Betrouwbaar computergeheugen voor een prikkie

Voordat geheugenchips de fabriek uitgaan, worden ze uitgebreid getest op betrouwbaarheid. Die testen kosten veel geld. Onderzoeker Zaid Al-Ars van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica werkt aan de ontwikkeling van nieuwe, slimmere testmethoden om deze kosten terug te dringen. In mei dit jaar ontving hij voor dit onderzoek een veni-subsidie.

Computergeheugen moet voldoen aan strenge eisen. In het geheugen moet informatie niet alleen snel en correct kunnen worden opgeslagen, dit opslaan moet ook zo gebeuren dat de informatie op een later moment weer exact kan worden uitgelezen. Om vast te stellen of het geheugen betrouwbaar is, testen producenten elke geheugenchip uitgebreid voordat hij de fabriek uitgaat. Bij de productie kunnen namelijk altijd fouten ontstaan.

Inefficient

Dit testen van geheugen is duur. Op dit moment nemen testkosten ongeveer veertig procent van de totale kosten van geheugen voor hun rekening en de verwachting is dat dit aandeel bij ongewijzigd beleid steeds verder zal toenemen. Volgens Al-Ars zijn deze hoge kosten voor een belangrijk deel het gevolg van een inefficiente aanpak. "Als je kijkt naar het ontwerpproces van computergeheugen, dan kun je drie fasen onderscheiden: de specificatiefase, de ontwerpfase en de productiefase. Tot nu toe worden testen ontwikkeld tijdens de eerste fase, terwijl dan nog maar weinig bekend is van de eigenschappen van het systeem. In de specificatiefase wordt immers alleen in grote lijnen vastgelegd aan welke eisen het geheugen moet gaan voldoen. Het is dan ook veel slimmer om de testen te ontwikkelen op basis van het ontwerp. Dat is dan ook precies wat ik ga doen. Als je weet hoe het geheugen is ontworpen, kun je bepalen welke fouten er allemaal kunnen optreden. Vervolgens kun je testen ontwikkelen waarmee je deze fouten kunt detecteren."

Simulaties

De aanpak van Al-Ars bestaat eruit dat hij mathematische modellen gaat ontwikkelen die de werking van computergeheugen beschrijven, evenals het gedrag dat tot fouten kan leiden. Met deze modellen gaat hij simulaties uitvoeren om te zien welke fouten er optreden. Deze informatie gebruikt hij vervolgens om testen te ontwikkelen waarmee deze specifieke fouten zijn te detecteren. Dat klinkt eenvoudiger dan het is. Zo vereist het modelleren complexe wiskundige technieken. Verder is tijd een probleem. "Het kost twee dagen om n nanoseconde van een geheugensysteem te simuleren", vertelt Al-Ars. "Wil je iets over de betrouwbaarheid kunnen zeggen, dan zou je honderden simulaties van enkele tientallen nanoseconden moeten uitvoeren. Dat kost veel te veel tijd. Daarom moet je de simulatietijd inkorten, zonder dat dit echt ten koste gaat van de nauwkeurigheid. Dat kan door aan belangrijke delen meer tijd te besteden en aan andere juist minder."

Afstemmen

Al-Ars verwacht veel van de nieuwe testen: "Bij de productie van geheugen zie je tot nu toe dat het uitvalpercentage in het begin hoog is en vervolgens steeds verder afneemt. Voor iedere geconstateerde fout gaat de producent namelijk een oplossing zoeken. Door deze ad hoc aanpak te verlaten en testen vooraf goed af te stemmen op de fouten die kunnen optreden, kun je de uitval in het begin fors terugdringen. Daarmee nemen de kosten drastisch af, wat de consument terugziet in een lagere prijs voor computergeheugen."