นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีใหม่ในการป้องกันข้อผิดพลาดของยานอวกาศ

นักวิทยาศาสตร์จาก National Research Nuclear University MEPhI (รัสเซีย) และสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งการวิเคราะห์ระบบของ Russian Academy of Sciences ได้พัฒนาส่วนประกอบสำหรับการออกแบบวงจรอะซิงโครนัสที่ทนต่อข้อผิดพลาด ซึ่งสามารถใช้ในยานอวกาศได้

วงจรไมโครที่ใช้กันทั่วไปในรถยนต์และคอมพิวเตอร์ไม่เหมาะกับยานอวกาศเนื่องจากมีความน่าเชื่อถือต่ำเมื่ออยู่ภายใต้การแผ่รังสีในอวกาศ ในอวกาศ ไอออนพลังงานสูงทำให้เกิดข้อผิดพลาดและความล้มเหลวของอุปกรณ์ ดังนั้น ในการพัฒนา ASIC (วงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน) สำหรับยานอวกาศ นักวิทยาศาสตร์ จำเป็นต้องสร้างวิธีการพิเศษในการปรับปรุงความทนทานต่อความเสียหาย (พูดง่ายๆ คือ ความน่าเชื่อถือ)

“สิ่งที่เกี่ยวกับซิงโครนัส วงจร คือความซับซ้อนขององค์ประกอบเหล่านี้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่นเดียวกับจำนวนองค์ประกอบบนชิปวงจร” Maxim Gorbunov ผู้ช่วยศาสตราจารย์ของ MEPhI กล่าว “ส่วนของวงจรเหล่านี้ซึ่งตั้งอยู่ในระยะทางไกล จะต้องซิงโครไนซ์ตามอัตราสัญญาณนาฬิกา (รอบสัญญาณนาฬิกาของ CPU ต่อวินาที) ซึ่งหมายความว่าหากสัญญาณที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาไม่มาในช่วงเวลาที่แน่นอน วงจรก็จะหยุดทำงาน”

นี่เป็นปัญหาทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนซึ่งรวมถึงการเสื่อมสภาพของคุณลักษณะของไมโครชิป Gorbunov กล่าว นั่นคือเหตุผลว่าทำไมวงจรอะซิงโครนัสซึ่งไม่ต้องการการซิงโครไนซ์อัตรานาฬิกาจึงถือว่ามีแนวโน้มที่ดีในปัจจุบัน

“ในวงจรอะซิงโครนัสการสลับเกิดขึ้นแบบขนานและไม่เกิดความล่าช้า สิ่งนี้ทำให้วงจรเหล่านี้มีประสิทธิภาพและใช้พลังงานมากกว่าวงจรซิงโครนัส” Gorbunov อธิบาย “การ ข้อมูล เข้าถึงหน่วยประมวลผลได้เร็วเท่าที่เส้นทางข้อมูลของโปรเซสเซอร์อนุญาต และจะถูกประมวลผลเมื่อใดก็ตามที่ชิปไมโครวงจรที่เกี่ยวข้องพร้อม”

เมื่อพูดถึงวิธีการออกแบบวงจรเหล่านี้จะมีปัญหามากกว่ามากเนื่องจากไม่มีเส้นทางมาตรฐานในการออกแบบวงจร แม้ว่าแนวคิดทั่วไปในการออกแบบวงจรอะซิงโครนัสจะถูกเสนอในปี 1970 แต่ส่วนใหญ่ยังคงทำงานกับวงจรซิงโครนัสเป็นหลัก

“เราได้สำรวจความเป็นไปได้ทางเทคนิคของวงจรซิงโครนัสจนถึงขีดจำกัด” Gorbunov กล่าว “ในปัจจุบัน พารามิเตอร์การออกแบบ (ขนาดต่ำสุดขององค์ประกอบไมโครวงจร) จะต้องไม่เกินสิบนาโนเมตร วงจรอะซิงโครนัสที่มีพารามิเตอร์การออกแบบเดียวกันจะทำงานได้เร็วกว่าวงจรซิงโครนัส เนื่องจากไม่ต้องการการซิงโครไนซ์”

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียจึงตัดสินใจที่จะสร้างองค์ประกอบใหม่สำหรับวงจรไมโครแบบอะซิงโครนัสที่รวดเร็วและเชื่อถือได้มากขึ้น บทความที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร แอกต้า แอสโทรนอติการายงานเกี่ยวกับองค์ประกอบ Muller C ที่ทนต่อข้อผิดพลาด ซึ่งเป็นลอจิกเกตพื้นฐานที่ใช้ในการออกแบบวงจรอะซิงโครนัส

องค์ประกอบ C เป็นอุปกรณ์ลอจิกที่มีองค์ประกอบหน่วยความจำในตัว โดยพื้นฐานแล้วพวกมันคือหน่วยการสร้างที่มีสองอินพุต เมื่อตรงกัน สัญญาณจะดำเนินต่อไป แต่เมื่อไม่ตรงกัน องค์ประกอบจะเก็บค่าก่อนหน้าไว้ในหน่วยความจำ

“ด้วยการใช้วิธี DICE (Dual Interlocked Cell) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบวงจรซิงโครนัสกับการออกแบบองค์ประกอบ C สามแบบ เราจึงได้รับการออกแบบองค์ประกอบ C ของ DICE ใหม่สามแบบซึ่งมีความทนทานต่อข้อผิดพลาดที่ดีขึ้น” ผู้เขียนอีกคนในบทความกล่าว Igor Danilov หัวหน้าแผนกวงจร VLSI ที่ทนทานต่อข้อบกพร่องจากการแผ่รังสีที่สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์ RAS แห่งการพัฒนาระบบ

นักวิจัยอ้างว่าการพัฒนาใหม่นี้สามารถนำไปใช้ในการออกแบบวงจรไมโครแบบอะซิงโครนัสพร้อมความทนทานต่อข้อผิดพลาดที่ดีขึ้นสำหรับความซับซ้อน ยานอวกาศ.