多核处理器硅后调试技术研究最新进展

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1、第３０卷第２期计算机应用研究Ｖｏｌ３０Ｎｏ２２０１３年２月ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓＦｅｂ２０１３多核处理器硅后调试技术研究最新进展１２高建良，韩银和（１．中南大学信息科学与工程学院，长沙４１００８３；２．中国科学院计算技术研究所，北京１００１９０）摘要：针对多核处理器硅后调试技术进行综述和分析。首先，介绍了多核处理器硅后调试技术面临的困难，特别是非确定性错误带来的新挑战；然后，概括介绍了国内外多核处理器硅后调试研究的最新进展，并分析了已有方法存在的问题

2、；最后，对多核处理器硅后调试研究热点和趋势进行了分析，并指出该领域未来可能的研究方向。关键词：多核处理器；硅后调试；非确定性错误中图分类号：ＴＰ３９１．４１文献标志码：Ａ文章编号：１００１３６９５（２０１３）０２０３２１０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３６９５．２０１３．０２．００１Ｓｕｒｖｅｙｏｎｐｏｓｔｓｉｌｉｃｏｎｄｅｂｕｇｆｏｒｍｕｌｔｉｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ１２ＧＡＯＪｉａｎｌｉａｎｇ，ＨＡＮＹｉｎｈｅ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳ

3、ｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｒｖｅｙｅｄｔｈｅｐｏｓｔｓｉｌｉｃｏｎｄｅｂｕｇｏｆｕｎｃｅｒｔａｉｎｂｕｇｓｉｎｍｕｌｔｉｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｔｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｃｈａｌ

4、ｌｅｎｇｅｓｏｆｄｅｂｕｇｇｉｎｇｍｕｌｔｉｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｕｎｃｅｒｔａｉｎｂｕｇｓ．Ｔｈｅｎ，ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅａｒｔｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｐｏｓｔｓｉｌｉｃｏｎｄｅｂｕｇｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈｅｈｏｔｔｏ

5、ｐｉｃｓｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ｐｏｓｔｓｉｌｉｃｏｎｄｅｂｕｇ；ｕｎｃｅｒｔａｉｎｂｕｇ硅后阶段的错误随之增多。图１为Ｉｎｔｅｌ公司五款处理器发!研究背景现的设计错误分布情况。２０００—２００５年平均每月发现１２［８］个错误，而２００６—２００８年平均每月发现３５个错误，而且集成电路在流片前主要通过硅前验证（ｐｒｅｓｉｌｉｃｏｎｖｅｒｉｆｉｃ

6、ａ这其中还未包括电气错误。近年来，多核处理器已经成为处ｔｉｏｎ）来保证正确性，而流片后则通过硅后调试（ｐｏｓｔｓｉｌｉｃｏｎｄｅ理器体系结构新一轮变革的主流方向。而多核处理器的调ｂｕｇ）进一步保证芯片的正确性。经过多年的研究与应用，硅前试受限于对设计内部状态的观测不透明性和不确定性因素，［１］验证为集成电路的正确性提供了强大的支持。但是随着集所面临的调试困难非常之大，如Ｉｎｔｅｌ公司有超过三分之一的成新体系结构的提出、电路规模的增大以及验证时间的制约，［９］成本花费在硅后调试上。仅通过硅前

7、验证越来越难以保证在流片前发现所有的错误（ｂｕｇ）。而且，随着制造工艺的发展，芯片中的电气错误难以［２］避免，这也是硅前验证无法处理的。集成电路调试就是在硅后阶段发现并定位遗留在芯片中的错误以保证量产芯片的正确性。随着工艺的发展和设计复杂度的增加，硅后调试在集成电路设计中越来越受到重视。对于一款新设计的芯片而言，［３］硅后调试已经占到开发周期的３５％以上。尽管如此，还是［４］有错误未被发现而进入量产芯片之中，则会造成巨大损失。例如２０１１年１月Ｉｎｔｅｌ公司就曾宣布全球范围内召回一款存［５］在错

8、误的芯片组。因此，研究更有效的调试技术已经成为目前，内部信号的可观测性是多核处理器调试面临的最大集成电路发展的迫切需要。挑战之一，而非确定性错误是导致可观测性差的一个重要因作为一种复杂的集成电路芯片，多核处理器同样受到了素。非确定性错误是指触发时间、空间和效果具有不确定性的［６］验证的困扰。随着多核处理器规模越来越大，功能和结构错误，在调试中表现为难以重现甚至无法重现。多核处理器的［７］日益复杂，硅后调试也面临着更大的挑战。单位面积上晶并行环境十分复杂，系统不确定因素非常多，如各种Ｉ／Ｏ操作、体