In dieser Arbeit wird das Verhalten der Störstrahlung großer Prüflinge untersucht mit dem Ziel, vorhandene Standards für Störstrahlungstests wie CISPR 16 zu verbessern. Diese Arbeit sieht als Standardtestumgebung einen reflektierenden, ausgedehnten Grund vor, auf dem sich der Prüfling befindet. Die Strahlung, die dieser aussendet, wird durch die Verteilung der elektrischen Feldstärke auf einer Testhalbkugel oberhalb des Grunds bewertet. Ihr Zentrum befindet sich am Fußpunkt des Prüflings. Eine solche Halbkugel stellt nahezu gleiche Abstände von etwa der Länge des Kugelradius' zwischen dem Prüfling und den auf ihr definierten Meßpunkten her. Da die Halbkugel geschlossen ist, kann auf ihr das gesamte vom Prüfling nach außen gestrahlte Feld nachgewiesen werden. Meßabstände mit in Normen vorgegebenen Längen sind in der Praxis nicht immer einzuhalten, vor allem dann, wenn sich Prüflinge in einer normalen Betriebsumgebung befinden. In beengten Umgebungen ist es hilfreich, Meßabstände zu verkürzen. Hieraus ergibt sich eine kleinere Testhalbkugel, die sich leichter abtasten läßt. Bei kurzen Meßabständen jedoch können Meßsonden in das Nahfeld des Prüflings ragen. Für diesen Fall werden in dieser Arbeit Feldeigenschaften in Prüflingsnähe untersucht. Aus denen ergeben sich Mindestabstände zum Prüfling, jenseits derer sich gemessene Feldstärkewerte zu größeren, in Normen vorgegebenen Abständen extrapolieren lassen. Um die Verteilung der Feldstärke auf einer Testfläche zu beschreiben, wird der Begriff der Halbwertsfläche eingeführt: Die Halbwertsfläche definiert jenen Teil der Testfläche, auf dem die Dichte der abgestrahlten Leistung mindestens die Hälfte ihres Maximums beträgt. Die Halbwertsfläche ergibt sich aus der Richtwirkung des Prüflings als Strahler. Sie ist somit ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, auf der Testfläche das Strahlungsmaximum zu finden. Aus der Größe der Halbwertsfläche ergibt sich die nötige Anzahl an gleichmäßig auf der Testfläche verteilten Meßpunkten, um das Strahlungsmaximum mit gegebener Wahrscheinlichkeit zu finden. Wird an den Meßpunkten die Größe der Feldstärke berücksichtigt, läßt sich die Anzahl der Meßpunkte optimieren und das Vertrauen in den Test erhöhen. Als ein erster Schritt zur Entwicklung einer praktikablen Strahlungstestmethode wird die Testdrahtmethode untersucht. Bei dieser Methode wird Strahlung mit einem langen, um den Prüfling herum gespannten Draht erfaßt. Die Strahlung induziert in dem Draht einen Strom, der an den Drahtabschlüssen gemessen werden kann. Weil der Draht i. allg. lang ist, ist er sehr meßempfindlich. Ist er jedoch länger als eine Wellenlänge des abgestrahlten Felds, sind sein Übertragungsfaktor und damit die Meßergebnisse schwer zu bestimmen. Statistische Methoden der Auswertung werden hierzu untersucht. Ein System aus kleinen Meßsonden kann denselben Teil des Prüflings abdecken wie ein Testdraht. Weil als Übertragungsfaktor eines solchen Systems der einer Einzelsonde wirksam ist, lassen sich Ergebnisse aus Messungen mit einem solchen System leichter auswerten. Jedoch ist die Empfindlichkeit kleiner Sonden i. allg. gering. Der Weg zu einer praktischen Anwendung führt somit vorerst in die Richtung herkömmlicher Meßantennen, die in einem beweglichen System geeignete Testflächen abtasten. - (Die Dissertation ist veröffentlicht im Jörg Vogt Verlag, Dresden, Deutschland, http://www.vogtverlag.de, ISBN: 978-3-938860-25-0) / In this work the behavior of radiation emitted by large equipment is investigated. The aim of investigation is to improve existing standardized radiation tests. The radiation from an EUT (equipment under test) placed on reflecting ground is described by the distribution of the electric field strength on a hemispheric test area, which encloses the EUT placed in its center. This kind of area guarantees a nearly equal measurement distance to the EUT from every point defined on it. This distance is defined by the radius of the hemisphere. However, measurement distances according to standards are difficult to realize. Because of practical constraints shorter distances will become useful. This requires a smaller test area, to be scanned more easily. At shorter measurement distances field probes are possibly located in the near field of the EUT. Therefore this work investigates the behavior of the field in the vicinity of the EUT to find an adequate transition point, beyond which, field strength values can be extrapolated to distances instructed by standards with confident results. An important parameter of the field strength distribution is the half-power area. It defines that part of the test area where the radiated power exceeds the half of its maximum. The half-power area is related to the directivity of the EUT, which can be approximated by antenna theory or statistics. If the directivity of the EUT is high, the half-power area is small, and the probability to find the field maximum on the test area is low. The size of the half-power area yields to a least number of observation points, equally distributed on the test area, to find the field maximum with a high level of confidence. If the field strength measured at any observation point is considered, the distance to other observation points can be optimized, and the level of confidence in the test can be increased. As a first step in developing a practicable field scanning method is highlighted: the test wire method. This method establishes a measurement executed by a long wire which covers the EUT. At its terminations current can be measured induced by the radiation. Because the wire is long it is very sensitive. However, if it is longer than one wave length of the radiation, the evaluation of results is difficult because of an uncertain transmission factor. Therefore, some statistic methods are applied to describe the behavior of results and their maxima. Also a system of small probes, e. g. short dipoles, can cover the same part of the EUT as a test wire. The measurement with small probes can be evaluated more easily because of a unique transmission factor. However, their sensitivity is lower.

La présente thèse vise à évaluer la sensibilité statique et dynamique face aux SEE de trois dispositifs COTS différents. Le premier est le processeur multi-cœurs P2041 de Freescale fabriqué en technologie 45nm SOI qui met en œuvre ECC et la parité dans leurs mémoires cache. Le second est le processeur multifonction Kalray MPPA-256 fabriqué en technologie CMOS 28nm TSMC qui intègre 16 clusters de calcul chacun avec 16 cœurs, et met en œuvre ECC dans ses mémoires statiques et parité dans ses mémoires caches. Le troisième est le microprocesseur Adapteva E16G301 fabriqué en 65nm CMOS processus qui intègre 16 cœurs de processeur et ne pas mettre en œuvre des mécanismes de protection. L'évaluation a été réalisée par des expériences de rayonnement avec des neutrons de 14 Mev dans des accélérateurs de particules pour émuler un environnement de rayonnement agressif, et par injection de fautes dans des mémoires cache, des mémoires partagées ou des registres de processeur pour simuler les conséquences des SEU dans l'exécution du programme. Une analyse approfondie des erreurs observées a été effectuée pour identifier les vulnérabilités dans les mécanismes de protection. Des zones critiques telles que des Tag adresses et des registres à usage général ont été affectées pendant les expériences de rayonnement. De plus, l'approche Code Emulating Upset (CEU), développée au Laboratoire TIMA, a été étendue pour des processeurs multi-cœur et many-cœur pour prédire le taux d'erreur d'application en combinant les résultats issus des campagnes d'injection de fautes avec ceux issus des expériences de rayonnement. / The present thesis aims at evaluating the SEE static and dynamic sensitivity of three different COTS multi-core and many-core processors. The first one is the Freescale P2041 multi-core processor manufactured in 45nm SOI technology which implements ECC and parity in their cache memories. The second one is the Kalray MPPA-256 many-core processor manufactured in 28nm TSMC CMOS technology which integrates 16 compute clusters each one with 16 processor cores, and implements ECC in its static memories and parity in its cache memories. The third one is the Adapteva Epiphany E16G301 microprocessor manufactured in 65nm CMOS process which integrates 16 processor cores and do not implement protection mechanisms. The evaluation was accomplished through radiation experiments with 14 Mev neutrons in particle accelerators to emulate a harsh radiation environment, and by fault injection in cache memories, shared memories or processor registers, to simulate the consequences of SEUs in the execution of the program. A deep analysis of the observed errors was carried out to identify vulnerabilities in the protection mechanisms. Critical zones such as address tag and general purpose registers were affected during the radiation experiments. In addition, The Code Emulating Upset (CEU) approach, developed at TIMA Laboratory was extended to multi-core and many core processors for predicting the application error rate by combining the results issued from fault injection campaigns with those coming from radiation experiments.

In dieser Arbeit wird das Verhalten der Störstrahlung großer Prüflinge untersucht mit dem Ziel, vorhandene Standards für Störstrahlungstests wie CISPR 16 zu verbessern. Diese Arbeit sieht als Standardtestumgebung einen reflektierenden, ausgedehnten Grund vor, auf dem sich der Prüfling befindet. Die Strahlung, die dieser aussendet, wird durch die Verteilung der elektrischen Feldstärke auf einer Testhalbkugel oberhalb des Grunds bewertet. Ihr Zentrum befindet sich am Fußpunkt des Prüflings. Eine solche Halbkugel stellt nahezu gleiche Abstände von etwa der Länge des Kugelradius' zwischen dem Prüfling und den auf ihr definierten Meßpunkten her. Da die Halbkugel geschlossen ist, kann auf ihr das gesamte vom Prüfling nach außen gestrahlte Feld nachgewiesen werden. Meßabstände mit in Normen vorgegebenen Längen sind in der Praxis nicht immer einzuhalten, vor allem dann, wenn sich Prüflinge in einer normalen Betriebsumgebung befinden. In beengten Umgebungen ist es hilfreich, Meßabstände zu verkürzen. Hieraus ergibt sich eine kleinere Testhalbkugel, die sich leichter abtasten läßt. Bei kurzen Meßabständen jedoch können Meßsonden in das Nahfeld des Prüflings ragen. Für diesen Fall werden in dieser Arbeit Feldeigenschaften in Prüflingsnähe untersucht. Aus denen ergeben sich Mindestabstände zum Prüfling, jenseits derer sich gemessene Feldstärkewerte zu größeren, in Normen vorgegebenen Abständen extrapolieren lassen. Um die Verteilung der Feldstärke auf einer Testfläche zu beschreiben, wird der Begriff der Halbwertsfläche eingeführt: Die Halbwertsfläche definiert jenen Teil der Testfläche, auf dem die Dichte der abgestrahlten Leistung mindestens die Hälfte ihres Maximums beträgt. Die Halbwertsfläche ergibt sich aus der Richtwirkung des Prüflings als Strahler. Sie ist somit ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, auf der Testfläche das Strahlungsmaximum zu finden. Aus der Größe der Halbwertsfläche ergibt sich die nötige Anzahl an gleichmäßig auf der Testfläche verteilten Meßpunkten, um das Strahlungsmaximum mit gegebener Wahrscheinlichkeit zu finden. Wird an den Meßpunkten die Größe der Feldstärke berücksichtigt, läßt sich die Anzahl der Meßpunkte optimieren und das Vertrauen in den Test erhöhen. Als ein erster Schritt zur Entwicklung einer praktikablen Strahlungstestmethode wird die Testdrahtmethode untersucht. Bei dieser Methode wird Strahlung mit einem langen, um den Prüfling herum gespannten Draht erfaßt. Die Strahlung induziert in dem Draht einen Strom, der an den Drahtabschlüssen gemessen werden kann. Weil der Draht i. allg. lang ist, ist er sehr meßempfindlich. Ist er jedoch länger als eine Wellenlänge des abgestrahlten Felds, sind sein Übertragungsfaktor und damit die Meßergebnisse schwer zu bestimmen. Statistische Methoden der Auswertung werden hierzu untersucht. Ein System aus kleinen Meßsonden kann denselben Teil des Prüflings abdecken wie ein Testdraht. Weil als Übertragungsfaktor eines solchen Systems der einer Einzelsonde wirksam ist, lassen sich Ergebnisse aus Messungen mit einem solchen System leichter auswerten. Jedoch ist die Empfindlichkeit kleiner Sonden i. allg. gering. Der Weg zu einer praktischen Anwendung führt somit vorerst in die Richtung herkömmlicher Meßantennen, die in einem beweglichen System geeignete Testflächen abtasten. - (Die Dissertation ist veröffentlicht im Jörg Vogt Verlag, Dresden, Deutschland, http://www.vogtverlag.de, ISBN: 978-3-938860-25-0) / In this work the behavior of radiation emitted by large equipment is investigated. The aim of investigation is to improve existing standardized radiation tests. The radiation from an EUT (equipment under test) placed on reflecting ground is described by the distribution of the electric field strength on a hemispheric test area, which encloses the EUT placed in its center. This kind of area guarantees a nearly equal measurement distance to the EUT from every point defined on it. This distance is defined by the radius of the hemisphere. However, measurement distances according to standards are difficult to realize. Because of practical constraints shorter distances will become useful. This requires a smaller test area, to be scanned more easily. At shorter measurement distances field probes are possibly located in the near field of the EUT. Therefore this work investigates the behavior of the field in the vicinity of the EUT to find an adequate transition point, beyond which, field strength values can be extrapolated to distances instructed by standards with confident results. An important parameter of the field strength distribution is the half-power area. It defines that part of the test area where the radiated power exceeds the half of its maximum. The half-power area is related to the directivity of the EUT, which can be approximated by antenna theory or statistics. If the directivity of the EUT is high, the half-power area is small, and the probability to find the field maximum on the test area is low. The size of the half-power area yields to a least number of observation points, equally distributed on the test area, to find the field maximum with a high level of confidence. If the field strength measured at any observation point is considered, the distance to other observation points can be optimized, and the level of confidence in the test can be increased. As a first step in developing a practicable field scanning method is highlighted: the test wire method. This method establishes a measurement executed by a long wire which covers the EUT. At its terminations current can be measured induced by the radiation. Because the wire is long it is very sensitive. However, if it is longer than one wave length of the radiation, the evaluation of results is difficult because of an uncertain transmission factor. Therefore, some statistic methods are applied to describe the behavior of results and their maxima. Also a system of small probes, e. g. short dipoles, can cover the same part of the EUT as a test wire. The measurement with small probes can be evaluated more easily because of a unique transmission factor. However, their sensitivity is lower.