延长硅片寿命：可靠集成电路设计技术综述

可靠性在现代计算中日益受到重视。集成电路 (IC) 是现代计算设备的支柱，涵盖人工智能 (AI)、消费电子、医疗保健、汽车、工业和航空航天等多个行业。摩尔定律推动半导体 IC 行业向更小尺寸、更高性能和更高能效的方向发展。然而，随着晶体管尺寸逼近原子尺度，偏置温度失稳 (BTI)、热载子注入 (HCI)、时序电介质击穿 (TDDB)、电迁移 (EM) 以及随机老化引起的变异等衰减机制已成为主要的可靠性威胁。从应用角度看，AI 训练和自动驾驶等应用需要持续稳定的运行，以最小化恢复成本并提升安全性。此外，高昂的芯片替换与复印成本凸显了延长寿命的紧迫性。这些因素凸显了设计更可靠 IC 的迫切需求。本综述针对 IC 的关键老化问题进行了系统梳理，聚焦基本退化机制及其抑制策略。综述提供了关于老化影响及其应对方法的全面概述，从老化根源出发，总结了电路和系统层面的关键监测技术。详细分析了电路层面的抑制策略，突出数字电路、模拟电路和 SRAM 电路的不同老化特征，强调需制定量身定制的解决方案。综述还探讨了在设计自动化、老化表征与抑制方面的新兴软件方法，这些方法正在改变传统可靠性优化的常规模式。最后，本文概述了提升老化管理、确保跨 diverse 应用 IC 长期可靠性的挑战与未来方向。