Algorithmes de diagnostic d'une chaîne JTAG reconfigurable et tolérante aux pannes au sein de la technologie WaferIC

Dans ce mémoire, des algorithmes de diagnostic d'une chaîne JTAG reconfigurable et tolérante aux pannes dans un circuit intégré à l'échelle de la tranche (Wafer Scale Integrated Circuit WSI) sont présentés. Le circuit intégré en question, nommé WaferIC, est au cœur du projet de recherche DreamWaferTM qui implique plusieurs universités canadiennes. Ce projet vise à élaborer une plateforme de prototypage rapide pour les systèmes électroniques. C'est d'une certaine façon l'équivalent d'un circuit imprimé reprogrammable. Les circuits discrets, comme les FPGA et les mémoires par exemple seront déposés sur la surface du WaferIC. Ce dernier est un substrat programmable de la taille d'une tranche de Silicium et configurable qui réalise les interconnexions nécessaires entre les circuits et ce conformément à une spécification des interconnexions fournie par l'ingénieur en conception. Le WaferIC est composé de milliers de cellules connectées entre elles par des liens intercellulaires formant ainsi un vaste réseau d'interconnexions reconfigurable. Une chaîne de balayage conforme au protocole JTAG est utilisée pour configurer les cellules du WaferIC. Pour minimiser le temps de configuration, ce présent mémoire propose des algorithmes pour repérer le plus d'éléments (cellules et liens) fonctionnels possible au sein du WaferIC. La chaîne JTAG de configuration passera par ces éléments fonctionnels pour configurer toutes les cellules du WaferIC. Le premier objectif du diagnostic est d'établir un ensemble de chemins qui couvrent toutes les cellules et tous les liens intercellulaires du WaferIC. La taille des flux de bits JTAG qui créent ces chemins doit être minimale. Dans ce contexte, une étude théorique est faite dans ce mémoire pour prouver que la taille d'un flux de bits JTAG nécessaire pour établir un chemin de N cellules croit en O(N2). Un algorithme de recherche basé sur le principe de la dichotomie a aussi été implémenté dans le cadre de ce projet de maîtrise. Cet algorithme est appliqué sur les chemins trouvés non fonctionnels pour localiser le plus précisément possible les liens défectueux dans ces chemins. L'état des cellules sera déduit à partir des liens. En effet, une cellule est défectueuse si tous ses liens entrants ou sortants sont défectueux.

Abstract

In this master project, algorithms to diagnose a reconfigurable and defect tolerant JTAG scan chain in a wafer scale integrated circuit are proposed. The integrated circuit, called WaferIC is at the core of the DreamWaferTM research project involving several Canadian universities. This project aims to develop a platform for rapid electronic system prototyping. That platform is analogous to a reconfigurable printed circuit board. Circuits are deposited on the surface of the WaferIC. This device is a configurable and programmable substrate that implements all the necessary interconnections between the circuits in accordance with the user specification.The WaferIC is made of thousands of cells interconnected with intercellular links forming an extensive and reconfigurable network of interconnections. A JTAG scan chain is used to configure the cells of the WaferIC. To minimize the configuration time, this master project proposes algorithms to identify functional elements (cells and links). This scan chain uses those functional elements to configure all the cells of the WaferIC. The first objective is to find a set of paths that cover all cells and links of the WaferIC. The length of the JTAG bit streams that create these paths must be reasonably short, and possibly optimal. In light of this, a theoretical study is done that proves that the size of a JTAG bit stream grows as O(N2) for a path made of N cells. A set search dichotomic algorithm was also developed to be applied on defective paths to accurately locate defective links within these paths. The state of cells can be deduced from links. Indeed, if all incoming and outgoing links of a cell are defective, then the cell is defective. Heuristic algorithms have also been developed to analyze non-functional paths in the case where the dichotomic algorithm is unable to locate precisely the defective link(s). The algorithms developed were tested on a miniaturized prototype of the WaferIC. In a reticle containing 1024 cells, an area of 4 cells has been found as potentially defective.