Ученые открыли новый способ предотвращения ошибок космических кораблей

Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (Россия) и НИИ системного анализа РАН недавно разработали компоненты для проектирования отказоустойчивых асинхронных схем, которые могут быть использованы в космических аппаратах.

Микросхемы, традиционно используемые в автомобилях и компьютерах, плохо подходят для космических аппаратов из-за низкой надежности при воздействии космического излучения. В космосе ионы высокой энергии вызывают ошибки и сбои в работе устройств. Таким образом, при разработке ASIC (интегральных схем специального назначения) для космических кораблей ученые необходимо создать специальные методы повышения отказоустойчивости (проще говоря, надежности).

«Что касается синхронного схемы заключается в том, что их сложность, как и количество элементов на микросхеме, постоянно увеличивается», — рассказал доцент МИФИ Максим Горбунов. «Участки этих цепей, расположенные на большом расстоянии, должны быть синхронизированы по их тактовым частотам (количества тактов процессора в секунду). Это означает, что если сигналы, вырабатываемые тактовым генератором, не поступают в точные временные интервалы, схема просто перестает работать».

Это сложная инженерная проблема, включающая ухудшение характеристик микросхем, сказал Горбунов. Именно поэтому асинхронные схемы, не требующие синхронизации тактовой частоты, сегодня считаются столь перспективными.

«В асинхронных схемах переключение происходит параллельно и без задержки; это делает эти схемы более эффективными и энергоемкими, чем их синхронные аналоги», — пояснил Горбунов. « данные достигает процессора так быстро, как позволяет путь передачи данных процессора, и обрабатывается всякий раз, когда соответствующие микросхемы готовы».

Когда дело доходит до методологии проектирования этих схем, это гораздо более проблематично, поскольку не существует стандартного пути их проектирования. Несмотря на то, что общая идея проектирования асинхронных схем была предложена в 1970-х годах, большинство из них до сих пор в основном работают с синхронными схемами.

«Мы до предела исследовали технические возможности синхронных схем», — сказал Горбунов. «Сегодня параметры конструкции (минимальный размер элементов микросхемы) не превышают десяти нанометров. Асинхронные схемы с теми же конструктивными параметрами будут работать быстрее, чем их синхронные аналоги, поскольку им не потребуется синхронизация».

Поэтому российские ученые решили придумать новые элементы для более быстрых и надежных асинхронных микросхем. Статья, опубликованная в журнале Акта Астронавтика, сообщает об отказоустойчивых С-элементах Мюллера — основных логических элементах, используемых при проектировании асинхронных схем.

C-элементы — это логические устройства со встроенным элементом памяти. По сути, это строительные блоки с двумя входами; когда они совпадают, сигнал продолжается, а когда нет, элементы сохраняют в своей памяти предыдущее значение.

«Применив метод DICE (Dual Interlocked Cell), который широко используется при проектировании синхронных схем, к трем конструкциям C-элементов, мы получили три новые конструкции DICE C-элементов с улучшенной отказоустойчивостью», — сказал другой автор статьи: Игорь Данилов, заведующий отделом радиационно-отказоустойчивых СБИС НИИ системотехники РАН.

Исследователи утверждают, что эту новую разработку можно использовать при создании асинхронных микросхем с повышенной отказоустойчивостью для сложных задач. космические аппараты.