一种基于ALU的行为传感器

本发明属于电数字数据处理领域，涉及应用于soc芯片老化预测的老化传感器，具体提供一种基于alu（arithmetic and logic unit，算术逻辑单元）的行为传感器。

背景技术：

1、随着soc芯片的复杂性不断增加，复杂的半导体工艺以及恶劣的工作环境都会加速soc芯片的老化，因此，soc芯片的老化检测与老化预测变得尤为关键。soc芯片主要包括处理器、片上互连、存储及外设等组件，其中，处理器作为核心，负责整个soc芯片的控制、计算等功能，使得处理器成为soc芯片中负载最大、温度最高、老化最快的组件；进一步的，处理器的核心部分为alu构成的运算单元，因此，soc芯片的老化预测的核心在于对处理器中alu的老化估计。

2、处理器的老化效应主要有热载流子注入（hot carrier-injection，hci）、负偏压温度不稳定性（negative bias-temperature-instability，nbti）及时间介质击穿（time-dependent-dielectric-breakdown，tddb），其中，nbti和hci对处理器老化影响最大，随着半导体工艺的提升，nbti逐渐占据主导地位；nbti效应受到诸多参数的影响，主要包括：电压、温度和信号概率（signal probability，sp）；因此，在基于人工智能模型的soc芯片老化预测方法中，需要采用电压传感器、温度传感器及行为传感器等老化传感器对应采集电压、温度及制造工艺偏差等数据，用以完成模型训练及预测。对于行为传感器，一般由环形振荡器构成，环形振荡器通过缓冲器（buffer）构成，通过模拟被测电路的老化过程来表征被测电路在其制造工艺、工作环境下的行为；虽然环形振荡器构成的老化传感器对于大多数电路准确程度较高，但对于复杂的soc芯片而言，尤其对于处理器中的运算电路，该老化传感器的准确度仍然有待提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于alu的行为传感器，为用于soc芯片老化预测的人工智能模型提供更加准确的行为数据，从而使人工智能模型能够更加准确的实现soc芯片老化预测。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于alu的行为传感器，包括：压力产生模块、alu组、状态控制机、采样计数模块与存储器；其中，alu组包括：若干条alu组合逻辑链，每条alu组合逻辑链在压力模式下配置成为压力传感器、在测试模式下配置成为环形振荡器，用以模拟被测电路的行为状态；压力产生模块为压力传感器提供压力输入，且每条alu组合逻辑链的压力输入均不相同；采样计数模块对环形振荡器的振动频率信息进行采样，并储存在存储器中；状态控制机用于控制alu组与采样计数模块。

4、进一步的，alu组包括：n条alu组合逻辑链，n≥10；n条alu组合逻辑链按顺序编号，每条alu组合逻辑链包括：多路选择器与alu，alu组合逻辑链在模式切换信号控制下切换压力模式与测试模式，模式切换信号由控制状态机产生；

5、在压力模式下，alu的两个输入端通过多路选择器选择输入压力产生模块产生的压力输入，alu的控制端由控制状态机随机赋予功能码，alu的输出端输出至采样计数模块；

6、在测试模式下，alu的控制端由控制状态机固定功能码，alu的一个输入端通过多路选择器选择输入高电平输入，alu的另一个输入端通过多路选择器选择输入反馈输入，反馈输入的最后一位设置为输出的最后一位的取反结果、其余位均为低电平， alu的输出端输出至采样计数模块，高电平输入与反馈输入由控制状态机提供。

7、进一步的，压力生成模块由线性反馈移位寄存器构成，线性反馈移位寄存器生成随机数，并与高电平、低电平按照预设比例组成压力输入，通过调节预设比例使压力输入的信号概率动态可调，为每条alu组合逻辑链提供不同压力输入。

8、进一步的，采样计数模块包括：寄存器与计数器，在测试模式下，寄存器将alu的输出作为时钟信号，通过计数器记录寄存器的输出翻转次数，作为环形振荡器的振荡频率信息；采样结束后，计数器清零并将alu组合逻辑链的编号与计数值一起保存到存储器中。

9、进一步的，状态控制机的控制周期包括n个子周期，对n条alu组合逻辑链依次进行采样，得到计数值；每个子周期内，状态控制机控制alu组合逻辑链依次执行压力模式与测试模式，并在测试模式下控制采样计数模块完成采样。

10、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

11、本发明提供一种基于alu的行为传感器，以alu为主体搭建环形振荡器，能够更加准确的描述被测电路的行为，在不影响被测电路的功能的情况下，描述被测电路在制造工艺下的行为情况，为人工智能模型提供更加丰富、准确的行为数据，使人工智能模型能够更加准确的预测被测电路的老化情况；相比于现有行为传感器，本发明提供的基于alu的行为传感器对soc芯片侵入性更低，对soc芯片的行为监测能力更强、准确度更高；并且，本发明提供的信息更多，有益于人工智能模型训练。

技术特征：

1.一种基于alu的行为传感器，其特征在于，包括：压力产生模块、alu组、状态控制机、采样计数模块与存储器；alu组包括：若干条alu组合逻辑链，每条alu组合逻辑链在压力模式下配置成为压力传感器、在测试模式下配置成为环形振荡器，用以模拟被测电路的行为状态；压力产生模块为压力传感器提供压力输入，且每条alu组合逻辑链的压力输入均不相同；采样计数模块对环形振荡器的振动频率信息进行采样，并储存在存储器中；状态控制机用于控制alu组与采样计数模块。

2.根据权利要求1所述基于alu的行为传感器，其特征在于，alu组包括：n条alu组合逻辑链，n≥10；n条alu组合逻辑链按顺序编号，每条alu组合逻辑链包括：多路选择器与alu，alu组合逻辑链在模式切换信号控制下切换压力模式与测试模式，模式切换信号由控制状态机产生；

3.根据权利要求1所述基于alu的行为传感器，其特征在于，压力生成模块由线性反馈移位寄存器构成，线性反馈移位寄存器生成随机数，并与高电平、低电平按照预设比例组成压力输入，通过调节预设比例使压力输入的信号概率动态可调，为每条alu组合逻辑链提供不同压力输入。

4.根据权利要求1所述基于alu的行为传感器，其特征在于，采样计数模块包括：寄存器与计数器，在测试模式下，寄存器将alu的输出作为时钟信号，通过计数器记录寄存器的输出翻转次数，作为环形振荡器的振荡频率信息；采样结束后，计数器清零并将alu组合逻辑链的编号与计数值一起保存到存储器中。

5.根据权利要求1所述基于alu的行为传感器，其特征在于，状态控制机的控制周期包括n个子周期，对n条alu组合逻辑链依次进行采样，得到计数值；每个子周期内，状态控制机控制alu组合逻辑链依次执行压力模式与测试模式，并在测试模式下控制采样计数模块完成采样。

技术总结本发明属于电数字数据处理领域，提供一种基于ALU的行为传感器，为用于SoC芯片老化预测的人工智能模型提供更加准确的行为数据。本发明包括：压力产生模块、ALU组、状态控制机、采样计数模块与存储器，ALU组包括若干条ALU组合逻辑链，每条ALU组合逻辑链在压力模式下配置成为压力传感器、在测试模式下配置成为环形振荡器，用以模拟被测电路的行为状态；压力产生模块为压力传感器提供压力输入，采样计数模块对环形振荡器的振动频率信息进行采样，并储存在存储器中；状态控制机用于控制ALU组与采样计数模块。本发明以ALU为主体搭建环形振荡器，能够更准确的描述被测电路的行为，且具有侵入性低、监测能力较强的优点。技术研发人员：解维坤,王厚军,戴志坚,黄乐天,杨万渝,粱一凡,邓可为受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9