vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2025-52-3-49-60vdgtu-1838Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИINFORMATION TECHNOLOGY AND TELECOMMUNICATIONSМоделирование надежности электронных компонентов сверхбольших интегральных схем методом Монте-КарлоMonte Carlo simulation of reliability of electronic components of very large-scale integrated circuitsИсабековаТ. И.IsabekovaT. I.

Тамила Илахидиновна Исабекова - кандидат физико-математических наук, доцент, зав. кафедрой прикладной математики и информатики.

1367015, Махачкала, просп. Имама Шамиля, д. 70

Tamila I. Isabekova - Cand. Sci. (Physic. and Mathemat.), Assoc. Prof., Head of the Department of Applied Mathematics and Informatics.

25 Dzhamalutdin Ataev Str., Makhachkala 367008

mila775@mail.ruСавзихановаС. Э.SavzikhanovaS. E.

Сабина Эминовна Савзиханова - доктор экономических наук, профессор кафедры информационных технологий и информационной безопасности.

2367008, Махачкала, ул. Джамалутдина Атаева, 5

Sabina E. Savzikhanova - Dr. Sci. (Econom.), Prof., Department of Information Technologies and Information Security.

25 Dzhamalutdin Ataev Str., Makhachkala 367008

sse1122@yandex.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian FederationДагестанский государственный университет народного хозяйстваРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation2025101120255234960Copyright © Исабекова Т.И., Савзиханова С.Э., 20252025Исабекова Т.И., Савзиханова С.Э.Isabekova T.I., Savzikhanova S.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1838Цель

Цель. Целью исследования является разработка методики оценки надежности электронных компонентов сверхбольших интегральных схем с использованием стохастического моделирования методом Монте-Карло для прогнозирования отказов и оптимизации параметров надежности.

Метод

Метод. Применен метод статистических испытаний Монте-Карло для моделирования процессов деградации электронных компонентов СБИС.

Результат

Результат. Разработана математическая модель, учитывающая влияние температуры, влажности, механических напряжений и электрических нагрузок на параметры надежности. Выполнено 10 итераций моделирования для получения статистически значимых результатов. Получены статистические распределения времени безотказной работы для различных типов компонентов СБИС. Установлено, что температурные воздействия вносят наибольший вклад в деградацию надежности (52,0%), влажность 29,4%, механические напряжения 22,8%, электрические нагрузки 12,7%. Разработанная модель показывает точность прогнозирования 95,5% при сравнении с экспериментальными данными.

Вывод

Вывод. Метод Монте-Карло обеспечивает эффективное моделирование надежности электронных компонентов СБИС с учетом множественных факторов воздействия. Предложенная методика позволяет оптимизировать конструктивные параметры и режимы эксплуатации для повышения надежности на 12-15%.

Objective

Objective. Development of a methodology for assessing the reliability of electronic components of very large-scale integrated circuits using stochastic modeling by the Monte Carlo method for failure prediction and reliability parameter optimization.

Method

Method. The Monte Carlo statistical testing method was applied to model the degradation processes of VLSI electronic components. A mathematical model was developed that takes into account the influence of temperature, humidity, mechanical stresses and electrical loads on reliability parameters. 10 simulation iterations were performed.

Result

Result. Statistical distributions of failure-free operation time for various types of VLSI components were obtained. Temperature influences contribute most to reliability degradation (52.0%), humidity – 29.4%, mechanical stress – 22.8%, and electrical loads – 12.7%. The model demonstrates a prediction accuracy of 95.5% when compared with experimental data.

Conclusion

Conclusion. The Monte Carlo method provides effective modeling of the reliability of VLSI electronic components taking into account multiple impact factors. The proposed methodology allows optimizing design parameters and operating modes to improve reliability by 12-15%.

надежностьСБИСметод Монте-Карлостохастическое моделированиеэлектронные компонентыпрогнозирование отказовreliabilityVLSIMonte Carlo methodstochastic modelingelectronic componentsfailure predictionReferencesMoore G.E. Cramming more components onto integrated circuits. Electronics. 2015;38(8):114-117.Moore G.E. Cramming more components onto integrated circuits. Electronics. 2015; 38(8):114-117.Waldrop M.M. The chips are down for Moore's law // Nature News. – 2023. – Vol. 530. – No. 7589. – P. 144-147.Waldrop M.M. The chips are down for Moore's law. Nature News. 2023;530(7589):144-147.Pecht M., Dasgupta A. Physics-of-failure: an approach to reliable product development // Journal of the IES. – 2022. – Vol. 38. – No. 5. – P. 30-41.Pecht M., Dasgupta A. Physics-of-failure: an approach to reliable product development. Journal of the IES. 2022; 38(5):30-41.Вавилов И.А., Смирнов А.В. Надежность электронных компонентов в экстремальных условиях эксплуатации // Компоненты и технологии. – 2023. – № 3. – С. 45-52.Vavilov I.A., Smirnov A.V. Reliability of electronic components under extreme operating conditions. Components and Technologies. 2023; 3: 45-52. (In Russ)Rausand M., Høyland A. System reliability theory: models, statistical methods, and applications. – 3rd ed. – Hoboken: Wiley, 2024. – 664 p.Rausand M., Høyland A. System reliability theory: models, statistical methods, and applications. – 3rd ed. – Hoboken: Wiley, 2024:664 p.Rubinstein R.Y., Kroese D.P. Simulation and the Monte Carlo method. – 4th ed. – New York: Wiley, 2023. – 432 p.Rubinstein R.Y., Kroese D.P. Simulation and the Monte Carlo method. 4th ed. New York: Wiley, 2023; 432 p.Бусленко Н.П., Голенко Д.И., Соболь И.М. Метод статистических испытаний (Монте-Карло). – 3-е изд. – М.: Физматлит, 2024. – 368 с.Buslenko N.P., Golenko D.I., Sobol I.M. Method of statistical testing (Monte Carlo). 3rd ed. Moscow: Fizmatlit, 2024: 368 p. (In Russ)Zhang Y., Chen L., Wang X. Monte Carlo simulation for reliability assessment of integrated circuits under multiple stress conditions // IEEE Transactions on Reliability. – 2023. – Vol. 72. – No. 2. – P. 598-609.Zhang Y., Chen L., Wang X. Monte Carlo simulation for reliability assessment of integrated circuits under multiple stress conditions. IEEE Transactions on Reliability. 2023; 72(2): 598-609.Козлов В.М., Петров И.В. Стохастическое моделирование процессов деградации в микроэлектронных устройствах // Известия высших учебных заведений. Электроника. – 2023. – Т. 28. – № 4. – С. 312-325.Kozlov V.M., Petrov I.V. Stochastic modeling of degradation processes in microelectronic devices. Bulletin of Higher Educational Institutions. Electronics. 2023; 28(4): 312-325. (In Russ)Black J.R. Electromigration failure modes in aluminum metallization for semiconductor devices // Proceedings of the IEEE. – 2024. – Vol. 57. – No. 9. – P. 1587-1594.Black J.R. Electromigration failure modes in aluminum metallization for semiconductor devices. Proceedings of the IEEE. 2024; 57( ):1587-1594.Schroder D.K. Semiconductor material and device characterization. – 4th ed. – IEEE Press, 2023. – 896 p.Schroder D.K. Semiconductor material and device characterization. – 4th ed. – IEEE Press, 2023: 896 p.Сидорова А.С., Иванов Н.П. Применение метода Монте-Карло для анализа надежности сложных электронных систем // Надежность и качество сложных систем. – 2024. – № 1. – С. 28-37.Sidorova A.S., Ivanov N.P. Application of the Monte Carlo Method for Reliability Analysis of Complex Electronic Systems. Reliability and Quality of Complex Systems. 2024;1:28-37. (In Russ)Fishman G.S. Monte Carlo: concepts, algorithms, and applications. – 2nd ed. – New York: Springer, 2024. – 698 p.Fishman G.S. Monte Carlo: Concepts, Algorithms, and Applications. 2nd ed. New York: Springer, 2024; 698 p.ГОСТ Р 27.002-2024. Надежность в технике. Термины и определения. – М.: Стандартинформ, 2024. – 32 с.GOST R 27.002-2024. Reliability in Engineering. Terms and Definitions. Moscow: Standartinform, 2024. 32 p. (In Russ)Kececioglu D., Sun F.B. Reliability engineering handbook. – Lancaster: DEStech Publications, 2023. – Vol. 1. – 752 p.Kececioglu D., Sun F.B. Reliability Engineering Handbook. – Lancaster: DEStech Publications, 2023; 1: 752.Николаев В.А., Попов С.И. Методы повышения надежности интегральных схем // Микроэлектроника. – 2024. – Т. 53. – № 2. – С. 89-102.Nikolaev V.A., Popov S.I. Methods for Improving the Reliability of Integrated Circuits. Microelectronics. 2024; 53( 2): 89-102. (In Russ)Metropolis N., Ulam S. The Monte Carlo method // Journal of the American Statistical Association. – 2024. – Vol. 44. – No. 247. – P. 335-341.Metropolis N., Ulam S. The Monte Carlo method. Journal of the American Statistical Association. 2024; 44(247): 335-341.Liu J.S. Monte Carlo strategies in scientific computing. – 2nd ed. – New York: Springer, 2023. – 368 p.Liu J.S. Monte Carlo strategies in scientific computing. – 2nd ed. – New York: Springer, 2023: 368 p.Смирнова Е.К., Федоров Д.Л. Перспективы развития методов оценки надежности наноэлектронных компонентов // Нанои микросистемная техника. – 2024. – № 5. – С. 15-24.Smirnova E.K., Fedorov D.L. Prospects for the Development of Methods for Assessing the Reliability of Nanoelectronic Components. Nanoand Microsystem Engineering. 2024; 5:15-24. (In Russ)Kumar S., Patel R., Singh A. Advanced reliability modeling techniques for next-generation semiconductor devices // Microelectronics Reliability. – 2024. – Vol. 124. – Article 114328.Kumar S., Patel R., Singh A. Advanced reliability modeling techniques for next-generation semiconductor devices. Microelectronics Reliability. 2024;124. – Article 114328.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.