistung abgeleitet, wobei 1 die höchste Leistung bezeichnet. Die Verwendung einer MCDM-Methode im Framework war hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die endgültige Entwurfsauswahl aufgrund von Projektbeschränkungen und Präferenzen des Entscheidungsträgers zusammen mit dem Projektziel beeinträchtigt werden kann. Auf der Suche nach der besten nachhaltigen Leistung des Schuldesigns schienen Kosten und Komfort in Innenräumen die Kriterien für die Auswahl eines Designs für dieses Fallstudienprojekt zu beeinträchtigen. Die Ergebnisse dieser Forschung zeigen, dass aus 144 Designalternativen der höchste nachhaltige Leistungsindex in einem Design mit zufriedenstellendem Komfort in Innenräumen gefunden wurde, jedoch mit 39% zusätzlichen Kosten im Vergleich zum Baseline-Modell. Die Ergebnisanalyse der Innentemperatur zeigt, dass des thermischen diskomfortstunden dieser Konstruktionsalternative auf 56,5% reduziert werden kann. Die Scheibe. Stunden während der Schulzeit ergeben eine Reduzierung um 68,7%. Für diesen besten Fall ist die Disc. Stunden erscheinen nur von 12.00 bis 13.00 Uhr mit zweieinhalb Monaten zeigt keine Beschwerden. Die Unbehaglichkeitsperiode im Baseline-Modell beträgt meistens von 10.30 bis 13.00 Uhr, wobei insgesamt 728 diskomfortstunden in einem Jahr erzeugt wurden. Wenn die Kosten als Hauptbeschränkung bei der Entscheidungsfindung betrachtet werden, haben sich zwei weitere Entwurfsalternativen als gute Kandidaten erwiesen, da diese beiden Entwürfe eine bessere nachhaltige Leistung aufweisen als das Basismodell. Das erste Design verursacht 4,5% niedrigere Kosten als die Basislinie, während das zweite Design nur 6,3% zusätzliche Kosten verursacht. Beide Designalternativen führen zu einer Reduzierung der gesamten Disc um 12,3% und 68,9% Stunden im Vergleich zum Baseline-Modell. Das Ergebnis dieser Forschung stimmt mit der Hypothese überein, dass durch die Verwendung der gleichen Kostendaten aus den retrospektiven Fallstudienschulen eine bessere nachhaltige Leistung erzielt werden kann. Ein Designauswahl-Tool, das auf einer Anwendung des Frameworks in dieser Fallstudie basiert, hat bewiesen, dass ein besseres Design bei gleichzeitiger Kosteneffizienz zur Auswahl steht. Mit dem Vorhandensein eines in dieser Studie entwickelten Tools ist bekannt, dass die Bedeutung von Kriterien und die Leistung der Nachhaltigkeit aus einem bestimmten Entwurf Entscheidungsträgern früh in der Entwurfsphase helfen. Der vorgeschlagene Rahmen und die vorgeschlagenen Methoden zur Entwicklung des Werkzeugs können auch bei der frühen Planung anderer neuer und bestehender Gebäude in Ländern mit trockenem und gemäßigtem Klima angewendet werden, unabhängig von der Art der Gebäudeformen, der Entwurfskonfiguration und dem Material. Am wichtigsten ist, dass der Entwurfs- und Materialauswahlprozess unter Verwendung des entwickelten Rahmens auch in einem traditionellen Projektabwicklungssystem implementiert werden kann, um das Bewusstsein und die breite Akzeptanz von nachhaltigem Bauen in Entwicklungsländern zu erhöhen. Die Auswirkungen der Umsetzung des entwickelten Rahmens in anderen Regionen Indonesiens werden vorteilhafter sein, da viele öffentliche Schulen und verschiedene Arten von öffentlichen Gebäuden unter Verwendung des Finanzierungsmechanismus für Regierungsprojekte gebaut werden

Développement d'architectures HW/SW tolérantes aux fautes et auto-calibrantes pour les technologies Intégrées 3D

Malgré les avantages de l'intégration 3D, le test, le rendement et la fiabilité des Through-Silicon-Vias (TSVs) restent parmi les plus grands défis pour les systèmes 3D à base de Réseaux-sur-Puce (Network-on-Chip - NoC). Dans cette thèse, une stratégie de test hors-ligne a été proposé pour les interconnections TSV des liens inter-die des NoCs 3D. Pour le TSV Interconnect Built-In Self-Test (TSV-IBIST) on propose une nouvelle stratégie pour générer des vecteurs de test qui permet la détection des fautes structuraux (open et short) et paramétriques (fautes de délaye). Des stratégies de correction des fautes transitoires et permanents sur les TSV sont aussi proposées aux plusieurs niveaux d'abstraction: data link et network. Au niveau data link, des techniques qui utilisent des codes de correction (ECC) et retransmission sont utilisées pour protégé les liens verticales. Des codes de correction sont aussi utilisés pour la protection au niveau network. Les défauts de fabrication ou vieillissement des TSVs sont réparé au niveau data link avec des stratégies à base de redondance et sérialisation. Dans le réseau, les liens inter-die défaillante ne sont pas utilisables et un algorithme de routage tolérant aux fautes est proposé. On peut implémenter des techniques de tolérance aux fautes sur plusieurs niveaux. Les résultats ont montré qu'une stratégie multi-level atteint des très hauts niveaux de fiabilité avec un cout plus bas. Malheureusement, il n'y as pas une solution unique et chaque stratégie a ses avantages et limitations. C'est très difficile d'évaluer tôt dans le design flow les couts et l'impact sur la performance. Donc, une méthodologie d'exploration de la résilience aux fautes est proposée pour les NoC 3D mesh.3D technology promises energy-efficient heterogeneous integrated systems, which may open the way to thousands cores chips. Silicon dies containing processing elements are stacked and connected by vertical wires called Through-Silicon-Vias. In 3D chips, interconnecting an increasing number of processing elements requires a scalable high-performance interconnect solution: the 3D Network-on-Chip. Despite the advantages of 3D integration, testing, reliability and yield remain the major challenges for 3D NoC-based systems. In this thesis, the TSV interconnect test issue is addressed by an off-line Interconnect Built-In Self-Test (IBIST) strategy that detects both structural (i.e. opens, shorts) and parametric faults (i.e. delays and delay due to crosstalk). The IBIST circuitry implements a novel algorithm based on the aggressor-victim scenario and alleviates limitations of existing strategies. The proposed Kth-aggressor fault (KAF) model assumes that the aggressors of a victim TSV are neighboring wires within a distance given by the aggressor order K. Using this model, TSV interconnect tests of inter-die 3D NoC links may be performed for different aggressor order, reducing test times and circuitry complexity. In 3D NoCs, TSV permanent and transient faults can be mitigated at different abstraction levels. In this thesis, several error resilience schemes are proposed at data link and network levels. For transient faults, 3D NoC links can be protected using error correction codes (ECC) and retransmission schemes using error detection (Automatic Retransmission Query) and correction codes (i.e. Hybrid error correction and retransmission).For transients along a source-destination path, ECC codes can be implemented at network level (i.e. Network-level Forward Error Correction). Data link solutions also include TSV repair schemes for faults due to fabrication processes (i.e. TSV-Spare-and-Replace and Configurable Serial Links) and aging (i.e. Interconnect Built-In Self-Repair and Adaptive Serialization) defects. At network-level, the faulty inter-die links of 3D mesh NoCs are repaired by implementing a TSV fault-tolerant routing algorithm. Although single-level solutions can achieve the desired yield / reliability targets, error mitigation can be realized by a combination of approaches at several abstraction levels. To this end, multi-level error resilience strategies have been proposed. Experimental results show that there are cases where this multi-layer strategy pays-off both in terms of cost and performance. Unfortunately, one-fits-all solution does not exist, as each strategy has its advantages and limitations. For system designers, it is very difficult to assess early in the design stages the costs and the impact on performance of error resilience. Therefore, an error resilience exploration (ERX) methodology is proposed for 3D NoCs.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Study on Thermal Environment and Adaptive Thermal Comfort of the Occupants in Temporary Shelters in Nepal after Massive Earthquake

東京都市大学2019年度（令和元年度

Design Space Exploration for MPSoC Architectures

Multiprocessor system-on-chip (MPSoC) designs utilize the available technology and communication architectures to meet the requirements of the upcoming applications. In MPSoC, the communication platform is both the key enabler, as well as the key differentiator for realizing efficient MPSoCs. It provides product differentiation to meet a diverse, multi-dimensional set of design constraints, including performance, power, energy, reconfigurability, scalability, cost, reliability and time-to-market. The communication resources of a single interconnection platform cannot be fully utilized by all kind of applications, such as the availability of higher communication bandwidth for computation but not data intensive applications is often unfeasible in the practical implementation. This thesis aims to perform the architecture-level design space exploration towards efficient and scalable resource utilization for MPSoC communication architecture. In order to meet the performance requirements within the design constraints, careful selection of MPSoC communication platform, resource aware partitioning and mapping of the application play important role. To enhance the utilization of communication resources, variety of techniques such as resource sharing, multicast to avoid re-transmission of identical data, and adaptive routing can be used. For implementation, these techniques should be customized according to the platform architecture. To address the resource utilization of MPSoC communication platforms, variety of architectures with different design parameters and performance levels, namely Segmented bus (SegBus), Network-on-Chip (NoC) and Three-Dimensional NoC (3D-NoC), are selected. Average packet latency and power consumption are the evaluation parameters for the proposed techniques. In conventional computing architectures, fault on a component makes the connected fault-free components inoperative. Resource sharing approach can utilize the fault-free components to retain the system performance by reducing the impact of faults. Design space exploration also guides to narrow down the selection of MPSoC architecture, which can meet the performance requirements with design constraints.Siirretty Doriast