专利名称：半导体器件的寿命的动态估算的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及半导体器件，更具体而言，涉及确定这种器件的预期寿命。
背景技术：
半导体器件的寿命(S卩，其无故障工作时间)的测量涉及当前和未来的工艺，因为晶体管和其他结构将变得更小，退化得更快。现有的预测这种器件的寿命的方法是静态方 法，其在温度、电压和频率方面针对整个器件寿命假设固定条件。然而，其动态特性可能与所假设的固定条件相差悬殊。此外，集成电路(IC)内的每一资源都在不同的条件下工作，因而对于不同的资源将产生不同的寿命。器件寿命一代一代缩短。此外，寿命取决于诸如不同的工作电压和温度的实际工作参数以及不同技术的缩放(scaling)趋势。这一逐渐缩短的寿命源自若干退化源电迁移、应力迁移、时间相关介质击穿(TDDB)、负偏置温度不稳定性(NBTI)和热循环。假设由这些因素导致的故障率均匀地分布在五个源上。通常将这一故障率称为故障时间比(failures in time，FIT)，即，IO9小时内的预期故障数量。可以采用FIT值获得作为1/FIT的平均无故障时间(MTTF)，这是业内通常采用的测度。对于任何技术而言，均可以通过假设在固定条件(例如，温度、电压、频率和利用率)下稳态运行而获得MTTF。然而，温度、电压、频率和利用率都会随着电路寿命而变化，因而稳态机制无法准确预测器件的寿命。因此，有必要改进寿命测量。
图I是根据本发明的一个实施例的处理器的方框图；图2是根据本发明的另一实施例的处理器的方框图；图3是根据本发明的一个实施例的方法的流程图；图4是根据本发明的一个实施例控制资源的流程图；图5是根据本发明的实施例的多处理器系统的方框图。
具体实施例方式在各个实施例中，可以执行对诸如处理器、存储器控制器和其他功能单元的半导体器件的剩余寿命的动态估算。可以在每个器件(例如，集成电路(IC))的基础上或者在更细粒度的基础上进行动态寿命估算。例如，在用于处理器的实施例中，可以在多内核处理器中在每个内核的基础上进行寿命估算。此外，在其他实施方式中，可以在每个块的基础上进行寿命估算，例如，在每个功能单元、高速缓存结构、寄存器堆或者其他块的基础上进行寿命估算。寿命估算可以既考虑器件的工作时间，又考虑器件处于空闲状态的时间。通过这种方式，可以确定剩余寿命的精确估算。如以下将进一步讨论的那样，可以按照周期性间隔执行对器件的使用情况或者所谓的里程(mileage)的判断，从而使寿命估算可以准确地反映器件的动态工作条件。此外，在各个间隔处，可以将所确定的里程与器件寿命的静态估算进行比较。通过这种方式，可以有规则地判定所估算的剩余寿命。利用这一估算的剩余寿命，可以按照(例如)延长其寿命的方式，或者按照在考虑剩余器件能力的情况下通过控制器件来改善或者延续其性能的方式对器件加以控制。现在参考图1，其示出根据本发明的实施例的处理器的方框图。如图I所示，处理器10可以是具有第一内核(即内核A) 20和第二内核(B卩，内核B) 30的双内核处理器。尽管在图I的实施例中示出了双内核，但是应当理解，本发明的范围不受这样的限制，在其他实施例中，单内核或者多内核处理器也可以利用本发明的实施例。 仍然参考图I，所示出的第一内核20包括各种块，所述块包括一个或多个执行单元22、一个或多个寄存器堆24以及一个或多个高速缓存26。当然，指定的内核架构可以包括额外的块，例如，存储器类结构(寄存器堆、高速缓存、队列等)和其他组合电路(执行单元、解码逻辑等)。在各个实施例中，执行单元22可以采取各种形式并且可以例如包括一个或多个标量处理单元，例如，整数单元和浮点单元。此外，一个或多个单指令多数据(SIMD)单元可以连同诸如地址生成单元等其他功能单元一起存在。此外，第一内核20包括例如可以为微控制器的控制器28。控制器28可以用于执行根据本发明的实施例的动态寿命估算方法。此外，在一些实施例中，控制器28还可以至少基于所确定的估算剩余寿命控制执行单元22的操作，在下文中将对其做进一步讨论。第一内核20还包括测量内核的工作参数的多个传感器。在图I所示的实施例中，每一块包括其自己的传感器。相应地，传感器21与执行单元22相关联，传感器23与寄存器堆24相关联，传感器25与高速缓存26相关联。尽管示出了这些相关传感器，但是应当理解，在不同的实施方式中可以存在更多或者更少的传感器。此外，所述传感器可以具有相同或者不同的类型。例如，在一个实施例中，这些传感器中的每一个可以是诸如基于二极管的传感器的温度传感器。在其他实施例中，还可以存在其他工作参数传感器，例如，电流传感器、电压传感器等。此外，如图I所示，控制器28包括存储器27，例如，其可以是用于动态存储所确定的寿命估算信息的非易失性存储器。此外，在一些实施例中，存储器27可以包括用于执行根据本发明的实施例的动态寿命测量方法的微码。在这样的实施例中，如果控制器28不包括单独的用于计算里程的逻辑，则控制器28可以控制执行单元22中的一个或多个的操作，以执行微码。处理器10还可以包括耦合到两个内核的高速缓冲存储器40。而高速缓冲存储器40又可以耦合到存储器控制器集线器(MCH) 50，所述存储器控制器集线器提供高速缓冲存储器40和诸如处理器10与其耦合的系统存储器的存储器分级体系的其他部分之间的控制和通信。尽管在图I中为了便于举例说明没有示出，但是应当理解，第二内核30可以包括与第一内核20所示的结构相类似的结构。当然，其他实施方式也是可能的。例如，代替每一内核内的专用控制器，可以在处理器内存在单个控制器，以接收来自多个内核的工作参数信息，并且基于所述信息确定估算剩余寿命。此外，在一些实施例中，控制器28可以包括其自己的处理能力，从而根据从各个传感器接收的信息确定估算剩余寿命。然而，作为替代，在其他实施方式中，控制器28可以控制其相关内核的流水线(pipeline)，从而清除未决操作，并提供用于在内核的资源上执行的代码，以实现对估算剩余寿命的动态测量。尽管在这里是在多内核环境下进行了说明，但是可以将本发明的实施例应用于任何其温度、电压和频率受到监视的器件。现在参考图2，其示出了根据本发明的另一实施例的处理器的方框图。如图2所示，处理器100又可以是多内核处理器，更具体而言，可以使双内核处理器。然而，在该实施例中，存在专用控制器160以处理对于处理器100内的资源的估算剩余寿命的确定。如图2所示，处理器100包括第一内核(B卩，内核A) 120和第二内核(B卩，内核B)130。此外，与以上针对图I所进行的描述相似，处理器100包括耦合到内核的高速缓冲存储器140，所述高速缓冲存储器140又经由MCH 150耦合到(例如)处理器100所处的系统 的正面总线(FSB)。在其他实施例中，可以经由一个或多个点对点互连将处理器100耦合到诸如存储器、芯片组等的其他部件。第一内核120包括一个或多个执行单元122、一个或多个寄存器堆124以及一个或多个高速缓存126。尽管在图2的实施例中示出了这些具体的块，但是应当理解在其他实施例中可以存在更多或者按不同方式布置的块。此外，第一内核120包括传感器128，其可以是用于测量第一内核120的工作参数的单个传感器。例如，传感器128可以是用于测量内核的温度的温度传感器。当然，在其他实施方式中，在第一内核120内可以存在其他传感器，包括位于各个功能块内或者与其紧密相关的传感器。第二内核130可以包括类似的部件。因而，在图2的实施例中，控制器160于是可以接收来自传感器128以及位于第二内核130内或与之相关的一个或多个类似传感器的工作参数信息。基于该信息，控制器160可以为每一个内核确定估算剩余寿命。还可以将这样的独立的确定结合起来，以提供与处理器100的整体相关的信息。控制器160还可以包括存储器165，其可以是用于存储与里程和估算剩余寿命相关的最新信息的非易失性存储器。或者，可以将这样的信息存储在系统的另一位置中，例如，存储在另一非易失性存储器中。注意，尽管图I和图2示出了控制器和相关传感器的具体配置，但是应当理解，在不同的实施例中，控制器的位置与传感器的位置无关。因此，在一些实施例中，可能存在单个的内核上传感器以及相关的内核上控制器。或者，多个内核上传感器可以与内核外控制器相关联。本发明的各种实施例考虑到了控制器和传感器的这些和其他的这种配置。现在参考图3，其示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。如图3所示，例如，可以通过诸如微控制器的控制器实现方法200，以实施剩余寿命估算。或者，可以通过由通用处理器例如对其进行寿命估算的处理器执行的指令实现方法200。方法200可以从获得器件的工作参数开始(块210)。例如，就用于诸如处理器的半导体器件的实施例而言，可以获得一个或多个工作参数。例如，这些工作参数可以包括实际温度、电压和工作频率，尽管诸如湿度、气压、盐度、强电磁场、辐射、加速度的其他工作参数也是可能的。在一些实施例中，可以基于处理器正在处理的已知信息，而不是基于用于这些参数的传感器来获得电压和频率。相应地，在一些实施例中，仅使用温度传感器来提供相应的工作参数信息。接下来，可以基于工作参数对于指定的时间间隔计算器件的里程(块220)。也就是说，可以计算以器件的实际使用为基础的实际里程或损耗。可以执行不同方式的这种损耗的测量。此外，进行该计算的时间间隔可以变化。在一些实现中，时间间隔可以相对于机器周期较长，但是就实时参数而言较短。例如，时间间隔可以在大约I. O毫秒(ms)和I分钟之间变化，尽管本发明的范围不限于此。在这样的短实时量内，不太可能发生显著的温度、电压或频率变化。利用所计算的里程，可以基于当前估算剩余寿命和所计算的里程确定估算剩余寿命(块230)。也就是说，可以将所存在的系统的当前估算寿命与在最后一个时间间隔上发生的里程进行比较。当前估算寿命可以对应于器件的稳态估算寿命(例如，总寿命)减去所有的计算里程确定(例如，总里程)。因此，可以从当前估算寿命中减去当前里程，以获得新的估算剩余寿命。然后，可以报告并保存这一信息(块240)。例如，可以将所述信息存储在处理器本身的非易失性存储器中，或者可以将其存储在系统的另一非易失性存储器中。
仍然参考图3，接下来可以确定时间间隔是否已经过去(菱形块250)。如果没有，那么菱形块返回其自身。若反之，时间间隔已经过去，那么控制返回至上文讨论的块210。通过这种方式，可以实施实际里程的周期性测量，并且可以连续地更新并报告剩余估算寿命以便在控制机制中使用，如下文将要进一步讨论的那样。当然，也可以采取其他的估算剩余寿命的方式。可以基于剩余估算寿命对系统进行控制，从而相应地调整其特性、工作参数或任务管理。例如，如果确定处理器的一个或多个内核的估算寿命接近结束，则可以使这样的处理器失效，或者可以使内核改变其频率和/或电压。在其他实施例中，系统可以选择向这样的处理器发送工作，从而在其寿命终结之前彻底耗尽其资源。或者可以引导任务远离这样的处理器。因此，在不同的实施例中可能采用这种控制的不同方式。现在参考图4，其示出了根据本发明的实施例控制资源的流程图。如图4所示，方法300可以从接收针对一个或多个处理器资源的估算寿命信息开始(块310)。例如，调度程序(例如，与操作系统(OS)或处理器调度程序相关联的)可以接收根据上文中参考图3描述的方法200的估算寿命彳目息。可以基于这一估算寿命信息确定一个或多个估算寿命(例如，不同处理器资源的)是否处于预定阈值之下(菱形块320)。可以将阈值设置在不同的水平上，在各个实施例中其的范围很宽。如果寿命值不低于阈值，则控制返回至块3 10，在此，所述方法等待估算寿命信息的下一次接收。若反之，如果在菱形块320处，确定寿命估算中的至少一个处于阈值以下，则控制进行至块330。这时，可以相应地控制与减少了的估算寿命相关联的资源(块330)。例如，如上所述，可以使这样的处理器资源失效，例如，整个处理器或者其内核或块，或者可以使所述处理器资源工作在减小的电压和/或频率上，此外还存在其他控制机制。尽管采用图4的实施例中的这一具体实施方式
进行了说明，但是应当理解本发明的范围不限于此。为了确定块的剩余寿命，在各个实施例中可以结合静态和动态信息。在一些实施例中，静态信息可以对应于稳态MTTF，通过确定所述稳态MTTF获得块的预期寿命。在一个实施例中，稳态模型可以用于基于静态温度(Tbase)和电压(Vbase)参数确定指定寿命(MTTFsteady),其中以摄氏度或开氏度为单位测量温度。更具体而言，在该实施例中，可以如下确定整个半导体器件的MTTFsteady
权利要求
1.一种方法，包括 基于至少一个资源的实际里程和静态预测寿命估算所述至少一个资源的动态寿命；以及 基于对于所述至少一个资源获得的动态信息确定所述至少一个资源的实际里程。
2.根据权利要求I所述的方法，还包括按照周期性间隔确定所述实际里程，并将所述实际里程保存在半导体器件的非易失性存储器中。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括确定所述周期性间隔的所述实际里程，并将其与所保存的实际里程累计，从而更新所保存的实际里程。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括如果所述至少一个资源在所述周期性间隔内处于工作状态，则根据第一计算确定所述实际里程，如果所述至少一个资源在所述周期性间 隔内处于非工作状态，则根据第二计算确定所述实际里程。
5.一种半导体设备，包括 一种处理器，包括 至少一个执行指令的资源； 至少一个环境传感器；以及 耦合到所述至少一个环境传感器的逻辑，其用于基于至少一个资源的实际里程和静态预测寿命估算所述至少一个资源的动态寿命，并且基于对于所述至少一个资源获得的动态信息确定所述至少一个资源的实际里程； 基于所估算的动态寿命控制所述处理器的控制器。
6.根据权利要求5所述的半导体设备，其中所述逻辑用于按照周期性间隔确定所述实际里程，并将所述实际里程保存在所述半导体设备的非易失性存储器中。
7.根据权利要求6所述的半导体设备，其中所述逻辑用于确定所述周期性间隔的所述实际里程，并将其与所保存的实际里程累计，从而更新所保存的实际里程。
8.根据权利要求5所述的半导体设备，其中所述逻辑用于如果所述至少一个资源在所述周期性间隔内处于工作状态，则根据第一计算确定所述实际里程，如果所述至少一个资源在所述周期性间隔内处于非工作状态，则根据第二计算确定所述实际里程。
9.一种半导体系统,包括 执行指令的第一处理器，所述第一处理器包括 至少一个执行指令的资源；以及 至少一个热监视器； 耦合到所述至少一个热监视器的第一控制器，其用于基于从所述至少一个热监视器获得的动态信息确定所述至少一个资源的实际里程； 耦合到所述执行指令的第一处理器的第二处理器； 耦合到所述第一处理器和第二处理器的第二控制器，其用于接收来自所述第一控制器的所述实际里程，并且基于所述实际里程至少对所述第一处理器的使用情况进行控制；以及 耦合到所述第一处理器和所述第二处理器的动态随机存取存储器(DRAM)。
10.根据权利要求9所述的半导体系统，其中所述第一控制器用于按照周期性间隔确定所述实际里程，并将所述实际里程保存在所述半导体系统的非易失性存储器中。
11.根据权利要求10所述的半导体系统，其中所述第一控制器用于确定所述周期性间隔的所述实际里程，并将其与所保存的实际里程累计，从而更新所保存的实际里程。
12.根据权利要求9所述的半导体系统，其中所述第一控制器用于如果所述至少一个资源在所述周期性间隔内处于工作状态，则根据第一计算确定所述实际里程，如果所述至少一个资源在所述周期性间隔内处于非工作状态，则根据第二计算确定所述实际里程。
全文摘要
在一个实施例中，本发明包括一种方法，所述方法用于获得诸如处理器的半导体器件的动态工作参数信息，基于动态工作参数信息确定所述器件的整体或者其一个或多个部分的动态使用情况，并且基于动态使用情况动态估算所述器件的剩余寿命。可以根据估算剩余寿命按照所期望的方式控制所述器件。还描述了其他实施例，并要求对其进行保护。
文档编号G06F11/00GK102831019SQ20121024769
公开日2012年12月19日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者X·韦拉, J·阿韦利亚, O·云萨尔, O·埃尔金, A·冈萨雷斯 申请人:英特尔公司