Les scientifiques découvrent une nouvelle façon de prévenir les erreurs des engins spatiaux

Des scientifiques de l'Université nationale de recherche nucléaire MEPhI (Russie) et de l'Institut de recherche scientifique en analyse des systèmes de l'Académie des sciences de Russie ont récemment développé des composants pour la conception de circuits asynchrones tolérants aux pannes, qui peuvent être utilisés dans les véhicules spatiaux.

Les microcircuits traditionnellement utilisés dans les voitures et les ordinateurs sont mal adaptés aux véhicules spatiaux en raison de leur faible fiabilité lorsqu'ils sont soumis aux rayonnements spatiaux. Dans l’espace, les ions à haute énergie provoquent des erreurs et des pannes d’appareils. Ainsi, en développant des ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) pour les engins spatiaux, scientifiques Il est nécessaire de créer des méthodes spéciales pour améliorer la tolérance aux pannes (pour faire simple, la fiabilité).

"Le truc avec la synchronisation circuits c'est que leur complexité, tout comme le nombre d'éléments sur la puce du circuit, augmente constamment », a déclaré Maxim Gorbunov, professeur adjoint au MEPhI. « Les sections de ces circuits, situées à grande distance, doivent être synchronisées en fonction de leurs fréquences d'horloge (cycles d'horloge par seconde d'un processeur). Cela signifie que si les signaux produits par le générateur d’horloge n’arrivent pas dans les intervalles de temps exacts, le circuit cesse tout simplement de fonctionner.

Il s'agit d'un problème d'ingénierie complexe qui inclut la détérioration des caractéristiques des micropuces, a déclaré Gorbunov. C'est pourquoi les circuits asynchrones, qui ne nécessitent pas de synchronisation de la fréquence d'horloge, sont aujourd'hui considérés comme si prometteurs.

« Dans les circuits asynchrones, la commutation s'effectue en parallèle et sans délai ; cela rend ces circuits plus efficaces et plus gourmands en énergie que leurs homologues synchrones », a expliqué Gorbunov. "Le données atteint l'unité de traitement aussi rapidement que le chemin des données du processeur le permet, et est traité chaque fois que les puces de microcircuit respectives sont prêtes.

En ce qui concerne la méthodologie de conception de ces circuits, la situation est bien plus problématique puisqu'il n'existe pas de méthode standard pour les concevoir. Bien que l'idée générale de conception de circuits asynchrones ait été proposée dans les années 1970, la plupart travaillent encore principalement avec des circuits synchrones.

"Nous avons exploré jusqu'à leurs limites les possibilités techniques des circuits synchrones", a déclaré Gorbounov. « Aujourd'hui, les paramètres de conception (la taille minimale des éléments du microcircuit) ne dépassent pas dix nanomètres. Les circuits asynchrones ayant les mêmes paramètres de conception fonctionneraient plus rapidement que leurs homologues synchrones, puisqu’ils ne nécessiteraient pas de synchronisation.

Les scientifiques russes ont donc décidé de proposer de nouveaux éléments pour des microcircuits asynchrones plus rapides et plus fiables. L'article, publié dans la revue Acta Astronautique, rend compte des éléments Muller C résistants aux pannes, les portes logiques de base utilisées dans la conception de circuits asynchrones.

Les éléments C sont des dispositifs logiques avec un élément de mémoire intégré. Ce sont essentiellement des éléments de base avec deux entrées ; lorsqu'ils coïncident, le signal continue, mais dans le cas contraire, les éléments stockent la valeur précédente dans leur mémoire.

"En appliquant la méthode DICE (Dual Interlocked Cell), largement utilisée dans la conception de circuits synchrones, à trois conceptions d'éléments C, nous avons obtenu trois nouvelles conceptions d'éléments C DICE avec une tolérance aux pannes améliorée", a déclaré un autre auteur de l'article, Igor Danilov, chef du département des circuits VLSI résistants aux pannes et aux radiations à l'Institut de recherche scientifique RAS sur le développement de systèmes.

Les chercheurs affirment que ce nouveau développement peut être utilisé dans la conception de microcircuits asynchrones avec une tolérance aux pannes améliorée pour des applications sophistiquées. véhicules spatiaux.