Multiple cell upsets in the configuration RAM of a 7-nm FinFET SoC under heavy ions

Abstract

This manuscript investigates the heavy ion effects on the novel 7-nm FinFET AMD (formerly, Xilinx) Versal SoC, namely on the configuration memory of the embedded FPGA. The experiment consisted in loading a program in a delidded device, irradiating in static mode and reading back the content. Several species and configurations were used to test the device. First of all, it was tested the efficiency of the XilSEM tool, provided by the manufacturer to fix erroneous bits. Second, this tool was disabled to find out the cross sections of the single event upsets of different multiplicities. Flipped upsets were classified using statistical techniques to reconstruct the multiple cell upsets. No multiple bit upset occurred and only 4-bit multiple cell upsets were observed in the worst cases, although it is clear that the cross section of the 2-bit multiple cell upsets is comparable to that of single bit upsets. Later, a strategy to carry out fault injection campaigns is proposed taking into account the knowledge acquired after the radiation tests, and the expected error rates in actual space environments is studied.

Este manuscrito investiga los efectos de iones pesados ​​en el nuevo SoC FinFET AMD (anteriormente, Xilinx) Versal de 7 nm, concretamente en la memoria de configuración del FPGA embebida. El experimento consistió en cargar un programa en un dispositivo desencapsulado, irradiarlo en modo estático y volver a leer el contenido. Se utilizaron varios iones y configuraciones para probar el dispositivo. En primer lugar, se probó la eficiencia de la herramienta XilSEM, proporcionada por el fabricante para corregir bits erróneos. En segundo lugar, se deshabilitó esta herramienta para averiguar las secciones transversales de las perturbaciones de un solo evento de diferentes multiplicidades. Las celdas alteradas se clasificaron utilizando técnicas estadísticas para reconstruir eventos múltiples. No se produjo ninguna perturbación de múltiples bits en la misma palabra y solo se observaron errores que afectaba a más de 4 bits en los peores casos, aunque está claro que la sección transversal de las perturbaciones de múltiples celdas de 2 bits es comparable a la de las perturbaciones de un solo bit. Posteriormente, se propone una estrategia para llevar a cabo campañas de inyección de fallos teniendo en cuenta el conocimiento adquirido después de las pruebas de radiación, y se estudian las tasas de error esperadas en entornos espaciales reales.