Forskere opdager en ny måde at forhindre rumfartøjsfejl

Forskere fra National Research Nuclear University MEPhI (Rusland) og Scientific Research Institute of System Analysis fra det russiske videnskabsakademi har for nylig udviklet komponenter til at designe fejltolerante asynkrone kredsløb, som kan bruges i rumfartøjer.

Mikrokredsløb, der traditionelt bruges i biler og computere, er dårligt egnet til rumkøretøjer på grund af lav pålidelighed, når de udsættes for rumstråling. I rummet, ioner med høj energi forårsager enhedsfejl og fejl. Dermed, i udviklingen af ​​ASIC'er (applikationsspecifikke integrerede kredsløb) til rumfartøjer, forskere er nødt til at skabe særlige metoder til forbedring af fejltolerance (for at sige det enkelt, pålidelighed).

"Sagen om synkrone kredsløb er, at deres kompleksitet, ligesom antallet af elementer på kredsløbschippen, stiger konstant, "sagde Maxim Gorbunov, adjunkt ved MEPhI. "Sektioner af disse kredsløb, som er placeret i stor afstand, skal synkroniseres i henhold til deres urfrekvenser (en CPU's urcyklusser pr. sekund). Hvilket betyder, hvis signalerne fra urgeneratoren ikke kommer inden for de nøjagtige tidsintervaller, kredsløbet stopper simpelthen med at fungere. "

Dette er et komplekst ingeniørspørgsmål, der omfatter forringelse af mikrochipegenskaber, Sagde Gorbunov. Derfor er asynkrone kredsløb, som ikke kræver synkronisering af urfrekvens, anses for at være så lovende i dag.

"I asynkrone kredsløb sker omskiftning parallelt og uden forsinkelse; dette gør disse kredsløb mere effektive og mere energikrævende end deres synkrone modparter, "Gorbunov forklaret." Dataene når frem til behandlingsenheden så hurtigt som processorens datasti tillader det, og behandles, når de respektive mikrokredsløb er klar. "

Når det kommer til metoden til at designe disse kredsløb, det er langt mere problematisk, da der ikke er nogen standardrute til at designe dem. På trods af at den generelle idé til design af asynkrone kredsløb blev foreslået i 1970'erne, de fleste arbejder primært stadig med synkrone kredsløb.

"Vi har undersøgt de tekniske muligheder for synkrone kredsløb til deres grænser, "Sagde Gorbunov." I dag, designparametre (den minimale størrelse af mikrokredsløbselementer) overstiger ikke ti nanometer. Asynkrone kredsløb med de samme designparametre ville fungere hurtigere end deres synkrone modparter, da de ikke ville kræve synkronisering. "

Russiske forskere besluttede derfor at komme med nye elementer til hurtigere og mere pålidelige asynkrone mikrokredsløb. Artiklen, som blev offentliggjort i tidsskriftet Acta Astronautica , rapporter om fejlresistente Muller C-elementer-de grundlæggende logiske porte, der bruges til at designe asynkrone kredsløb.

C-elementer er logiske enheder med et indbygget hukommelseselement. De er i det væsentlige byggesten med to input; når de falder sammen, signalet fortsætter, men når de ikke gør det, elementerne gemmer den tidligere værdi i deres hukommelse.

"Ved at anvende DICE (Dual Interlocked Cell) -metoden, som er meget udbredt ved design af synkrone kredsløb, til tre C-element designs, vi fik tre nye DICE C-element designs med forbedret fejltolerance, "sagde en anden forfatter til artiklen, Igor Danilov, leder af Radiation-Hard Fault-Tolerant VLSI Circuits Department ved RAS Scientific Research Institute of System Development.

Forskerne hævder, at denne nye udvikling kan bruges til at designe asynkrone mikrokredsløb med forbedret fejltolerance for sofistikerede rumkøretøjer.