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Using FPGA Primitives as Voltage Drop Sensors

Using FPGA Primitives as Voltage Drop Sensors
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Kontaktperson:

M.Sc. Dennis Gnad

Beschreibung

Es wurde bereits in [1] gezeigt dass die rekonfigurierbaren Elemente in FPGAs dazu genutzt werden können Spannungsschwankungen innerhalb des Chips zu messen. Dies kann in aktuellen Chip-Generationen (nicht nur FPGAs) sehr wichtig sein, da die Spannungsschwankungen je nach Betriebsmodus (z.B. verschiedene Software) unterschiedlich starke Auswirkungen haben, wie wir in [2] gezeigt haben, aber auch für IBM mainframe Prozessoren gilt [3]. Dies wirkt sich dann auch auf die Stabilität des ganzen Chips aus.

Die Sensoren sind bisher relativ simpel gestaltet und bieten einigen Spielraum für Optimierung und Kalibrierung. Die Arbeit wird es sein fortgeschrittenere Konzepte dieser Sensoren auf VHDL Ebene zu implementieren. Näheres wird bei Interesse besprochen.

Description

In [1] it was shown that reconfigurable fabric in FPGAs can be used to measure Voltage Fluctuations inside the FPGA. These fluctuations can be very important to handle in recent chip generations (not just FPGAs), because the voltage fluctuations depend on the operation mode of the circuit (i.e. running software) like we have shown in [2] and has also been shown for an IBM mainframe processor in [3]. This can also affect the overall stability of the chip.

At the moment, these sensors for FPGAs are done in a relatively simple way, and have still room for optimization. This work will be related to implementing more advanced concepts, by using the FPGA primitives in a specific way, written on a higher level in the VHDL language. More details can be discussed upon interest.

[1] "Sensing nanosecond-scale voltage attacks and natural transients in FPGAs": http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2435283

[2] "Analysis of transient voltage fluctuations in FPGAs": http://ieeexplore.ieee.org/document/7929182/

[3] "Voltage Noise in Multi-Core Processors: Empirical Characterization and Optimization Opportunities": http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7011402/

Requirements

VHDL

Optional

Knowledge of FPGA tools from Xilinx or Altera

Contact

Dennis Gnad, dennis.gnad@kit.edu, 0721/608-47586