Эффекты радиации в российской цифровой авионике

Теги:авиация
 

Ilia

новичок

Здравствуйте!

Я занимаюсь эффектами радиации в цифровой микроэлектронике. Сразу признаюсь, что ни в самолетах, ни в военной технике не разбираюсь. Многие из вас наверное знают, что электроника дает сбои при повышенном уровне радиации. Говоря просто, бит в памяти или логике меняет значение с 0 на 1 или наоборот, но физического повреждения, которое можно бы было идентифицировать, нет. Английских терминов для обозначения сего феномена много, некоторые из них single event upset, soft error и transient fault. Наблюдается в аппаратах,
которые там, где протоны, нейтроны и прочие частицы, то есть высоко, а именно самолетах, спутниках и т.д., кроме того в медицинской аппаратуре. Когда ядерная бомба взрывается, наблюдается, понятно, тоже.

Здесь на Западе существует мнение, что коммерческая цифровая электроника с 65 нанометров и ниже будет подвержена похожим явлениям даже на земле. Делается вывод, что с этим надо бороться и брать пример с того, как это делают в авиации, спутниковой промышленности и т.д., с какими-то разумными корректурами. Вопрос, соответственно, а как это делают в этих отраслях в России? Попробую разбить вопрос на подвопросы и написать, насколько знаю, как это делают здесь. На полноту знаний не претендую! Буду рад получить ответы хотя бы на часть вопросов. Если кто-нибудь знает литературу по вопросу или российского ученого, занимающегося именно вот этим, тоже буду рад.

Вопросы:

1. Цифровая электроника для российской авионики - российского или зарубежного производства? В какой технологии производится? Используются ли коммерческие продукты или это специализированные микросхемы?

2. Считаются ли ошибки за счет повышенного уровня радиации проблемой вообще, существует ли статистика, сколько раз за полет они происходили, публикуется ли эта статистика?

3. Проходят ли цифровые компоненты какое-то тестирование на стенде с источником радиации? Если да, то какой источник? Есть ли какие-нибудь государственные или прочие стандарты?

4. Принимаются ли меры для повышения иммунности к упомянутым эффектам? Если да, то на каком уровне: иммунная технология производства, redundancy / fault tolerance в самих компонентах, использование нескольких одинаковых компонентов или еще что-то?

5. Производится ли в рамках built-in test BIT проверка цифровой электроники, как часто это происходит и что происходит, если в полете по итогам проверки оказывается, что электроника-таки работает с ошибкой?


Как это здесь:

1. Электроника из самых разных (западных) стран, насколько мне известно от 0.13 микронов. В некоторых европейских странах доктрина производства только на тех технологиях, которые в принципе существуют в Европе. Использование коммерческих продуктов в моде, называется COTS - Commercial Off The Shelf.

2. Проблема известна, ошибки считаются специальным бортовым оборудованием и протоколируются, не знаю, публикуются ли. Когда-то читал статистику по спутникам во время повышенной солнечной активности.

3. Продукты для сред с повышенной радиацией проходят тестирование на стенде, для всего остального часто проводится эксперимент для характеризации производственной линии. Про стандарты не знаю. Источники разные - от америциевой фольги, которая в любой фирме есть, до источника белого шума, идентичного космическим лучам, которых в каждой стране раз, два и обчелся (есть, например, в Лос Аламосе).

4. Специальные схемы для космоса и самолетов обычно делают на radiation-hardened технологии, в Европе это, в принципе, Actel, в Америке их много. Но 100% они не дают, плюс остаются вышеупомянутые компоненты COTS. Используется и spatial redundancy (например TMR), и time redundancy (например commit rollback) на разных уровнях. Часто в системе с компонентами COTS они продублировабы и стоит некий radiation hardened контроллер, который смотрит, где ошибки и пытается что-то с ними поделать.

5. Точно не знаю, но существует понятие graceful degradation, когда электроника отключает все, кроме жизненно важных функций.

Заранее спасибо за ответы, если есть какие-то вопросы по физике явления или борьбе с ним, рад буду помочь тоже.

С уважением, Илья
 
08.04.2007 17:41, Fakir: +1: За тематику :)

au

   
★★
У вас явно много заблуждений по предмету, попунктно указывать не стану. Но резервирование (redundancy) применялось, применяется и будет применяться сплошь и рядом, ибо.
А вот некоторый нонешний передовой COTS вполне потянет и на радхард, ибо эпитаксиальный силикон на оксиде и изолированные транзисторы сильно помогают с утечками в мелкой геометрии, а сама мелкая геометрия принципиально МЕНЕЕ уязвима к радиации, ибо попасть в неё частицей труднее. Копайте сеть если нужны доказательства.
 

Ilia

новичок

У вас явно много заблуждений по предмету, попунктно указывать не стану. Но резервирование (redundancy) применялось, применяется и будет применяться сплошь и рядом, ибо.
 


Спасибо, а не могли бы Вы написать, какое именно резервирование? Двойное или тройное, на уровне интегральной схемы, ее подблока или чего-нибудь еще? Только память или логику тоже?

А вот некоторый нонешний передовой COTS вполне потянет и на радхард, ибо эпитаксиальный силикон на оксиде и изолированные транзисторы сильно помогают с утечками в мелкой геометрии
 


А что Вы подразумеваете под передовым [COTS]? Отечественный или зарубежный и в какой геометрии? Существует ли требование, чтобы обязательно [SOI]? Здесь в Западной Европе [SOI] не очень любят, потому что не делают.

а сама мелкая геометрия принципиально МЕНЕЕ уязвима к радиации, ибо попасть в неё частицей труднее. Копайте сеть если нужны доказательства.
 


Вы правы, что вероятность попадения в отдельно взятый транзистор меньше. Но одновременно количество трансисторов больше, что повышает вероятность попадения в какой-нибудь один из них. Кроме того, в 65 нанометров Vdd около 0.9V, так что разница между Vdd и Vth меньше, плюс уровень шумов повышен и без всякой радиации. То есть, критический заряд Qcrit меньше, стало быть частица меньшей энергии может произвести эффект.

За указание хотя бы некоторых заблуждений был бы признателен.

С уважением,

Илья
 

pokos

аксакал

В мелкой геометрии меньше не только площадь, но и толщина элемента. Поэтому вероятность попадания частицы в ядро кристаллической решётки внутри элемента для равной площади кристаллов получается меньше. Как раз для технологий КНИ это наиболее заметно.
 

Ilia

новичок

В мелкой геометрии меньше не только площадь, но и толщина элемента. Поэтому вероятность попадания частицы в ядро кристаллической решётки внутри элемента для равной площади кристаллов получается меньше. Как раз для технологий КНИ это наиболее заметно.
 


Спасибо, я понял, как у Вас смотрят на физику этого дела. Не хочу спорить, правильно это или нет, просто понял.

А хотелось бы узнать именно каким конкретно образом с этим борются, и буду признателен за любую инфу об этом.

С уважением,

Илья
 
EE Татарин #19.04.2006 18:42
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
В мелкой геометрии меньше не только площадь, но и толщина элемента. Поэтому вероятность попадания частицы в ядро кристаллической решётки внутри элемента для равной площади кристаллов получается меньше. Как раз для технологий КНИ это наиболее заметно.
 

Однако, для меньших размеров элемента обычно сильно меньше энергия на логическую операцию - гораздо больше вероятность мягких сбоев. С жесткими - примерно та же история.
Если, скажем, для норм "0.5 микрона" на естественную радиоактивность материалов микросхемы (корпуса, например) можно просто забить, то начиная с 0.13 мкм это уже таки может стать серьезной проблемой.

ИМХО, общее место, что чем меньше элемент - тем сложнее защита от радиации.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  

pokos

аксакал

Однако, для меньших размеров элемента обычно сильно меньше энергия на логическую операцию - гораздо больше вероятность мягких сбоев. С жесткими - примерно та же история.
 

Это да, но, опять же, КНИ легче. Если брать солнечные протоны, то разница в энергии логических операций не очень существенна.
Если, скажем, для норм "0.5 микрона" на естественную радиоактивность материалов микросхемы (корпуса, например) можно просто забить,..
 

Если брать альфа- составляющую и КМОП, то даже при 1мкм этому уделяли внимание. Понятно, что для специфических применений.

Борьба, в общем-то, определяется скорее математикой, нежели технологией. От сбоев спасаются мажорированием и контролем выполнения операций, а от неисправностей - резервированием.
Память и АЛУ - контроль операций. В те времена, когда я к этой тематике был поближе, резервировали блоками. Сейчас не знаю, может, и на уровне кристаллов блоки резервируют, хотя это сомнительно.
 

Ilia

новичок

Борьба, в общем-то, определяется скорее математикой, нежели технологией.
 


Здесь - и тем, и тем. Альфы перестают быть проблемой при достаточном контроле материалов на примеси урана и тория, а также свинца, бора и других товарищей с примесями изотопов (хотя в случае бор-17 альфы вторичные продукты).

От сбоев спасаются мажорированием и контролем выполнения операций, а от неисправностей - резервированием.
Память и АЛУ - контроль операций. В те времена, когда я к этой тематике был поближе, резервировали блоками. Сейчас не знаю, может, и на уровне кристаллов блоки резервируют, хотя это сомнительно.
 


Можно уточнить, что точно значит резервирование и мажорирование? Мажорирование - это повторное вычисление, проверка сходится ли и если нет, то вычисление в третий раз? А резервирование - это дублирование? Двойное, тройное или любое?

Извините за вопрос, относящийся скорее к языкознанию - ну нет у меня литературы по-русски.

И опят-таки - кто-нибудь знает, как сейчас?

Спасибо.

Илья
 
RU Серокой #19.04.2006 19:22
+
-
edit
 

Серокой

координатор
★★★
Можно уточнить, что точно значит резервирование и мажорирование? Мажорирование - это повторное вычисление, проверка сходится ли и если нет, то вычисление в третий раз? А резервирование - это дублирование? Двойное, тройное или любое?
 


Мажорирование - сравнение результатов, полученных параллельным путём и выдача на выход наиболее совпадающих.
Резервирование - подключение запасного элемента при полном отказе первого.
Больше не раскалятся ваши колосники. Мамонты пятилеток сбили свои клыки. ©  
Это сообщение редактировалось 19.04.2006 в 19:45

pokos

аксакал

Да, ещё.
Я ни разу не видел в жизни мажорирования более чем 3:1.
А вот резервирование может быть весьма разным. Горячим и холодным по схемам 1+1, 1+N, N:1, т.е резервных блоков может быть весьма разное количество. Определяется оно расчётом надёжности системы, а этот расчёт - дело весьма трудное.
 
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
+
-
edit
 

Shirjaev

новичок
Мы в старые времена,использовали графитовое напыление внутри корпуса блока ,на его стенки для защиты от различных воздействий.Добавляли мелкий графитовый порошок в эпоксидку и из краскопульта покрывали корпус,потом облучали ИК излучением ,так как в эпоксидку были внесены добавки для быстрейшей полимеризации,потом сушка в печи и окраска корпуса поверх напыления.
 

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru