test and side-channel analysis of asynchronous circuits - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

test and side-channel analysis of asynchronous circuits

Test et analyse par canaux cachés sur circuits asynchrones

Résumé

Asynchronous circuits have been explored in the last decades as an alternative to overcome the issues and limitations brought by synchronous design, especially as recent technology nodes reach physical limits and process, voltage and temperature (PVT) variations significantly impact circuit behavior.This pushes forward the use of asynchronous circuits on different applications requiring high-speed, low-power consumption, robustness or security.Due to their non-conventional design style, it is not so trivial to design them.Indeed, asynchronous design is marginally taught in engineering schools and its design flow is not fully compatible with commercial tools, which were originally developed for synchronous implementations.Therefore, several methodologies and techniques have been introduced to help its adoption by industry.However, the well-established synchronous design flow impedes alternative design paradigms and even creates resistance to further develop a fully automated and optimized design flow for asynchronous circuits.As a side effect, this also impacts the effort to develop testing and diagnosis techniques for this kind of circuits.In this context, this thesis targets dedicated techniques for testing and analyzing asynchronous circuits.A first part presents a Design-for-Testability (DFT) architecture enabling at-speed testing on asynchronous Bundled-data (BD) circuits, while maintaining low area overhead and compatibility with DfT and Automatic Test Pattern Generation (ATPG) tools.The proposed architecture has been successfully implemented in two study-case circuits in order to show the technical details through synthesis and ATPG steps, as well as overview the results such as fault coverage and area overhead.The second part explores side-channel analysis on asynchronous circuits, taking advantage of their current signature and intrinsic behavior.This has been applied to Hardware Trojan (HT) detection.Through simulation experiments, it is shown the ability of asynchronous circuits in providing local current signatures for identifying the presence of tiny HTs.The results demonstrate that a dozen-transistor HT is detectable in 13.000-transistor design. Moreover, such analysis does not require extra circuitry or extra power ports.
Les circuits asynchrones ont été explorés au cours des dernières décennies comme une alternative pour surmonter les problèmes et les limites apportés par la conception synchrone, en particulier lorsque les nœuds technologiques récents atteignent des limites physiques et que les variations de processus, de tension et de température (PVT) ont un impact significatif sur le comportement des circuits.Cela fait progresser l'utilisation de circuits asynchrones dans différentes applications nécessitant une grande vitesse, une faible consommation d'énergie, de la robustesse ou de la sécurité.En raison de leur style de conception non conventionnel, il n'est pas si banal de les concevoir.En effet, la conception asynchrone est peu enseignée dans les écoles d'ingénieurs et son flux de conception n'est pas entièrement compatible avec les outils commerciaux, qui ont été développés à l'origine pour des mises en place synchrones.Par conséquent, plusieurs méthodologies et techniques ont été introduites pour faciliter son adoption par l'industrie.Cependant, le flux de conception synchrone bien établi entrave les paradigmes de conception alternatifs et crée même une résistance à la poursuite du développement d'un flux de conception entièrement automatisé et optimisé pour les circuits asynchrones.Cela a également pour effet secondaire d'entraver les efforts visant à développer des techniques de test et de diagnostic pour ce type de circuits.Dans ce contexte, cette thèse porte sur les techniques dédiées au test et à l'analyse des circuits asynchrones.Une première partie présente une architecture de conception pour la testabilité (DFT) permettant des tests à la vitesse sur des circuits asynchrones bundled-data (BD), tout en maintenant un faible encombrement et une compatibilité avec les outils de DFT et de génération automatique de séquences de test (ATPG).L'architecture proposée a été mise en œuvre avec succès dans deux circuits de cas d'étude afin de montrer les détails techniques par des étapes de synthèse et d'ATPG, ainsi que de donner un aperçu des résultats tels que la couverture des défauts et l'utilisation de surface.La deuxième partie explore l'analyse des canaux caché sur les circuits asynchrones, en tirant parti de leur signature actuelle et de leur comportement intrinsèque.Cela a été appliqué à la détection des chevaux de Troie matériels (HT).Grâce à des expériences de simulation, il est démontré la capacité des circuits asynchrones à fournir des signatures de courant locales pour identifier la présence de minuscules HT.Les résultats montrent qu'une douzaine de transistors HT est détectable dans la conception de 13 000 transistors. De plus, une telle analyse ne nécessite pas de circuits ou de ports d'alimentation supplémentaires.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03206505 , version 1 (23-04-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03206505 , version 1

Citer

Ricardo Aquino Guazzelli. test and side-channel analysis of asynchronous circuits. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2020. English. ⟨NNT : 2020GRALT070⟩. ⟨tel-03206505⟩

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