胚胎電路自檢測研究綜述

王 博， 孟亞峰

(陸軍工程大學石家莊校區，石家莊 050003)

0 引言

隨著工藝技術的進步，電子系統得到廣泛的應用，其可靠性問題也受到越來越多的關注。由于電路集成度的提高，芯片的閾值電壓減小、噪聲容限下降、運行頻率增加，超大規模集成電路(VLSI)對電磁環境越來越敏感[1]。在航空航天、深海探測等無人極端環境中，電路工作環境復雜多變，電子系統難以進行人工維護，裝備一旦發生故障，不能自主修復，會造成災難性的后果，這對電子系統設計提出了挑戰。

生物體具有強大的適應性和自愈能力，其自修復機制為電路設計提供了新的思路。胚胎電路是一種模仿多細胞生物生長和發育機理的數字集成電路，具有自組織、自診斷和自修復的性能[2]。該電路由結構相同的電路模塊單元(胚胎電子細胞)相互連接構成胚胎陣列，當一個或多個細胞發生故障時，電路對胚胎電子細胞進行檢測，控制冗余細胞替代故障細胞完成相應功能，實現故障自修復。

經過國內外學者的不懈研究，初步建立了胚胎電路的理論框架，取得了一些成果。國外研究起步較早，也較為成熟，主要研究機構有瑞士聯邦工學院、英國約克大學等。瑞士聯邦工學院設計了BioWatch[3]和BioWall[4]，英國約克大學研究了仿生人工組織UNITRO-NICS[5]并設計了SABRE[6]結構，歐洲多國聯合研制了POEtic[7-9]芯片。胚胎電路思想被引進國內以來，多個研究團隊對其在實際工程中的應用進行了多方面的研究，進行了模2增量計數器[10]和一位全加器[11]的FPGA驗證，基于多路選擇器對胚胎電路進行了實現[12]。……