在低电压下稳定运行的cache（一）

最新推荐文章于 2025-07-20 13:39:54 发布

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#fault tolerance #cache #低电压

本文探讨了当电压低于Vccmin时，cache的稳定性问题，特别是电压下降导致的SRAM cell失效概率指数增加。在500mV电压下，cache line的缺陷位显著增加。为确保在低电压下的稳定性，提出了故障容忍方法Cache word-disable和Cache bit-fix作为ECC的替代方案，旨在减少存储开销并简化多错误处理。

这篇文章是根据IEEE论文Trading off Cache Capacity for Reliability to Enable Low Voltage Operation展开论述的：

cache（包括电路）能稳定运行的最低电压称为Vccmin，当实际电压Vcc低于Vccmin时，就会影响微处理器的稳定性。论文首次运用架构级的技术来使cache在低于500mV电压下稳定运行。

cache在低电压下出错：

当电压下降，伴随参数变化（parametric variation），例如intra-die Random Dopant Fluctuations（RDF）会通过影响阈值电压Vth来影响SRAM cell读和写得稳定性，造成cache failure。随着电压下降，失效概率呈指数增加，如下所示：

我们可以看到，本来正常电压下cache极不可能failure，但在低电压（如近阈值或亚阈值电压）下cache可能failure，或许运行一阵子便会出现错误。在500mV电压下，几乎每一条64字节的cache line都有一个缺陷位（defective bit），因为一条cache line包含很多cell，任何一个cell失效，都会让这条cache line有缺陷（defective）。