Физики ищут способы, чтобы защитить электронику спутников, космических частиц

МОСКВА, 16 ноя — РИА новости. Коллектив кафедры микро - и наноэлектроники Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" представил новую технику, которая позволяет прогнозировать ошибки интегральных схем в пространстве. Статья о проведенном исследовании опубликована в авторитетном научном журнале "IEEE Transactions on Nuclear Science".

Обеспечения надежного функционирования микросхем в космосе важной научной и хозяйственной задачей. Для того, чтобы современные метеоспутники, спутники связи и наблюдения Земли являются экономически эффективными, они должны работать на орбите, чтобы, по крайней мере, 10-15 лет. Общая причина, по которой спутники выходят из строя раньше этого периода – отказ бортовой электроники. Нормальной земли для электронных условиях, слишком ненадежно. Так что для астронавтики почте или изготавливаются по специальной технологии, или выбрать и испытать в частности. Все это требует глубокого понимания физических процессов, которые происходят внутри схемы, и приводит ученых в развитии математических методов, точно предсказать поведение таких систем в различных условиях.

Большое значение имеют так называемые "отдельные эффекты": ошибка в электрической цепи, вызванные воздействием отдельных высокоэнергетических космических частиц из радиационных поясов Земли или глубин Галактики. Проблема индивидуальных ошибок произошла в начале 80-х годов, когда размеры микроэлектронных компонентов, составили около микрона (одна миллионная доля метра).

Особую остроту этой проблеме придает тот факт, что в электронном пространстве не может обеспечить физическую защиту от частиц высоких энергий из-за их высокой проникающей способности. Для того, чтобы эти ошибки активно разрабатываются методы прогноза их частоты в определенных условиях, а также программное обеспечение и аппаратные методы борьбы с ними.

Тем не менее, за последние 30 лет ситуация кардинально изменилась. Уменьшение размеров элементов интегральных схем на наноуровне привела к тому, что распространились несколько ошибок: ситуации, в том числе космических частиц (например, ионов или протонов) может также вызвать ошибки сразу в нескольких логических элементов или ячеек памяти, что приводит к неисправности или повреждению электрических. Этот тип ошибки очень трудно исправить из-за неопределенности их кратность: т. е., количество ошибок из пространства частицы.

Решая эту проблему, специалисты из Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" в ряде исследований 20152017 разработали новую методику, которая позволяет обрабатывать результаты наземных экспериментов и программирования вычисления частоты отказов. Она дает возможность предсказания новых физических, технологических и программных аспектов, которые характерны нанометровых размеров (с технологией нормой менее 100 нм) интегральных схем, более современный образец.

"Это не-курорта удар: пространство, частица находится в состоянии "охватить" сразу несколько элементов интегральных схем", — говорит один из авторов исследования, профессор Клаудио Зебрев, — "нелокальность несколько событий и неопределенность в их множественности не позволяет прогнозировать частоту ошибок и отвергать ошибки старые методы. Кроме того, дальнейшая миниатюризация элементов и усложнение архитектуры интегральных схем может привести к дальнейшему обострению этой проблемы. Потому что мы предложили методику обработки результатов экспериментальных испытаний и вычисления частоты ошибок, которая позволяет отделить сбой по кратностям, а также быстро и надежно оценить их частоту на космических орбитах".

Возможность расчета частоты ошибок различной кратности – необходимое условие для создания новых алгоритмов программного обеспечения, которая может эффективно парировать множественные ошибки в пространстве. Работа в этом направлении коллектив НИЯУ МИФИ проводит в сотрудничестве с научно-исследовательским ИНСТИТУТОМ системных исследований РАН.

Категория: Технологии