Các nhà khoa học khám phá ra cách mới để ngăn ngừa lỗi tàu vũ trụ

Các nhà khoa học từ Đại học Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia MEPhI (Nga) và Viện Nghiên cứu Khoa học Phân tích Hệ thống của Viện Hàn lâm Khoa học Nga gần đây đã phát triển các thành phần để thiết kế các mạch không đồng bộ có khả năng chịu lỗi, có thể sử dụng trong các phương tiện không gian.

Các vi mạch thường được sử dụng trong ô tô và máy tính không phù hợp với các phương tiện không gian do độ tin cậy thấp khi chịu bức xạ không gian. Trong không gian, các ion năng lượng cao gây ra lỗi và hư hỏng thiết bị. Do đó, khi phát triển ASIC (Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng) cho tàu vũ trụ, các nhà khoa học cần tạo ra các phương pháp đặc biệt để cải thiện khả năng chịu lỗi (nói một cách đơn giản là độ tin cậy).

“Vấn đề về đồng bộ Chu trình Maxim Gorbunov, trợ lý giáo sư tại MEPhI cho biết, độ phức tạp của chúng, giống như số lượng phần tử trên chip mạch, không ngừng tăng lên. “Các phần của các mạch này, nằm ở khoảng cách xa, phải được đồng bộ hóa theo tốc độ xung nhịp của chúng (chu kỳ xung nhịp của CPU mỗi giây). Điều đó có nghĩa là, nếu tín hiệu do bộ tạo đồng hồ tạo ra không đến trong khoảng thời gian chính xác thì mạch sẽ ngừng hoạt động.”

Gorbunov cho biết đây là một vấn đề kỹ thuật phức tạp bao gồm sự suy giảm các đặc tính của vi mạch. Đó là lý do tại sao các mạch không đồng bộ, không yêu cầu đồng bộ hóa tốc độ xung nhịp, được coi là rất hứa hẹn ngày nay.

“Trong các mạch không đồng bộ, việc chuyển mạch xảy ra song song và không có độ trễ; điều này làm cho các mạch này hiệu quả hơn và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với các mạch đồng bộ của chúng,” Gorbunov giải thích. "Các dữ liệu đến bộ phận xử lý nhanh nhất mà đường dẫn dữ liệu của bộ xử lý cho phép và được xử lý bất cứ khi nào các chip vi mạch tương ứng sẵn sàng.”

Khi nói đến phương pháp thiết kế các mạch này, sẽ khó khăn hơn nhiều vì không có lộ trình tiêu chuẩn để thiết kế chúng. Mặc dù thực tế là ý tưởng chung để thiết kế mạch không đồng bộ đã được đề xuất vào những năm 1970, nhưng hầu hết vẫn chủ yếu hoạt động với các mạch đồng bộ.

Gorbunov cho biết: “Chúng tôi đã khám phá các khả năng kỹ thuật của mạch đồng bộ đến giới hạn của chúng. “Ngày nay, các thông số thiết kế (kích thước tối thiểu của các phần tử vi mạch) không vượt quá 10 nanomet. Các mạch không đồng bộ có cùng thông số thiết kế sẽ hoạt động nhanh hơn các mạch đồng bộ vì chúng không yêu cầu đồng bộ hóa.”

Do đó, các nhà khoa học Nga đã quyết định tìm ra các nguyên tố mới để tạo ra các vi mạch không đồng bộ nhanh hơn và đáng tin cậy hơn. Bài báo được đăng trên tạp chí Acta du hành vũ trụ, báo cáo về các phần tử Muller C chống lỗi—các cổng logic cơ bản được sử dụng trong thiết kế các mạch không đồng bộ.

Phần tử C là các thiết bị logic có phần tử bộ nhớ tích hợp. Về cơ bản, chúng là những khối xây dựng có hai đầu vào; khi chúng trùng nhau, tín hiệu vẫn tiếp tục, nhưng khi không trùng nhau, các phần tử sẽ lưu giá trị trước đó vào bộ nhớ của chúng.

Một tác giả khác của bài báo cho biết: “Bằng cách áp dụng phương pháp DICE (Dual Interlocked Cell), được sử dụng rộng rãi trong thiết kế mạch đồng bộ, cho ba thiết kế phần tử C, chúng tôi đã thu được ba thiết kế phần tử C DICE mới với khả năng chịu lỗi được cải thiện”. Igor Danilov, người đứng đầu Bộ phận Mạch VLSI chịu lỗi bức xạ tại Viện nghiên cứu khoa học phát triển hệ thống RAS.

Các nhà nghiên cứu khẳng định sự phát triển mới này có thể được sử dụng trong việc thiết kế các vi mạch không đồng bộ với khả năng chịu lỗi được cải thiện cho các ứng dụng phức tạp. phương tiện không gian.