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Im Rahmen von RealTest beschäftigen wir uns mit Systemen, deren Verhalten nicht wie bislang üblich durch genau definierte, deterministische Werte sondern durch eine Bandbreite akzeptabler Werte spezifiziert wird akzeptables Verhalten. So kann etwa ein Video-Chip, der gelegentlich einzelne Bildpixel ungenau berechnet, durchaus einsetzbar sein. Momentan würde man einen solchen Chip einfach entsorgen, dabei könnte er, etwa zu einem reduzierten Preis an einen Kunden (etwa ein Unterhaltungselektronik-Unternehmen) verkauft werden. Dieser würde ihn dann für ein System verwenden, welches auch dann für den Endverbraucher attraktiv ist, wenn es "leicht ungenau" rechnet. So liefern etwa die in Mobiltelefonen verbaute Bildsensoren ohnehin verrauschte Bilder. Der Einsatz eines besseren Bildsensors in Verbindung mit einem lediglich akzeptablen Video-Chip könnte die benötigte Qualität gewährleisten und dabei wirtschaftlich vorteilhaft sein. Dieses Prinzip ist in einer Reihe weiterer Anwendungen, etwa digitalen Anrufbeantwortern, anwendbar.
Unsere Forschungsschwerpunkte sind Methoden zur Spezifikation, Test und Verifikation von Schaltungen mit akzeptablem Verhalten. Dabei betrachten wir sowohl die Zeit- als auch die Datendomäne und sowohl harte als auch transiente Fehler. In der Zeitdomäne wurde zusammen mit Prof. John P. Hayes von der Universität Michigan das Konzept der Transient-error tolerance entwickelt. Dabei wird erlaubt, dass eine Schaltung in Folge eines Soft Errors für eine gegebene Anzahl von Taktzyklen von seinem Referenzverhalten abweicht, solange sie danach mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit "sich erholt" und zu ihrem fehlerfreien Verhalten zurückkehrt.
Die Analyse basiert auf der Konstruktion eines Markov-Modells zur Bewertung der Wahrscheinlichkeit, dass Fehlereffekte nach k Taktzyklen das System immer noch beeinträchtigen. Die folgenden Grafiken zeigen einen seriellen Addierer, seinen Zustandsübergangsgraph, das Markovmodell und die Fehlerwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von k.
Wir haben ein selective hardening-Verfahren entwickelt, welches eine gegebene Schaltung punktuell gegen Soft Errors härtet, so dass die Schaltung zu minimalen Kosten den relaxierten Spezifikationen im Sinne der Transient-Error Tolerance genügt, also nach k Taktzyklen mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit zum Referenzverhalten zurückkehrt. Das nachfolgende Diagramm zeigt für unterschiedliche Werte von k und der Fehlerwahrscheinlichkeit die relativen Kosten des Selective-Hardening-Ansatzes angewendet auf den ISCAS-Benchmarkschaltkreis s298 (100 entspricht der Härtung des gesamten Schaltkreises).
Die folgende Grafik verdeutlicht unsere Zielsetzung: Transient-Error Tolerance soll mit anwendungsspezifischen Verfahren zur Bewertung der Annehmbarkeit verbunden werden. Die Metrik d in der Grafik. misst die Abweichung des Verhaltens von der Referenz. Das Verhalten ist akzeptabel, wenn die Abweichung nicht zu gross wird (also der "Schlauch" nicht verlassen wird) unddie Schaltung nach einer Anzahl Taktzyklen zum Referenzverhalten zurückkehrt. Wir arbeiten an psychovisuellen Metriken für Bildanwendungen.
