Los científicos descubren una nueva forma de prevenir errores de las naves espaciales

Científicos de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear MEPhI (Rusia) y del Instituto de Investigación Científica de Análisis de Sistemas de la Academia de Ciencias de Rusia han desarrollado recientemente componentes para diseñar circuitos asíncronos tolerantes a fallos que pueden utilizarse en vehículos espaciales.

Los microcircuitos que se utilizan tradicionalmente en automóviles y computadoras no son adecuados para vehículos espaciales debido a su baja confiabilidad cuando se exponen a la radiación espacial. En el espacio, los iones de alta energía provocan errores y fallos en los dispositivos. Así, al desarrollar ASIC (circuitos integrados de aplicaciones específicas) para naves espaciales, científicos Es necesario crear métodos especiales para mejorar la tolerancia a fallos (en pocas palabras, la fiabilidad).

“Lo que pasa con la sincronización circuitos La razón es que su complejidad, al igual que el número de elementos en el chip del circuito, aumenta constantemente”, afirma Maxim Gorbunov, profesor asistente del MEPhI. “Las secciones de estos circuitos, que se encuentran a gran distancia, deben sincronizarse según su frecuencia de reloj (los ciclos de reloj de una CPU por segundo). Lo que significa que si las señales producidas por el generador de reloj no llegan dentro de los intervalos de tiempo exactos, el circuito simplemente deja de funcionar”.

Se trata de una cuestión de ingeniería compleja que incluye el deterioro de las características del microchip, afirmó Gorbunov. Por este motivo, hoy en día se consideran tan prometedores los circuitos asíncronos, que no requieren sincronización de la frecuencia del reloj.

“En los circuitos asíncronos la conmutación se produce en paralelo y sin demora; Esto hace que estos circuitos sean más eficientes y consuman más energía que sus homólogos síncronos”, explicó Gorbunov. "El datos llega a la unidad de procesamiento tan rápido como lo permite la ruta de datos del procesador y se procesa cuando los respectivos chips de microcircuito están listos”.

Cuando se trata de la metodología de diseño de estos circuitos, es mucho más problemático ya que no existe una ruta estándar para diseñarlos. A pesar de que la idea general para diseñar circuitos asíncronos se propuso en la década de 1970, la mayoría todavía trabaja principalmente con circuitos síncronos.

"Hemos explorado hasta el límite las posibilidades técnicas de los circuitos síncronos", afirmó Gorbunov. “Hoy en día, los parámetros de diseño (el tamaño mínimo de los elementos del microcircuito) no superan los diez nanómetros. Los circuitos asíncronos con los mismos parámetros de diseño funcionarían más rápido que sus homólogos síncronos, ya que no requerirían sincronización”.

Por ello, los científicos rusos decidieron idear nuevos elementos para microcircuitos asíncronos más rápidos y fiables. El artículo, que fue publicado en la revista Acta Astronáutica, informa sobre los elementos C de Muller resistentes a fallas: las puertas lógicas básicas utilizadas en el diseño de circuitos asíncronos.

Los elementos C son dispositivos lógicos con un elemento de memoria incorporado. Son esencialmente bloques de construcción con dos entradas; cuando coinciden la señal continúa, pero cuando no lo hacen los elementos almacenan el valor anterior en su memoria.

"Al aplicar el método DICE (Dual Interlocked Cell), que se usa ampliamente en el diseño de circuitos síncronos, a tres diseños de elementos C, obtuvimos tres nuevos diseños de elementos DICE C con tolerancia a fallas mejorada", dijo otro autor del artículo. Igor Danilov, jefe del Departamento de Circuitos VLSI tolerantes a fallas duras de radiación del Instituto de Investigación Científica de Desarrollo de Sistemas de RAS.

Los investigadores afirman que este nuevo desarrollo se puede utilizar para diseñar microcircuitos asíncronos con tolerancia a fallos mejorada para sistemas sofisticados. vehículos espaciales.