半导体硅基芯片是当今每一个电子设备运行的必备基础,已经广泛融入日常生活。从芯片设计的角度出发,为确保芯片的可靠性和安全性,芯片在大规模生产之前需要进行严格地验证和调试。硅后验证是芯片验证中的一道工艺,支配了芯片设计总体时间成本。硅后验证应用于原型硅上,存在验证周期长的限制;摩尔定律和Dennard Scaling表明现代芯片越来越复杂,尤其是面向多核处理器的片上系统芯片,这为硅后验证提出了更高的挑战;同时,芯片的更新迭代速率不断加快。因此,如何快速、高效地进行硅后验证是芯片验证领域亟待解决的难题。本文针对超长的硅后验证故障检测延迟问题展开研究,主要完成以下三个方面的工作:首先,提出了一个基于LLVM(Low level virtual machine)的快速故障检测优化模型。通过分析芯片验证流程,本文发现超长的故障检测延迟是硅后验证的瓶颈,限制了硅后验证的效率。借助于容错计算中的故障检测算法,本文提出了一个基于这些算法的快速故障检测优化模型,该模型基于LLVM编译器框架,具有易扩展的特点,可适用于多种不同架构的芯片。该模型能够解决现有故障检测面临的系统化和自动化问题。其次,设计了故障延迟的检测框架。通过分析现有硅后验证的方法论,本文发现设置极端的物理环境激活芯片故障的方法在实验室环境下不可行。本文设计了一个基于gem5模拟器的故障延迟检测框架,该框架模拟现代硅基芯片已报告的故障类型,能够激活特定类型的故障,并在模拟器中测量故障被观测时的延迟。该框架能够对候选故障指令的选取和候选故障指令的故障注入实现容易的扩展。最后开展了大规模地实验测试。本文对基准测试程序集应用基于LLVM的故障检测优化模型,生成了大规模的待测试基准测试程序集合;然后在基于gem5模拟器的故障延迟检测框架中执行待测程序,测量故障检测延迟以及覆盖率。实验结果表明,本文提出的优化方案能够显著地将故障检测延迟降低至数千个时钟周期,故障覆盖率平均提升2倍,这为硅后验证中的故障定位提供了很大的便利。