4、纳米计算中缺陷与故障的应对策略

纳米计算中缺陷与故障的应对策略

在纳米计算领域，系统的可靠性是一个关键问题。由于纳米级设备存在较高的缺陷和故障概率，因此需要采用多种技术来提高系统的容错能力。本文将介绍几种常见的容错技术，并对它们的优缺点进行分析。

1. 提高系统可靠性的必要性与思路

为了在给定或最小成本下最大化基于纳米级设备的系统可靠性，可能需要结合从设备到应用层等不同抽象级别的技术。例如，如果应用本身能够处理一定程度的数据噪声，那么就不需要极高的硬件可靠性，过度使用冗余技术可能并不划算。

2. 传统容错技术介绍

为了减轻设计中缺陷和故障的影响，人们提出并评估了几种传统技术，以下是详细介绍：
- 三重和N模冗余（TMR和NMR）
- TMR ：使用三个相同硬件副本，输入相同，理想情况下无缺陷时输出相同。通过多数表决电路选择最常见的输出。单表决器的TMR实现简单，但会增加电路面积和功耗，降低速度。使用三个表决器可提高系统可靠性，避免表决器成为单点故障。
- NMR ：是TMR的推广，使用N个硬件副本（N为奇数），通过多数表决确定输出。相比TMR，NMR能在更多模块出现缺陷或故障时正确计算输出，也可利用冗余表决器降低系统因单个表决器故障而失效的概率。
- 级联NMR ：有多种级联方案，如复制TMR - 表决器组合并增加多层表决来提高模块可靠性，但会消耗大量电路资源并增加延迟。另一种方案是将硬件划分为子模块并应用NMR，可更有效地承受错误。
- NAND复用