Rozrušená jedna událost - Single-event upset
![]() | Tento článek obsahuje seznam obecných Reference, ale zůstává z velké části neověřený, protože postrádá dostatečné odpovídající vložené citace.Srpna 2009) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
A rozrušení jedné události (SEU) je změna stavu způsobená tím, že jedna ionizující částice (ionty, elektrony, fotony ...) zasáhne citlivý uzel v mikroelektronickém zařízení, například v mikroprocesor, polovodičová paměť nebo moc tranzistory. Změna stavu je výsledkem bezplatného poplatku vytvořeného společností ionizace v důležitém uzlu logického prvku nebo v jeho blízkosti (např. „bit“ paměti). Chyba ve výstupu zařízení nebo provozu způsobená v důsledku stávky se nazývá SEU nebo a měkká chyba.
Samotná SEU se na rozdíl od případu jedné události nepovažuje za trvalé poškození funkčnosti tranzistoru nebo obvodů západka (SEL), jedna událost prasknutí brány (SEGR) nebo syndrom vyhoření s jednou událostí (SEB). Toto jsou všechny příklady obecné třídy účinky záření v elektronických zařízeních volala efekty jedné události (VIZ).
Dějiny
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/be/Airbus_A330-303%2C_Qantas_AN0743607.jpg/220px-Airbus_A330-303%2C_Qantas_AN0743607.jpg)
Jednorázové rozrušení byly poprvé popsány během nadzemní fáze jaderné testování, od roku 1954 do roku 1957, kdy bylo pozorováno mnoho anomálií v elektronických monitorovacích zařízeních. Další problémy byly pozorovány v kosmické elektronice během šedesátých let, i když bylo obtížné oddělit měkké poruchy od jiných forem interference. V roce 1972 došlo k rozrušení satelitu Hughes, kdy došlo ke ztrátě komunikace se satelitem na 96 sekund a poté se znovu zachytil. Vědci Dr. Edward C. Smith, Al Holman a Dr. Dan Binder vysvětlili anomálii jako rozrušení jedné události (SEU) a v roce 1975 publikovali první dokument SEU v časopise IEEE Transactions on Nuclear Science.[2] V roce 1978, první důkaz o měkké chyby z částice alfa v obalových materiálech popsal Timothy C. May a M.H. Les. V roce 1979 James Ziegler z IBM, spolu s W. Lanfordem z Yale, nejprve popsal mechanismus, kterým se hladina moře kosmický paprsek může způsobit narušení jediné události v elektronice.
Způsobit
Pozemské SEU vznikají v důsledku srážek kosmických částic s atomy v atmosféře, které vytvářejí kaskády nebo sprchy neutronů a protonů, které zase mohou interagovat s elektronickými obvody. U hlubokých submikronových geometrií to ovlivňuje polovodič zařízení v atmosféře.
Ve vesmíru existují vysokoenergetické ionizující částice jako součást přirozeného pozadí, označovaného jako galaktické kosmické paprsky (GCR). Události slunečních částic a vysokoenergetické protony uvězněné na Zemi magnetosféra (Van Allenovy radiační pásy ) tento problém ještě prohloubí. Vysoké energie spojené s fenoménem v prostředí vesmírných částic obecně způsobují, že zvýšené stínění kosmických lodí je zbytečné, pokud jde o eliminaci SEU a katastrofické jevy s jednou událostí (např. Destruktivní západka ). Sekundární atmosférické neutrony generované kosmické paprsky může mít také dostatečně vysokou energii na výrobu SEU v elektronice při letech letadel nad póly nebo ve vysoké nadmořské výšce. Stopové množství radioaktivní prvky v čipové balíčky také vedou k SEU.
Testování citlivosti SEU
Citlivost zařízení na SEU lze empiricky odhadnout umístěním testovacího zařízení do a částice stream v a cyklotron nebo jiný urychlovač částic zařízení. Tato konkrétní testovací metodika je zvláště užitečná pro předpovídání SER (soft error rate) ve známých vesmírných prostředích, ale může být problematická pro odhad pozemního SER z neutronů. V takovém případě je nutné vyhodnotit velký počet dílů, případně v různých nadmořských výškách, aby se zjistila skutečná rychlost rozrušení.
Dalším způsobem, jak empiricky odhadnout toleranci SEU, je použít komoru stíněnou pro záření se známým zdrojem záření, jako je Cesium-137.
Při testování mikroprocesory u SEU musí být také vyhodnocen software použitý k cvičení zařízení, aby se určilo, které části zařízení byly aktivovány, když došlo k SEU.
SEU a návrh obvodu
Podle definice SEU neničí zapojené obvody, ale mohou způsobit chyby. U vesmírných mikroprocesorů je jednou z nejzranitelnějších částí často paměť cache 1. a 2. úrovně, protože tyto musí být velmi malé a musí mít velmi vysokou rychlost, což znamená, že nedrží příliš mnoho nábojů.[3] Tyto mezipaměti jsou často deaktivovány, pokud jsou pozemské vzory konfigurovány tak, aby přežily SEU. Dalším bodem zranitelnosti je stavový stroj v řízení mikroprocesoru, kvůli riziku vstupu do „mrtvých“ stavů (bez výjezdů), tyto obvody však musí pohánět celý procesor, takže mají relativně velké tranzistory, které zajišťují relativně velké elektrické proudy a nejsou tak zranitelné, jak by si někdo myslel. Další zranitelnou součástí procesoru je RAM. Aby byla zajištěna odolnost vůči SEU, často chyba při opravě paměti se používá společně s obvody k periodickému čtení (vedoucímu ke korekci) nebo drhnout (pokud čtení nevede ke korekci) paměť chyb, než chyby přemohou obvody opravující chyby.[3]
V digitálních a analogových obvodech může jedna událost způsobit šíření jednoho nebo více napěťových pulzů (tj. Závad) obvodem, v takovém případě se označuje jako přechodná událost (SOUBOR). Protože propagační impuls není technicky změnou „stavu“ jako v paměti SEU, je třeba rozlišovat mezi SET a SEU. Pokud se SET šíří digitálními obvody a má za následek zablokování nesprávné hodnoty v sekvenční logické jednotce, je to považováno za SEU.
K hardwarovým problémům může dojít také ze souvisejících důvodů. Za určitých okolností (jak návrh obvodu, tak návrh procesu a vlastnosti částic)parazitický " tyristor Lze aktivovat vlastní konstrukce CMOS, což účinně způsobí zjevný zkrat mezi napájením a zemí. Tato podmínka se označuje jako západka, a při absenci konstrukčních protiopatření, často ničí zařízení kvůli tepelný útěk. Většina výrobců navrhuje, aby zabránila zablokování, a testuje své výrobky, aby zajistila, že k zablokování nedojde při úderech atmosférických částic. Aby se zabránilo zablokování ve vesmíru, epitaxiální substráty, křemík na izolátoru (SOI) nebo křemík na safíru (SOS) se často používají k dalšímu snížení nebo eliminaci citlivosti.
Pozoruhodný SEU
Ve volbách v roce 2003 v Brusel obec Schaerbeek (Belgie ), anomální zaznamenaný počet hlasů zahájil vyšetřování, které dospělo k závěru, že SEU byla odpovědná za poskytnutí kandidátovi 4096 hlasů navíc.[4]
Viz také
- Radiační kalení
- Kosmické paprsky
- Hammingova vzdálenost
- Paritní bit
- Šedý kód
- Libaw-Craigův kód / Johnsonův kód
- Johnsonův pult
Reference
- ^ Časté dotazy týkající se rozrušení jedné události vyvolané neutrony (SEU), Microsemi Corporation, vyvoláno 7. října 2018,
Příčinu lze vysledovat až k chybám v palubním počítači, u nichž existuje podezření, že byly vyvolány kosmickými paprsky.
- ^ Binder, Smith, Holman (1975). "Satelitní anomálie z galaktických kosmických paprsků". Transakce IEEE v oblasti jaderné vědy. NS-22, č. 6 (6): 2675–2680. doi:10.1109 / TNS.1975.4328188 - prostřednictvím IEEE Explore.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
- ^ A b Mittal, Sparsh; Vetter, Jeffrey S. (2016). „Průzkum technik pro modelování a zvyšování spolehlivosti výpočetních systémů“. Transakce IEEE na paralelních a distribuovaných systémech. 27 (4): 1226–1238. doi:10.1109 / TPDS.2015.2426179. OSTI 1261262.
- ^ Ian Johnston (17. února 2017). „Kosmické částice mohou změnit volby a způsobit pád letadel z oblohy, varují vědci“. Nezávislý. Citováno 5. září 2018.
Další čtení
- Obecně SEU
- T.C. May a M.H. Woods, IEEE Trans Electron Devices ED-26, 2 (1979)
- www.seutest.com - Prostředky pro testování měkkých chyb na podporu testovacího protokolu JEDEC JESD89A.
- J. F. Ziegler a W. A. Lanford, „Vliv kosmických paprsků na počítačové paměti“, Věda, 206, 776 (1979)
- Ziegler a kol. IBM Journal of Research and Development. Sv. 40, 1 (1996).
- NASA Úvod do SEU z Goddardovo vesmírné středisko Zařízení pro radiační efekty
- NASA / Smithsonian abstraktní vyhledávání.
- „Odhad míry rozrušení jednotlivých událostí“, J. Zoutendyk, NASA Tech Brief, Sv. 12, č. 10, položka # 152, listopad 1988.
- Laboratoř radiačních efektů Boeingu zaměřená na avioniku
- Měření chyb měkkých pamětí na produkčních systémech, Výroční technická konference USENIX 2007, str. 275-280
- Vysoce spolehlivá kalená západka SEU a vysoce výkonná kalená klapka SEU, mezinárodní sympozium o kvalitním elektronickém designu (ISQED), Kalifornie, USA, 19. - 21. března 2012
- SEU v programovatelných logických zařízeních
- „Jednorázová rozrušení: Mám si dělat starosti?“ Xilinx Corp.
- „Virtex-4: měkké chyby snížené téměř o polovinu!“ A. Lesea, Xilinx TecXclusive, 6. května 2005.
- Jediná událost rozrušení Altera Corp.
- Vyhodnocení měkkých chyb LSI vyvolaných pozemskými kosmickými paprsky a alfa částicemi - H. Kobayashi, K. Shiraishi, H. Tsuchiya, H. Usuki (všichni společnosti Sony) a Y. Nagai, K. Takahisa (univerzita v Osace), 2001.
- Šíření trvalé chyby vyvolané SEU v FPGA K. Morgan (Univerzita Brighama Younga), srpen 2006.
- Technologie FPGA imunní vůči mikrosemi neutronům.
- SEU v mikroprocesorech
- Elder, J.H .; Osborn, J .; Kolasinski, W. A .; "Metoda pro charakterizaci zranitelnosti mikroprocesoru vůči SEU", Transakce IEEE v oblasti jaderné vědy, Prosinec 1988 v 35 n 6.
- Charakterizace SEU digitálních obvodů pomocí vážených testovacích programů
- Analýza chování aplikace během injektování poruchy
- Flight Linux Project
- SEU související diplomové práce a doktorské disertační práce
- R. Islam (2011). Vysokorychlostní energeticky úsporné klopné obvody odolné vůči chybám (mistři). Concordia University (M. A. Sc. Práce).
- T. Z. Fullem (2006). Detekce záření pomocí rozrušení jednotlivých událostí v paměťových čipech. Binghamton University (M. S. práce). ISBN 978-0-542-78484-2. ProQuest 304928976.
- C. L. Howe (2005). Radiačně indukovaná depozice energie a jediná událost narušily chybovost v měřítku mikroelektronických struktur. Vanderbilt University (disertační práce).
- J. A. Thompson (1997). Návrh, konstrukce a programování testovacího stolu založeného na mikrořadiči vhodném pro radiační testování mikroelektronických obvodů. Naval Postgraduate School (M. S. Thesis).
- D. R. Roth (1991). Role vybírání poplatků v jedné události byla rozrušená. Clemson University (disertační práce).
- A. G. Costantine (1990). Pokročilý tester rozrušení jedné události. Rensselaer Polytechnic Institute (dizertační práce).