Com o avanço da tecnologia de fabricação de chips o atraso em fios globais será maior que o atraso em portas lógicas. Além disso, fios globais longos são mais suscetíveis a problemas de integridade como crosstalk. Uma proposta recente de interconnecção global chamada redes intra-chip reduz essas limitações referentes a fios longos. Além dessas vantagens, redes intra-chip permitem desacoplar comunicação e computação, dividindo um sistema em sub tarefas independentes. Devido as essas vantagens é possível integrar mais lógica em um chip que usa redes intra-chip. Entretanto, o acréscimo de lógica no chip aumenta o custo de teste. Os módulos do chip precisam de mecanismos para transportar dados de teste, que são tipicamente barramentos usados exclusivamente para teste. Entretanto, como mencionado anteriormente, fios globais são caros e acrescentar barramentos de teste pode não ser possível em um futuro próximo. Por outro lado, uma rede intra-chip tem acesso a maioria dos módulos do chip. Esta rede pode ser usada para transportar dados de teste, evitando o acréscimo de barramentos dedicados ao teste. O objetivo dessa tese é estudar o uso de redes intra-chip para o transporte de dados de teste, enfatizando uma abordagem genérica que possa ser aplicada a uma dada rede. Para tanto, essa tese foi divida em três partes: modelos, projeto, e otimização. A tese propõe um modelo funcional de rede que é compatível com a maioria das recém propostas redes intra-chip. O modelo de teste, baseado no modelo funcional da rede, compreende o conjunto de informações necessárias para otimizar a arquitetura de teste. A arquitetura de teste, por sua vez, consiste de lógica para teste e algoritmo de otimização. A lógica de teste compreende lógica para ATE interface e lógica envoltória para módulos de hardware. Os algoritmos otimizam o tempo de teste e a área de lógica de teste no nível dos módulos e no nível do chip. Uma arquitetura convencional de teste de SoCs baseada em barramento de teste dedicado foi comparada com a arquitetura proposta para SoCs baseados em redes intra-chip. Os resultados apontam que o tempo de teste do SoC com a arquitetura proposta aumenta em média 5%. Os resultados também mostram que a lógica de teste da arquitetura proposta é cerca de 20% maior que na arquitetura de teste convencional. Por outro lado, o fluxo de projeto baseado na arquitetura de teste proposta é mais simples que a convencional. Além disso, a arquitetura proposta reduz o nÚmero de fios globais em torno de 20% a 50% para SoCs complexos. Estes resultados demonstram que a arquitetura proposta é melhor para sistemas complexos com um grande nÚmero de módulos. / With the advance of microchip technology, global and long wires will cost more in terms of delay than in terms of logic gates. ln addition, long wires are more susceptible to signal integrity problems such as crosstalk. A recently proposed global interconnect called network-on-chip alleviates the limitation of long wires. Moreover, on-chip networks allow decoupling communication and computation to divide a complete system into manageable and independent sub tasks. Thus, it is possible to integrate more logic into the chip using network-on-chip. However, the complexity growth of cores also increases the test costs since more logic is embedded into a single chip. These embedded cores need a test access mechanism for test data transportation, typically implemented as test-dedicated buses. As mentioned before, global wires are expensive, then, adding test buses may not be feasible in the near future. On the other hand, the on-chip network has access to most cores of the chip. This network could be used also for test data transportation, avoiding additional test-dedicated buses. The goal of this thesis is to study the reuse of on-chip networks for test data transportation, looking for a general reuse approach that can be easily used in a given network. To reach this goal, the thesis is divided in three parts: models, design, and optimization. This thesis proposes a functional model of a network, compatible with most recently proposed best-effort on-chip networks. Based on this functional model, a test model is devised. The test model comprises of a set of necessary and sufficient information required to optimize the test architecture. The test architecture consists of DfT logic and scheduling algorithm. The design of DfT logic comprises adaptation logic for the external tester and test wrappers for the modules. The optimization procedure, focused on mesh-based best-effort NoCs, schedules test data such that the chip test length and DfT silicon are a are minimized. A conventional SoC test architecture based on test-dedicated buses is compared to the proposed approach for best-effort NoCs. The experimental results show that SoC test length has increased 5% on average. The results have also shown that the are a overhead for proposed DfT is around +20% compared to the silicon area to implement the DfT of a convehtional test architecture. On the other hand, we have also presented a simpler design fiow and 20% to 50% of global wiring savings due to the use of NoC for test data transportation. The results corroborate with the conclusion that the proposed NoC reuse is a good approach for complex systems based on a large number of cores and routers.

Com o desenvolvimento da tecnologia CMOS, os circuitos estão ficando cada vez mais sujeitos a variabilidade no processo de fabricação. Variações estatísticas de processo são um ponto crítico para estratégias de projeto de circuitos para garantir um yield alto em tecnologias sub-100nm. Neste trabalho apresentamos uma técnica de medida on-chip para caracterizar violações de tempo de hold de flip-flops em caminhos lógicos curtos, que são geradas por incertezas de borda de relógio em projetos síncronos. Usando um circuito programável preciso de geração de skew de relógio, uma resolução de medida de ~1ps é alcançada para emular condições de corrida. Variações estatísticas de violações de tempo de hold são medidas em tecnologias CMOS de 130nm e 90nm para diversas configurações de circuitos, e também para diferentes condições de temperatura e Vdd. Essas violações são um ponto crítico em projetos grandes com milhares de caminhos curtos, pois se apenas um desses caminhos falhar, todo o circuito não vai funcionar em qualquer freqüência. Usando os resultados medidos, a variabilidade é dividida entre sistemática e randômica residual usando métodos matemáticos. Testes de normalidade são aplicados a estes dados para verificar de eles são Gaussianos normais ou não. A probabilidade de violações de tempo de hold considerando nossos resultados medidos e skews de relógio típicos é calculada, mostrando que o problema de violações de tempo de hold aumenta com o avanço da tecnologia. Finalmente, um algoritmo para proteger circuitos digitais contra violações de tempo de hold em caminhos curtos é apresentado. / With the shrinking of CMOS technology, the circuits are more and more subject to variability in the fabrication process. Statistical process variations are a critical issue for circuit design strategies to ensure high yield in sub-100nm technologies. In this work we present an on-chip measurement technique to characterize hold time violations of flip-flops in short logic paths, which are generated by clock-edge uncertainties in synchronous designs. Using a precise programmable clock-to-data skew generation circuit, a measurement resolution of ~1ps is achieved to emulate race conditions. Statistical variations of hold time violations are measured in a 130nm and 90nm lowpower CMOS technology for various register-to-register configurations, and also different conditions of temperature and Vdd. These violations are a critical issue in large designs with thousands of short paths, as if only one of these fails, the whole circuit will not work at any frequency. Using the measured results, the variability is divided between systematic and random residual using mathematical methods. Normality tests are applied to this data to check if they are normal Gaussians or not. The probability of hold time violations considering our measured data and typical clock skews is calculated, showing that the problem of hold time violations is increasing with technologic advances. Finally, an algorithm to protect digital circuits against hold time violations in short paths is presented.

Com o avanço da tecnologia de fabricação de chips o atraso em fios globais será maior que o atraso em portas lógicas. Além disso, fios globais longos são mais suscetíveis a problemas de integridade como crosstalk. Uma proposta recente de interconnecção global chamada redes intra-chip reduz essas limitações referentes a fios longos. Além dessas vantagens, redes intra-chip permitem desacoplar comunicação e computação, dividindo um sistema em sub tarefas independentes. Devido as essas vantagens é possível integrar mais lógica em um chip que usa redes intra-chip. Entretanto, o acréscimo de lógica no chip aumenta o custo de teste. Os módulos do chip precisam de mecanismos para transportar dados de teste, que são tipicamente barramentos usados exclusivamente para teste. Entretanto, como mencionado anteriormente, fios globais são caros e acrescentar barramentos de teste pode não ser possível em um futuro próximo. Por outro lado, uma rede intra-chip tem acesso a maioria dos módulos do chip. Esta rede pode ser usada para transportar dados de teste, evitando o acréscimo de barramentos dedicados ao teste. O objetivo dessa tese é estudar o uso de redes intra-chip para o transporte de dados de teste, enfatizando uma abordagem genérica que possa ser aplicada a uma dada rede. Para tanto, essa tese foi divida em três partes: modelos, projeto, e otimização. A tese propõe um modelo funcional de rede que é compatível com a maioria das recém propostas redes intra-chip. O modelo de teste, baseado no modelo funcional da rede, compreende o conjunto de informações necessárias para otimizar a arquitetura de teste. A arquitetura de teste, por sua vez, consiste de lógica para teste e algoritmo de otimização. A lógica de teste compreende lógica para ATE interface e lógica envoltória para módulos de hardware. Os algoritmos otimizam o tempo de teste e a área de lógica de teste no nível dos módulos e no nível do chip. Uma arquitetura convencional de teste de SoCs baseada em barramento de teste dedicado foi comparada com a arquitetura proposta para SoCs baseados em redes intra-chip. Os resultados apontam que o tempo de teste do SoC com a arquitetura proposta aumenta em média 5%. Os resultados também mostram que a lógica de teste da arquitetura proposta é cerca de 20% maior que na arquitetura de teste convencional. Por outro lado, o fluxo de projeto baseado na arquitetura de teste proposta é mais simples que a convencional. Além disso, a arquitetura proposta reduz o nÚmero de fios globais em torno de 20% a 50% para SoCs complexos. Estes resultados demonstram que a arquitetura proposta é melhor para sistemas complexos com um grande nÚmero de módulos. / With the advance of microchip technology, global and long wires will cost more in terms of delay than in terms of logic gates. ln addition, long wires are more susceptible to signal integrity problems such as crosstalk. A recently proposed global interconnect called network-on-chip alleviates the limitation of long wires. Moreover, on-chip networks allow decoupling communication and computation to divide a complete system into manageable and independent sub tasks. Thus, it is possible to integrate more logic into the chip using network-on-chip. However, the complexity growth of cores also increases the test costs since more logic is embedded into a single chip. These embedded cores need a test access mechanism for test data transportation, typically implemented as test-dedicated buses. As mentioned before, global wires are expensive, then, adding test buses may not be feasible in the near future. On the other hand, the on-chip network has access to most cores of the chip. This network could be used also for test data transportation, avoiding additional test-dedicated buses. The goal of this thesis is to study the reuse of on-chip networks for test data transportation, looking for a general reuse approach that can be easily used in a given network. To reach this goal, the thesis is divided in three parts: models, design, and optimization. This thesis proposes a functional model of a network, compatible with most recently proposed best-effort on-chip networks. Based on this functional model, a test model is devised. The test model comprises of a set of necessary and sufficient information required to optimize the test architecture. The test architecture consists of DfT logic and scheduling algorithm. The design of DfT logic comprises adaptation logic for the external tester and test wrappers for the modules. The optimization procedure, focused on mesh-based best-effort NoCs, schedules test data such that the chip test length and DfT silicon are a are minimized. A conventional SoC test architecture based on test-dedicated buses is compared to the proposed approach for best-effort NoCs. The experimental results show that SoC test length has increased 5% on average. The results have also shown that the are a overhead for proposed DfT is around +20% compared to the silicon area to implement the DfT of a convehtional test architecture. On the other hand, we have also presented a simpler design fiow and 20% to 50% of global wiring savings due to the use of NoC for test data transportation. The results corroborate with the conclusion that the proposed NoC reuse is a good approach for complex systems based on a large number of cores and routers.

Com o desenvolvimento da tecnologia CMOS, os circuitos estão ficando cada vez mais sujeitos a variabilidade no processo de fabricação. Variações estatísticas de processo são um ponto crítico para estratégias de projeto de circuitos para garantir um yield alto em tecnologias sub-100nm. Neste trabalho apresentamos uma técnica de medida on-chip para caracterizar violações de tempo de hold de flip-flops em caminhos lógicos curtos, que são geradas por incertezas de borda de relógio em projetos síncronos. Usando um circuito programável preciso de geração de skew de relógio, uma resolução de medida de ~1ps é alcançada para emular condições de corrida. Variações estatísticas de violações de tempo de hold são medidas em tecnologias CMOS de 130nm e 90nm para diversas configurações de circuitos, e também para diferentes condições de temperatura e Vdd. Essas violações são um ponto crítico em projetos grandes com milhares de caminhos curtos, pois se apenas um desses caminhos falhar, todo o circuito não vai funcionar em qualquer freqüência. Usando os resultados medidos, a variabilidade é dividida entre sistemática e randômica residual usando métodos matemáticos. Testes de normalidade são aplicados a estes dados para verificar de eles são Gaussianos normais ou não. A probabilidade de violações de tempo de hold considerando nossos resultados medidos e skews de relógio típicos é calculada, mostrando que o problema de violações de tempo de hold aumenta com o avanço da tecnologia. Finalmente, um algoritmo para proteger circuitos digitais contra violações de tempo de hold em caminhos curtos é apresentado. / With the shrinking of CMOS technology, the circuits are more and more subject to variability in the fabrication process. Statistical process variations are a critical issue for circuit design strategies to ensure high yield in sub-100nm technologies. In this work we present an on-chip measurement technique to characterize hold time violations of flip-flops in short logic paths, which are generated by clock-edge uncertainties in synchronous designs. Using a precise programmable clock-to-data skew generation circuit, a measurement resolution of ~1ps is achieved to emulate race conditions. Statistical variations of hold time violations are measured in a 130nm and 90nm lowpower CMOS technology for various register-to-register configurations, and also different conditions of temperature and Vdd. These violations are a critical issue in large designs with thousands of short paths, as if only one of these fails, the whole circuit will not work at any frequency. Using the measured results, the variability is divided between systematic and random residual using mathematical methods. Normality tests are applied to this data to check if they are normal Gaussians or not. The probability of hold time violations considering our measured data and typical clock skews is calculated, showing that the problem of hold time violations is increasing with technologic advances. Finally, an algorithm to protect digital circuits against hold time violations in short paths is presented.

Com o avanço da tecnologia de fabricação de chips o atraso em fios globais será maior que o atraso em portas lógicas. Além disso, fios globais longos são mais suscetíveis a problemas de integridade como crosstalk. Uma proposta recente de interconnecção global chamada redes intra-chip reduz essas limitações referentes a fios longos. Além dessas vantagens, redes intra-chip permitem desacoplar comunicação e computação, dividindo um sistema em sub tarefas independentes. Devido as essas vantagens é possível integrar mais lógica em um chip que usa redes intra-chip. Entretanto, o acréscimo de lógica no chip aumenta o custo de teste. Os módulos do chip precisam de mecanismos para transportar dados de teste, que são tipicamente barramentos usados exclusivamente para teste. Entretanto, como mencionado anteriormente, fios globais são caros e acrescentar barramentos de teste pode não ser possível em um futuro próximo. Por outro lado, uma rede intra-chip tem acesso a maioria dos módulos do chip. Esta rede pode ser usada para transportar dados de teste, evitando o acréscimo de barramentos dedicados ao teste. O objetivo dessa tese é estudar o uso de redes intra-chip para o transporte de dados de teste, enfatizando uma abordagem genérica que possa ser aplicada a uma dada rede. Para tanto, essa tese foi divida em três partes: modelos, projeto, e otimização. A tese propõe um modelo funcional de rede que é compatível com a maioria das recém propostas redes intra-chip. O modelo de teste, baseado no modelo funcional da rede, compreende o conjunto de informações necessárias para otimizar a arquitetura de teste. A arquitetura de teste, por sua vez, consiste de lógica para teste e algoritmo de otimização. A lógica de teste compreende lógica para ATE interface e lógica envoltória para módulos de hardware. Os algoritmos otimizam o tempo de teste e a área de lógica de teste no nível dos módulos e no nível do chip. Uma arquitetura convencional de teste de SoCs baseada em barramento de teste dedicado foi comparada com a arquitetura proposta para SoCs baseados em redes intra-chip. Os resultados apontam que o tempo de teste do SoC com a arquitetura proposta aumenta em média 5%. Os resultados também mostram que a lógica de teste da arquitetura proposta é cerca de 20% maior que na arquitetura de teste convencional. Por outro lado, o fluxo de projeto baseado na arquitetura de teste proposta é mais simples que a convencional. Além disso, a arquitetura proposta reduz o nÚmero de fios globais em torno de 20% a 50% para SoCs complexos. Estes resultados demonstram que a arquitetura proposta é melhor para sistemas complexos com um grande nÚmero de módulos. / With the advance of microchip technology, global and long wires will cost more in terms of delay than in terms of logic gates. ln addition, long wires are more susceptible to signal integrity problems such as crosstalk. A recently proposed global interconnect called network-on-chip alleviates the limitation of long wires. Moreover, on-chip networks allow decoupling communication and computation to divide a complete system into manageable and independent sub tasks. Thus, it is possible to integrate more logic into the chip using network-on-chip. However, the complexity growth of cores also increases the test costs since more logic is embedded into a single chip. These embedded cores need a test access mechanism for test data transportation, typically implemented as test-dedicated buses. As mentioned before, global wires are expensive, then, adding test buses may not be feasible in the near future. On the other hand, the on-chip network has access to most cores of the chip. This network could be used also for test data transportation, avoiding additional test-dedicated buses. The goal of this thesis is to study the reuse of on-chip networks for test data transportation, looking for a general reuse approach that can be easily used in a given network. To reach this goal, the thesis is divided in three parts: models, design, and optimization. This thesis proposes a functional model of a network, compatible with most recently proposed best-effort on-chip networks. Based on this functional model, a test model is devised. The test model comprises of a set of necessary and sufficient information required to optimize the test architecture. The test architecture consists of DfT logic and scheduling algorithm. The design of DfT logic comprises adaptation logic for the external tester and test wrappers for the modules. The optimization procedure, focused on mesh-based best-effort NoCs, schedules test data such that the chip test length and DfT silicon are a are minimized. A conventional SoC test architecture based on test-dedicated buses is compared to the proposed approach for best-effort NoCs. The experimental results show that SoC test length has increased 5% on average. The results have also shown that the are a overhead for proposed DfT is around +20% compared to the silicon area to implement the DfT of a convehtional test architecture. On the other hand, we have also presented a simpler design fiow and 20% to 50% of global wiring savings due to the use of NoC for test data transportation. The results corroborate with the conclusion that the proposed NoC reuse is a good approach for complex systems based on a large number of cores and routers.