Infocommunications and Radio Technologies Infocommunications and Radio Technologies ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 2587-9936 53544 10.29039/2587-9936.2022.05.4.39 Электроника, фотоника, приборостроение и связь (2.2) ELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONS (2.2) Электроника, фотоника, приборостроение и связь (2.2) Radiation-Hardened VLSI SoC and RAM – Design Features for Bulk Silicon CMOS Technologies Радиационно-стойкие СБИС СнК и ОЗУ — особенности проектирования по КМОП технологиям объемного кремния https://orcid.org/0000-0002-6026-4820 Герасимов Юрий Михайлович Gerasimov Yuriy M. YGerasimov@elvees.com

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-6502-6370 Петричкович Ярослав Ярославович Petrichkovich Yaroslav Ya. market@elvees.com

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 НПЦ «Электронные вычислительно-информационные системы» («ЭЛВИС» ) Москва Россия SPC “Electronic Computing and Information Systems” (“ELVIS”), JSC Moscow Russian Federation НПЦ «Электронные вычислительно-информационные системы» («ЭЛВИС» ) Москва Россия SPC “Electronic Computing and Information Systems” (“ELVIS”), JSC Moscow Russian Federation 21 10 2022 21 10 2022 5 4 548 569 19 05 2022 05 06 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/53544/view

Проанализировано влияние различных видов излучения и тяжелых ядерных частиц (ТЧ) на СБИС, изготавливаемых по КМОП технологиям объемного кремния (ОК) уровня 250—90 нм. Разработаны и аттестованы на тестовых кристаллах (ТК) конструктивно-топологические и схемотехнические решения элементов цифровых библиотек, сложно-функциональных (СФ) блоков ОЗУ и периферийных блоков смешанного сигнала для проектирования радиационно-стойких СБИС типа «система-на-кристалле» (СнК) и ОЗУ категории РС2 (изделия с повышенным уровнем радиационной стойкости). Получила дальнейшее развитие методология радиационно-стойкого проектирования (РСП). Для средств САПР создана среда проектирования СБИС категории РС2 для изготовления на российских фабриках по доступным КМОП технологиям ОК. На основе данной среды проектирования созданы конкурентоспособные радиационно-стойкие высокопроизводительные процессорные КМОП СБИС СнК и СБИС ОЗУ. Базовые технические решения защищены патентами РФ.

The effect of various types of radiation and heavy nuclear particles on VLSI fabricated using CMOS technologies for bulk silicon at a level of 250–90 nm is analyzed. Developed and certified on test crystals (TC) are constructive-topological and circuit solutions for elements of digital libraries, complex-functional RAM blocks and peripheral mixed-signal blocks for designing radiation-hardened VLSI of the “system-on-chip” (SoC) type and RAM of category RT (products with an increased level of radiation resistance). The methodology of radiation-hardened by design (RHBD) has been further developed. For CAD tools, a design environment for VLSI of the RT category was created for manufacturing at Russian factories using available CMOS bulk technologies. Based on this design environment, competitive radiation-hardened high-performance processor CMOS VLSI SoC and VLSI RAM were created. Basic technical solutions are protected by RF patents.

 объемный кремний эффект «защелкивания» радиационная стойкость радиационно-стойкое проектирование сложно-функциональный блок СБИС «система-на-кристалле» СБИС ОЗУ тяжелые ядерные частицы bulk silicon latch up radiation hardness radiation-hardened design smart-functional block VLSI system-on-a-chip VLSI RAM heavy nuclear particles Работа выполнена за счет собственных средств АО НПЦ «ЭЛВИС»

Никифоров А. Ю., Телец В. А., Бойченко Д. В. Требования радиационной стойкости - экзотика для гурманов или гарантия наличия и технического уровня результата разработки для всех категорий потребителей ЭКБ? // Наноиндустрия. 2018. № S (82). С. 39-41. A. Y. Nikiforov, V. A. Telets, and D. V. Boychenko, “Radiation Hardness Requirements - the Exotica for Gourmets or a Guarantee of the Design Result Success and High Technical Level for all Categories of Consumers?,” Nanoindustry Russia, pp. 39-41, 2018, doi: 10.22184/1993-8578.2018.82.39.41. (In Russ). Радиационно-стойкое проектирование высокопроизводительных нанометровых КМОП СБИС «система-на-кристалле» / Ю. М. Герасимов и др. // Инфокоммуникационные и радиоэлектронные технологии. 2019. Т. 2, № 1. С.33-51. Y. M. Gerasimov, N. G. Grigoryev, A. V. Kobylyatskiy, Ya. Ya. Petrichkovich, and T. V. Solokhina, “Radiation-Hardening-By-Design of the High-Performance CMOS Nanometer System-on-chip,” Infocommunications and Radio Technologies, vol. 2, no. 1, pp. 33-51, 2019, doi: 10.15826/icrt.2019.02.1.04. (In Russ). Герасимов Ю. М., Григорьев Н. Г., Петричкович Я. Я. Радиационно-стойкое проектирование нанометровых КМОП СБИС : реалии и мифы // Наноиндустрия. 2020. Том 13, № S5-2 (102). С. 319-324. Yu. M. Gerasimov, N. G. Grigoryev, and Ya. Ya. Petrikovich, “Radiation Hardened by Design of Nanometer CMOS VLSI: Reality and Myths,” Nanoindustry Russia, vol. 13, no. 5s, pp. 319-324, Dec. 2020, doi: 10.22184/1993-8578.2020.13.5s.319.324. (In Russ). От первых КМОП транзисторов до радиационно-стойких нанометровых КМОП СБИС СнК / Ю. М. Герасимов и др. // Наноиндустрия. 2019. № S (89). С. 268-274. Yu. M. Gerasimov, N. G. Grigoryev, A. V. Kobylyatskiy, Ya. Ya. Petrikovich, and T. V. Solokhina, “From the First CMOS Transistors to the Radiation-Hardened Nanometer CMOS Systems-on-Chip,” Nanoindustry Russia, vol. 13, no. 5s, pp. 268-274, 2019, doi: 10.22184/NanoRus.2019.12.89.268.274. (In Russ). Радиационная стойкость изделий ЭКБ / под ред. А. И. Чумакова. М. : НИЯУ МИФИ, 2015. 512 с. Radiation resistance of ECB products, / ed. A. I. Chumakov, Moscow: MEPhI, 2015. (In Russ). Чумаков А. И. Действие космической радиации на интегральные схемы. М. : Радио и связь, 2004. 320 с. A. I. Chumakov, Action of space radiation on integrated circuits, Moscow: Radio i svyaz’, 2004. (In Russ). Тестовые кристаллы для расчетно-экспериментальной оценки радиационной стойкости нанометровых КМОП СБИС СнК / Ю. М. Герасимов и др. // Наноиндустрия. 2019. № S (89). С. 202-210. Yu. M. Gerasimov, N. G. Grigoryev, A. V. Kobylyatskiy, and Ya. Ya. Petrikovich, “Test Chips for Experiment-Based Radiation Hardness Calculation of Nanometer Systems-on-Chip,” Nanoindustry Russia, pp. 202-210, 2019, doi: 10.22184/NanoRus.2019.12.89.202.210. (In Russ). Пат. 2674415 (РФ). Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных метал-окисел-полупроводник транзисторах / Герасимов Ю. М. и др. Опубл. в Б. И., 2018. № 34. Yu. M. Gerasimov, N. G. Grigoryev, A. V. Kobylyatskiy, and Ya. Ya. Petrikovich, pat. no. 2674415 (RF), “Radiation-resistant library of elements on complementary metal-oxide-semiconductor transistors, published in Bulletin of Inventions,” no. 34, 2018. (In Russ.). Modeling of Single Event Transients With Dual Double-Exponential Current Sources: Implications for Logic Cell Characterization / D. A. Black et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2015. Vol. 62, no. 4. P. 1540-1549. D. A. Black, W. H. Robinson, I. Z. Wilcox, D. B. Limbrick, and J. D. Black, “Modeling of Single Event Transients With Dual Double-Exponential Current Sources: Implications for Logic Cell Characterization,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 62, no. 4, pp. 1540-1549, Aug. 2015, doi: 10.1109/tns.2015.2449073. Messenger G. C. Collection of charge on junction nodes from ion tracks // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1982. Vol. 29, no. 6. P. 2024-2031. G. C. Messenger, “Collection of Charge on Junction Nodes from Ion Tracks,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 29, no. 6, pp. 2024-2031, Dec. 1982, doi: 10.1109/tns.1982.4336490. Single event transient pulsewidths in digital microcircuits / M. J. Gadlage et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2004. Vol. 51, no. 6. P. 3285-3290. M. J. Gadlage et al., “Single event transient pulse widths in digital microcircuits,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 51, no. 6, pp. 3285-3290, Dec. 2004, doi: 10.1109/tns.2004.839174. Zoutendyk J. A., Smith L. S., Soli G. A. Experimental evidence for a new single-event upset (SEU) mode in CMOS SRAM obtained from model verification // IEEE Trans. on Nucl. Sci. 1987. Vol. NS-34, no. 6. P. 1292-1299. J. A. Zoutendyk, L. S. Smith, G. A. Soli, and R. Y. Lo, “Experimental Evidence for a New Single-Event Upset (SEU) Mode in a CMOS SRAM Obtained from Model Verification,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 34, no. 6, pp. 1292-1299, 1987, doi: 10.1109/tns.1987.4337468. Особенности проектирования сбоеустойчивых, сверхбыстродействующих логических цепей КМОП СБИС СнК / Ю. М. Герасимов и др. // Наноиндустрия. 2020. № S (96). Ч. I. С. 220-228. Yu. M. Gerasimov, N. G. Grigoryev, A. V. Kobylyatskiy, Ya. Ya. Petrikovich, and D. K. Sergeev, “High-Speed Heavy-Ion Tolerant CMOS Logic Circuit Design Features,” Nanoindustry Russia, vol. 96, no. 3s, pp. 220-228, Jun. 2020, doi: 10.22184/1993-8578.2020.13.3s.220.228. (In Russ.). Пат. 2692307 (РФ). Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах / Ю. М. Герасимов и др. Опубл. в Б. И. 2019. № 18. Yu. M. Gerasimov, N. G. Grigoryev, A. V. Kobylyatskiy, and Ya. Ya. Petrikovich, patent no. 2692307 (RF). “Radiation-resistant memory element for static RAM based on complementary metal-oxide-semiconductor transistors,” published in Bulletin of Inventions, no 18, 2019. (In Russ). Радиационно-стойкое КМОП статическое ОЗУ 16 Мбит 1657РУ2У / Ю. М. Герасимов и др. // Наноиндустрия. 2020. № S (96). Ч. I. С.169-174. Yu. M. Gerasimov, N. G. Grigoryev, A. V. Kobylyatskiy, and Ya. Ya. Petrikovich, “Radiation-Hardened CMOS SRAM 16MBIT 1657RY2Y,” Nanoindustry Russia, vol. 96, no. 3s, pp. 169-174, May 2020, doi: 10.22184/1993-8578.2020.13.3s.169.174. (In Russ.). Пат. 2763038 (РФ) Управляемый напряжением блок кольцевых генераторов на комплементарных метал-окисел-полупроводник (КМОП) транзисторах / В. Д. Байков и др. Опубл. в Б. И. 2022. № 36. V. D. Baykov, Yu. M. Gerasimov, Ya. Ya. Petrikovich, and N. Yu. Rannev, pat. no. 2763038 (RF), “Voltage Controlled Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) Ring Oscillator Unit,” published in Bulletin of Inventions, no 36, 2022. (In Russ). A Single-Event-Hardened Phase-Locked Loop Fabricated in 130 nm CMOS / T. D. Loveless et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2007. Vol. 54, no. 6. P. 2012-2020. T. D. Loveless et al., “A Single-Event-Hardened Phase-Locked Loop Fabricated in 130 nm CMOS,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 54, no. 6, pp. 2012-2020, Dec. 2007, doi: 10.1109/tns.2007.908166.