Innovative Techniques for Testing and Diagnosing SoCs

We rely upon the continued functioning of many electronic devices for our everyday welfare, usually embedding integrated circuits that are becoming even cheaper and smaller with improved features. Nowadays, microelectronics can integrate a working computer with CPU, memories, and even GPUs on a single die, namely System-On-Chip (SoC). SoCs are also employed on automotive safety-critical applications, but need to be tested thoroughly to comply with reliability standards, in particular the ISO26262 functional safety for road vehicles. The goal of this PhD. thesis is to improve SoC reliability by proposing innovative techniques for testing and diagnosing its internal modules: CPUs, memories, peripherals, and GPUs. The proposed approaches in the sequence appearing in this thesis are described as follows: 1. Embedded Memory Diagnosis: Memories are dense and complex circuits which are susceptible to design and manufacturing errors. Hence, it is important to understand the fault occurrence in the memory array. In practice, the logical and physical array representation differs due to an optimized design which adds enhancements to the device, namely scrambling. This part proposes an accurate memory diagnosis by showing the efforts of a software tool able to analyze test results, unscramble the memory array, map failing syndromes to cell locations, elaborate cumulative analysis, and elaborate a final fault model hypothesis. Several SRAM memory failing syndromes were analyzed as case studies gathered on an industrial automotive 32-bit SoC developed by STMicroelectronics. The tool displayed defects virtually, and results were confirmed by real photos taken from a microscope. 2. Functional Test Pattern Generation: The key for a successful test is the pattern applied to the device. They can be structural or functional; the former usually benefits from embedded test modules targeting manufacturing errors and is only effective before shipping the component to the client. The latter, on the other hand, can be applied during mission minimally impacting on performance but is penalized due to high generation time. However, functional test patterns may benefit for having different goals in functional mission mode. Part III of this PhD thesis proposes three different functional test pattern generation methods for CPU cores embedded in SoCs, targeting different test purposes, described as follows: a. Functional Stress Patterns: Are suitable for optimizing functional stress during I Operational-life Tests and Burn-in Screening for an optimal device reliability characterization b. Functional Power Hungry Patterns: Are suitable for determining functional peak power for strictly limiting the power of structural patterns during manufacturing tests, thus reducing premature device over-kill while delivering high test coverage c. Software-Based Self-Test Patterns: Combines the potentiality of structural patterns with functional ones, allowing its execution periodically during mission. In addition, an external hardware communicating with a devised SBST was proposed. It helps increasing in 3% the fault coverage by testing critical Hardly Functionally Testable Faults not covered by conventional SBST patterns. An automatic functional test pattern generation exploiting an evolutionary algorithm maximizing metrics related to stress, power, and fault coverage was employed in the above-mentioned approaches to quickly generate the desired patterns. The approaches were evaluated on two industrial cases developed by STMicroelectronics; 8051-based and a 32-bit Power Architecture SoCs. Results show that generation time was reduced upto 75% in comparison to older methodologies while increasing significantly the desired metrics. 3. Fault Injection in GPGPU: Fault injection mechanisms in semiconductor devices are suitable for generating structural patterns, testing and activating mitigation techniques, and validating robust hardware and software applications. GPGPUs are known for fast parallel computation used in high performance computing and advanced driver assistance where reliability is the key point. Moreover, GPGPU manufacturers do not provide design description code due to content secrecy. Therefore, commercial fault injectors using the GPGPU model is unfeasible, making radiation tests the only resource available, but are costly. In the last part of this thesis, we propose a software implemented fault injector able to inject bit-flip in memory elements of a real GPGPU. It exploits a software debugger tool and combines the C-CUDA grammar to wisely determine fault spots and apply bit-flip operations in program variables. The goal is to validate robust parallel algorithms by studying fault propagation or activating redundancy mechanisms they possibly embed. The effectiveness of the tool was evaluated on two robust applications: redundant parallel matrix multiplication and floating point Fast Fourier Transform

Centros celulares nutritivos e espumas microscópicas como formas elementares dos seres viventes

In this paper I will compare two conceptions of basic elements or units of living organisms from the second half of the nineteenth century: Goodsir’s cellular centers and Bütschli’s protoplam. The comparison will be made from the proposition of a nucleoplasmic form, and the referred conceptions are historical expressions of this general form. The nutrition center is a form that combines the functions of nutrition, germination and reproduction, responsible for the production of tissues (textures), organs, tumors and the whole organism from the fertilized egg. Microscopic foams produce organic differentiation through dynamic stabilization of the surface tension between the alveoli. I will conclude critically by discussing the relationship of these two expressions in terms of their continuity or exhaustion as scientific achievements of the biology of the period cited.No presente artigo comparo duas concepções de elementos ou unidades básicas dos organismos vivos da segunda metade do século XIX: os centros celulares de Goodsir e o protoplasma de Bütschli. A comparação será feita a partir da proposição de uma forma nucleoplasmática, sendo as referidas concepções expressões históricas dessa forma geral. O centro de nutrição é uma forma que combina as funções de nutrição, germinação e reprodução, responsável pela produção de tecidos (texturas), órgãos, tumores e a totalidade do organismo a partir do ovo fecundado. As espumas microscópicas produzem a diferenciação orgânica por meio de estabilizações dinâmicas da tensão superficial existente entre os alvéolos. Concluirei criticamente discutindo a relação dessas duas expressões em termos de sua continuidade ou esgotamento como realizações científicas da biologia do período citado

Nominal C-Unification

Nominal unification is an extension of first-order unification that takes into account the \alpha-equivalence relation generated by binding operators, following the nominal approach. We propose a sound and complete procedure for nominal unification with commutative operators, or nominal C-unification for short, which has been formalised in Coq. The procedure transforms nominal C-unification problems into simpler (finite families) of fixpoint problems, whose solutions can be generated by algebraic techniques on combinatorics of permutations.Comment: Pre-proceedings paper presented at the 27th International Symposium on Logic-Based Program Synthesis and Transformation (LOPSTR 2017), Namur, Belgium, 10-12 October 2017 (arXiv:1708.07854

A SciFi tracker for the LHCb experiment

The quest to understand the prevalence of matter over antimatter in the observable universe drives the Large Hadron Collider Beauty (LHCb) Experiment at CERN, situated beneath the France-Switzerland border. This thesis focuses on a detector upgrade crucial to enhance the sensitivity of the LHCb Experiment. A key ingredient of this upgrade is the Scintillating Fiber Detector (SciFi) Tracker.The introduction of the SciFi replaced key components like the Outer and Inner Tracker, improving tracking efficiency and spatial resolution.To ensure SciFi's radiation resilience, comprehensive tests were conducted, that revealed effects on Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), including speed degradation, leakage current, re-programmability loss, Single Event Upsets (SEU), and Single Event Latch-ups (SEL).Results indicated that speed degradation, leakage current, and SELs were manageable during the detector's lifetime. However, FPGAs became unprogrammable after a certain radiation exposure, necessitating operational planning. Mitigation strategies, like triple modular redundancy, reduced SEUs to an acceptable level.Mass-produced SciFi modules and readout electronics underwent their first particle beam test, allowing optimization of operating parameters of the front-end electronics, such as clustering coefficients, thresholds, and shaper settings.Resolution analysis demonstrated compliance with detector specifications. With an efficiency surpassing 99\% and a spatial resolution better than 70 µm, SciFi is validated for LHCb operation.As SciFi is commissioned, the configurations explored in this thesis offer valuable insights for optimizing the detector during commissioning and beyond

Editorial

Inicia-se com este número o ano 3 da Revista Médica da UFPR (RMU). A missão da RMU, como política editorial, baseia-se na promoção e disseminação do conhecimento médico. Ela é voltada a todos com interesse em ciências da saúde, principalmente a acadêmicos de medicina, médicos, professores e outros profissionais da saúde. É claro que todo autor, ao enviar seu artigo para publicação, busca divulgação, reconhecimento e visibilidade de seu estudo. Para aumentar a visibilidade da RMU, nosso objetivo é buscar o mérito científico, aprimorar os critérios de aceitação e manter a periodicidade. Com isso, podemos nos candidatar a indexação nas diversas bases (Index Medicus, Lilacs, SciELO, etc.) e a avaliação pelo sistema Qualis de periódicos científicos. Sem sombra de dúvida, um trabalho para algumas gerações. Mas, toda grande jornada começa com um primeiro passo.  Guimarães Rosa já dizia em seu clássico Grande Sertão: Veredas, que a vida pede coragem. Somos uma revista registrada, vamos em busca das indexações.Realço nesta edição o trabalho de pesquisadores da Pontifícia Católica do Paraná (PUCPR) que avaliaram uma coorte de 983 portadores de diabetes mellitus tipo 2, atendidos nas unidade de saúde pública de Curitiba. Os autores quantificaram o impacto desta afecção na qualidade de vida destes pacientes. Os resultados demonstraram forte impacto nos aspectos social, físico e emocional, principalmente naqueles com mais de 10 anos de doença e em uso de insulina.Um relato de caso também merece destaque. Trata-se da descrição de provável síndrome de Guillain-Barré em um paciente de 12 anos de idade. De particular interesse é a relação desta afecção com as arboviroses (Dengue; Chikungunya e Zika) em nosso país. Por este motivo, a Secretaria de Estado da Saúde do Paraná implantou um protocolo de vigilância (http://www.saude.pr.gov.br/arquivos/File/SESA_PR_Protoc_Vigil_Sind_Neuro_14_03_2016.pdf, acessado em 26.03.2016) de casos de Síndrome de Guillain-Barré e outras doenças neurológicas agudas graves pós-infecciosas. De acordo com este protocolo, o caso aqui relatado seria considerado como suspeito.Boa leitura

EDITORIAL

O Programa Ciências sem Fronteiras foi criado em julho de 2011 pelo Ministério da Ciência,Tecnologia e Inovação (MCTI), da Educação (MEC) e de suas respectivas instituições de fomento(CNPq e Capes). O programa visa aumentar a presença de pesquisadores e estudantes de váriosníveis em instituições de excelência no exterior e atrair jovens talentos científicos. O objetivo éfornecer 101.000 bolsas em um período de quatro anos, 75.000 bolsas com recursos do GovernoFederal e 26.000 bolsas concedidas com recursos da iniciativa privada. Neste número 04 daREVISTA MÉDICA DA UFPR (RMU), temos o prazer de publicar o artigo intitulado“Immunosenescence and its impact on medical practice. A new look at an old problem”. Asatisfação se deve a vários motivos: ser o primeiro artigo da RMU procedente de um serviço de forado Brasil, especificamente do Departamento de Reumatologia e Imunologia Clínica da Universidadede Groningen, na Holanda; por ser o primeiro autor (Pedro Gabriel Lorencetti, foto abaixo, nocentro, com coautores do artigo) aluno da UFPR e bolsista do Ciências sem Fronteiras. E finalmente,por revisar um tema fascinante, a chamada imunosenescência.Ainda nesta edição, o professor Alexandre Alessi, do Departamento de Clínica Médica daUFPR, apresenta o primeiro estudo brasileiro que avaliou um aparelho capaz de medir a pressãoarterial acoplado a um smartphone. Talvez, em futuro próximo, possamos utilizar esses tipos dedispositivo para, como médicos, compartilhar dados armazenados pelos pacientes, o que permitiriaum melhor seguimento dos portadores de hipertensão arterial.Finalmente, gostaria de destacar o estudo realizado no Serviço de Oncologia Pediátrica doHospital de Clínicas da Universidade Federal do Paraná, que avaliou dados de 424 criançasdiagnosticadas com câncer no período de 2001 a 2010.Boa Leitura

Editorial

Estamos trazendo a vocês, caros leitores, o último número de 2015 da RMU, a edição 4 do nosso segundo ano de existência. Temos que admitir que vencer o desafio da periodicidade é difícil. Muitas vezes os artigos surgem em um verdadeiro “corpo a corpo” do editores com os “potenciais autores, os suspeitos usuais” de nosso meio acadêmico.Precisamos melhorar! Um exemplo: a Scientific Electronic Library Online – SciELO, biblioteca eletrônica que abrange uma coleção selecionada de periódicos científicos brasileiros, exige para indexação em sua base a publicação periódica de aproximadamente 12 artigos originais por edição. A média da RMU nestes dois anos foi de 3 a 4 artigos originais por edição. Existem motivos para nos mantermos otimistas. Por exemplo, os Anais dos Trabalhos de Conclusão do Curso de Medicina (TCC) da UFPR, em sua 5ª edição, registraram 51 resumos de trabalhos, 16 deles realizados no Departamento de Clínica Médica. A RMU tem como vocação primária ser o instrumento de divulgação destes artigos.Neste número gostaríamos de destacar a experiência do SEMPR (Serviço de Endocrinologia e Metabologia da UFPR) no tratamento do hiperparatireoidismo primário, em uma comparação entre o tratamento clínico e o cirúrgico. Do mesmo grupo, um relato de caso, em que foi necessária a cateterização do seio petroso inferior, retrata a dificuldade do diagnóstico da síndrome de Cushing ACTH dependente, particularmente em nosso meio, onde este procedimento ainda não é disponível rotineiramente. E na seção Journal Club, um resumo de um dos mais importantes artigos deste ano: o estudo START. Publicado no New England Journal of Medicine, causou uma mudança de paradigma no tratamento dos portadores do vírus HIV.Boa leitura, um bom final de ano e um feliz 2016

Editorial

De modo simplificado, a semiologia médica pode ser entendida como o conjunto de técnicas utilizadas para se chegar a um determinado diagnóstico clínico. Estas técnicas envolvem basicamente a construção de anamnese e a obtenção de dados de exame físico. Entende-se que os dados são obtidos por observação, palpação, ausculta e outros procedimentos simples. Ou seja, sem o uso de métodos invasivos ou de exames complementares mais sofisticados.Neste número da RMU, na seção Perspectivas, uma estudante de Medicina da UFPR relata as sensações ao se defrontar com um paciente para realizar a anamnese e o exame físico. A dificuldade, por exemplo, com a fundoscopia, é emblemática. Mesmo sendo um relato pessoal, acredito que quase todos os profissionais da área médica compartilharamalgumas destas emoções.Outro artigo da RMU discute o papel das Ligas Estudantis na formação acadêmica. Neste, comenta-se o desenvolvimento e a utilização de um aplicativo, que pode ser acessado pela Internet ou por smartphone, para auxiliar o ensino da Dermatologia. O início da sistematização da semiologia médica é atribuído a Hipócrates, não por coincidência considerado o Pai da Medicina, há mais de 400 anos antes de Cristo. Este filósofo grego estruturou as bases da anamnese e do exame físico, bases essas que utilizamos até hoje. Entretanto, tomando muito cuidado para não avançarmos para um tecnicismo desenfreado, novos desafios estão à nossa espera. Aplicativos médicos, ultrassonografia durante o exame físico de um paciente (“estetoscópio do século XXI”), iniciativas como o "Stanford Medicine 25 - Promoting the Culture of Bedside Medicine"(acessado em: http://stanfordmedicine25.stanford.edu) são alguns deles. Como afirma Mozart Neves Ramos, especialista em Educação e diretor de articulação e inovação do Instituto Ayrton Senna. "Temos uma Escola do século XIX, um Professor do século XX e um Aluno do século XXI".Boa leitura

Estimating productivity gains in digital automation

This paper proposes a novel productivity estimation model to evaluate the effects of adopting Artificial Intelligence (AI) components in a production chain. Our model provides evidence to address the "AI's" Solow's Paradox. We provide (i) theoretical and empirical evidence to explain Solow's dichotomy; (ii) a data-driven model to estimate and asses productivity variations; (iii) a methodology underpinned on process mining datasets to determine the business process, BP, and productivity; (iv) a set of computer simulation parameters; (v) and empirical analysis on labour-distribution. These provide data on why we consider AI Solow's paradox a consequence of metric mismeasurement.Comment: 11 pages and 9 figure