Runtime Monitoring for Dependable Hardware Design

Mit dem Voranschreiten der Technologieskalierung und der Globalisierung der Produktion von integrierten Schaltkreisen eröffnen sich eine Fülle von Schwachstellen bezüglich der Verlässlichkeit von Computerhardware. Jeder Mikrochip wird aufgrund von Produktionsschwankungen mit einem einzigartigen Charakter geboren, welcher sich durch seine Arbeitsbedingungen, Belastung und Umgebung in individueller Weise entwickelt. Daher sind deterministische Modelle, welche zur Entwurfszeit die Verlässlichkeit prognostizieren, nicht mehr ausreichend um Integrierte Schaltkreise mit Nanometertechnologie sinnvoll abbilden zu können. Der Bedarf einer Laufzeitanalyse des Zustandes steigt und mit ihm die notwendigen Maßnahmen zum Erhalt der Zuverlässigkeit. Transistoren sind anfällig für auslastungsbedingte Alterung, die die Laufzeit der Schaltung erhöht und mit ihr die Möglichkeit einer Fehlberechnung. Hinzu kommen spezielle Abläufe die das schnelle Altern des Chips befördern und somit seine zuverlässige Lebenszeit reduzieren. Zusätzlich können strahlungsbedingte Laufzeitfehler (Soft-Errors) des Chips abnormales Verhalten kritischer Systeme verursachen. Sowohl das Ausbreiten als auch das Maskieren dieser Fehler wiederum sind abhängig von der Arbeitslast des Systems. Fabrizierten Chips können ebenfalls vorsätzlich während der Produktion boshafte Schaltungen, sogenannte Hardwaretrojaner, hinzugefügt werden. Dies kompromittiert die Sicherheit des Chips. Da diese Art der Manipulation vor ihrer Aktivierung kaum zu erfassen ist, ist der Nachweis von Trojanern auf einem Chip direkt nach der Produktion extrem schwierig. Die Komplexität dieser Verlässlichkeitsprobleme machen ein einfaches Modellieren der Zuverlässigkeit und Gegenmaßnahmen ineffizient. Sie entsteht aufgrund verschiedener Quellen, eingeschlossen der Entwicklungsparameter (Technologie, Gerät, Schaltung und Architektur), der Herstellungsparameter, der Laufzeitauslastung und der Arbeitsumgebung. Dies motiviert das Erforschen von maschinellem Lernen und Laufzeitmethoden, welche potentiell mit dieser Komplexität arbeiten können. In dieser Arbeit stellen wir Lösungen vor, die in der Lage sind, eine verlässliche Ausführung von Computerhardware mit unterschiedlichem Laufzeitverhalten und Arbeitsbedingungen zu gewährleisten. Wir entwickelten Techniken des maschinellen Lernens um verschiedene Zuverlässigkeitseffekte zu modellieren, zu überwachen und auszugleichen. Verschiedene Lernmethoden werden genutzt, um günstige Überwachungspunkte zur Kontrolle der Arbeitsbelastung zu finden. Diese werden zusammen mit Zuverlässigkeitsmetriken, aufbauend auf Ausfallsicherheit und generellen Sicherheitsattributen, zum Erstellen von Vorhersagemodellen genutzt. Des Weiteren präsentieren wir eine kosten-optimierte Hardwaremonitorschaltung, welche die Überwachungspunkte zur Laufzeit auswertet. Im Gegensatz zum aktuellen Stand der Technik, welcher mikroarchitektonische Überwachungspunkte ausnutzt, evaluieren wir das Potential von Arbeitsbelastungscharakteristiken auf der Logikebene der zugrundeliegenden Hardware. Wir identifizieren verbesserte Features auf Logikebene um feingranulare Laufzeitüberwachung zu ermöglichen. Diese Logikanalyse wiederum hat verschiedene Stellschrauben um auf höhere Genauigkeit und niedrigeren Overhead zu optimieren. Wir untersuchten die Philosophie, Überwachungspunkte auf Logikebene mit Hilfe von Lernmethoden zu identifizieren und günstigen Monitore zu implementieren um eine adaptive Vorbeugung gegen statisches Altern, dynamisches Altern und strahlungsinduzierte Soft-Errors zu schaffen und zusätzlich die Aktivierung von Hardwaretrojanern zu erkennen. Diesbezüglich haben wir ein Vorhersagemodell entworfen, welches den Arbeitslasteinfluss auf alterungsbedingte Verschlechterungen des Chips mitverfolgt und dazu genutzt werden kann, dynamisch zur Laufzeit vorbeugende Techniken, wie Task-Mitigation, Spannungs- und Frequenzskalierung zu benutzen. Dieses Vorhersagemodell wurde in Software implementiert, welche verschiedene Arbeitslasten aufgrund ihrer Alterungswirkung einordnet. Um die Widerstandsfähigkeit gegenüber beschleunigter Alterung sicherzustellen, stellen wir eine Überwachungshardware vor, welche einen Teil der kritischen Flip-Flops beaufsichtigt, nach beschleunigter Alterung Ausschau hält und davor warnt, wenn ein zeitkritischer Pfad unter starker Alterungsbelastung steht. Wir geben die Implementierung einer Technik zum Reduzieren der durch das Ausführen spezifischer Subroutinen auftretenden Belastung von zeitkritischen Pfaden. Zusätzlich schlagen wir eine Technik zur Abschätzung von online Soft-Error-Schwachstellen von Speicherarrays und Logikkernen vor, welche auf der Überwachung einer kleinen Gruppe Flip-Flops des Entwurfs basiert. Des Weiteren haben wir eine Methode basierend auf Anomalieerkennung entwickelt, um Arbeitslastsignaturen von Hardwaretrojanern während deren Aktivierung zur Laufzeit zu erkennen und somit eine letzte Verteidigungslinie zu bilden. Basierend auf diesen Experimenten demonstriert diese Arbeit das Potential von fortgeschrittener Feature-Extraktion auf Logikebene und lernbasierter Vorhersage basierend auf Laufzeitdaten zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Harwareentwürfen

Web of Science (WoS) Indexed Library and Information Science (LIS) Journals in Scopus: An Analysis

Scopus and Web of Science (WoS) are the world\u27s leading citation and indexing databases of global peer-reviewed literature in different subject disciplines. These two databases also cover scholarly literature on Library and Information Science (LIS) subject field. The purpose of this paper is to analyze the WoS indexed LIS journals in Scopus in terms of their journal metrics available in these two database platforms. Two data sources used for the present analysis are Scopus CiteScore metrics of Scopus and the Journal Citation Report (JCR) of WoS. The basic data regarding the WoS indexed journals are derived from SCImago 2020.ThusRanking of 145 Library and Information Science journals indexed in both Scopus and WoS databases are presented in the study

Genetic analysis of scattered populations of the Indian eri silkworm, Samia cynthia ricini Donovan: Differentiation of subpopulations

Deforestation and exploitation has led to the fragmentation of habitats and scattering of populations of the economically important eri silkworm, Samia cynthia ricini, in north-east India. Genetic analysis of 15 eri populations, using ISSR markers, showed 98% inter-population, and 23% to 58% intra-population polymorphism. Nei’s genetic distance between populations increased significantly with altitude (R2 = 0.71) and geographic distance (R2 = 0.78). On the dendrogram, the lower and upper Assam populations were clustered separately, with intermediate grouping of those from Barpathar and Chuchuyimlang, consistent with geographical distribution. The Nei’s gene diversity index was 0.350 in total populations and 0.121 in subpopulations. The genetic differentiation estimate (Gst) was 0.276 among scattered populations. Neutrality tests showed deviation of 118 loci from Hardy-Weinberg equilibrium. The number of loci that deviated from neutrality increased with altitude (R2 = 0.63). Test of linkage disequilibrium showed greater contribution of variance among eri subpopulations to total variance. D’2IS exceeded D’2ST, showed significant contribution of random genetic drift to the increase in variance of disequilibrium in subpopulations. In the Lakhimpur population, the peripheral part was separated from the core by a genetic distance of 0.260. Patchy habitats promoted low genetic variability, high linkage disequilibrium and colonization by new subpopulations. Increased gene flow and habitat-area expansion are required to maintain higher genetic variability and conservation of the original S. c. ricini gene pool

S3 - A Data-driven Approach for Fault Detection in the Alternator Unit of Automotive Systems

Functional safety is considered as a prominent dependability attribute in today’s automotive world. It is extremely important to ensure safe operation of different automotive parts. An alternator unit is an electric generator used in modern automobiles to charge the battery and to power the electrical system when its engine is running. Therefore, its correct operation is crucial for the overall automobile safety. In this work, we predict the health of an alternator on-the-fly using machine learning approaches for efficient yet accurate failure detection. We make use of inexpensive time domain features of alternator voltage waveform to achieve 97% prediction accuracy with no false positives. The correctness and usability of the proposed approach has been validated using realistic testing environment