The use of approximate-TMR for fault-tolerant digital circuits

Este trabalho consiste no estudo acerca da técnica de redundância modular tripla usando circuitos aproximados para tolerância a falhas transientes em circuitos digitais. O uso da técnica redundância modular tripla tradicional, conhecida como TMR, garante mascaramento lógico total contra falhas transiente únicas para um dado circuito. No entanto a técnica TMR apresenta um custo extra em área de no mínimo 200% quando comparado com o circuito original. De modo a reduzir o custo extra em área sem comprometer significativamente a cobertura de falhas, a TMR pode usar uma abordagem de circuitos aproximados para gerar módulos redundantes, estes sendo otimizados em área quando comparados com o módulo original. Estudos iniciais desta técnica demonstraram que é possível obter um bom equilíbrio entre custo extra de área e capacidade de mascaramento de falhas. Neste trabalho, aprofundamos a análise desta abordagem utilizando um novo método para computar as funções lógicas aproximadas e a seleção da melhor composição e estrutura dos circuitos aproximados, buscando a maior cobertura a falhas possível. Usamos circuitos TMR compostos por lógica aproximada contendo portas lógicas complexas com lógica aproximada ou com portas lógicas em multi-nível. Todos os testes foram feitos através de injeção de falhas em nível elétrico e em nível lógico. Resultados mostraram que a área pode ser reduzida significativamente, de 200% para próximo de 85%, e ainda sim alcançar um mascaramento de falhas superior a 95%.This work consists in the study about the fault tolerance technique TMR in conjunction with approximate computing to mitigate transient faults in digital circuits. The use of Triple Modular Redundancy (TMR) with majority voters can guarantee full single fault masking coverage for a given circuit against transient faults. However, it presents a minimum area overhead of 200% compared to the original circuit. In order to reduce area overhead without compromising significantly the fault coverage, TMR can use approximated circuits approach to generate redundant modules that are optimized in area compared to the original module. Initial studies of this technique have shown that it is possible to reach a good balance between fault coverage and area overhead cost. In this work, we do a further analysis of this approach by using a new method to compute approximate functions and to select the best combinations of approximate circuits targeting the highest fault coverage possible. We use TMR circuits composed exclusively by complex gates and multi-level logic gates. All the tests are done using electrical fault injection, using NGSPICE, and in logical level using the fault injection tool designed specifically for this study. Results show that area overhead can be reduced greatly from 200% to 85%and still reaching fault coverage of more than 95%