Kosmische Strahlung - die Ursache für zufällige Computerabstürze?

Wenn Ihr Computer plötzlich einfriert, einen „blauen Bildschirm des Todes“ anzeigt oder die Datei nicht kopieren konnte, geben Sie dem Hersteller der Computerausrüstung oder des fehlerhaften Speichers keine Schuld. Vielleicht ist die Ursache des Versagens kosmische Strahlung. Solche Ereignisse werden als "Verstöße gegen einzelne Ereignisse (SEU)" bezeichnet.

Eine Verletzung infolge eines einzelnen Ereignisses ist eine Änderung des Zustands der elektronischen Komponente, die durch ein einzelnes Teilchen ionisierender Strahlung (Ion, Photon, Proton, Neutron usw.) verursacht wird, das mit einem empfindlichen Knoten im System wie einem Mikroprozessor, einem Halbleiterspeicher oder einem leistungsstarken Transistor kollidiert. Die Zustandsänderung tritt aufgrund des Auftretens einer freien Ladung auf, die als Ergebnis einer Ionisierung innerhalb oder nahe des empfindlichen Knotens des Systems oder eines logischen Elements wie eines Speicherbits auftritt. Infolgedessen erzeugt das Gerät einen Fehler. Dieser einzelne Fehler wird auch als "Verstoß aufgrund eines einzelnen Ereignisses", SEU oder einfach als zufälliger Fehler (weicher Fehler) bezeichnet.

Unbeabsichtigte Störungen aufgrund kosmischer Strahlung treten sogar auf der Erde in regelmäßigen Abständen auf, und die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens in Flugzeugen in der Höhe und in der erdnahen Umlaufbahn ist hunderte Male höher. Je höher - desto wahrscheinlicher, weil es eine verdünntere Atmosphäre und einen schwächeren Schutz gegen kosmische Strahlung gibt.

Die Folgen von SEUs können variieren. Beispielsweise kann bei einer digitalen Fotografie ein Pixel herausfallen. Nichts Schlimmes. Es ist eine andere Sache, wenn aufgrund eines Weltraumneutrons das Computersystem des Flugzeugs nicht richtig funktioniert - und er eine Notlandung durchführen muss. Es ist wirklich einmal passiertmit dem militärischen Transportflugzeug C-141B Starlifter, das beim Überfliegen des Japanischen Meeres mit mehr als 100 Passagieren an Bord einen versehentlichen Absturz erlitt. Während des Fluges fiel das Flugzeug plötzlich auf den rechten Flügel. Die Besatzung schaffte es, die Rolle zu begradigen und das Flugzeug zu landen. Eine anschließende Untersuchung ergab, dass der Mikrochip im automatischen Steuerungssystem plötzlich falsche Messwerte mit dem falschen Bit lieferte - wahrscheinlich aufgrund einer Kollision mit einem Neutron.

Laut Statistik passieren in großer Höhe ungefähr 1.600 kosmische Teilchen pro Sekunde jeden Quadratmeter Oberfläche. Das heißt, ungefähr 600 kosmische Teilchen pro Stunde passieren jeden Quadratzentimeter. Basierend auf solchen Annahmen sind zufällige Fehler möglicherweise nicht so selten, wie es jemandem scheint.

In einer Höhe von mehr als 9000 Metern ist die Intensität des Neutronenflusses 300-mal höher als auf Meereshöhe. Die Wahrscheinlichkeit eines Verstoßes aufgrund eines einzelnen Ereignisses steigt ebenfalls. Leider gibt es keinen wirklichen Schutz vor kosmischen Strahlen. Alles, was bleibt, ist, sich auf das Glück zu verlassen.

7 2008 Airbus A330-303 Qantas Airways () . 11 300  , . , , . 110 303 , 9 12 . 12 , 39 . SEU, «» « ». « », SEU .

Obwohl auf der Erde die Wahrscheinlichkeit einer einzelnen Fehlfunktion aufgrund kosmischer Strahlung 300-mal geringer ist als in einer Höhe von 9000 Metern, werden manchmal die unerklärlichsten Ereignisse, die mit der Computertechnologie auftreten, diesem Phänomen zugeschrieben. Beispielsweise hat ein elektronischer Abstimmungsautomat in Schaerbeek (Belgien) 2003 einem der Kandidaten 4.096 Stimmen hinzugefügt. Eine Untersuchung ergab, dass dieser Fehler durch eine Änderung eines Bits im Gerätespeicher verursacht wurde. Der Grund wurde kosmische Strahlung genannt. In der Regel wurde der Fehler nur aufgrund der Tatsache entdeckt, dass der Kandidat mehr Stimmen erhielt als möglich. Andernfalls wäre der Fehler unbemerkt geblieben.

"Dies ist ein wirklich großes Problem, aber es bleibt für die Gesellschaft weitgehend unsichtbar", sagtBharat Bhuva ist Mitglied der Radiation Effects Research Group und Professor für Elektrotechnik an der Vanderbilt University (USA). Diese Forschungsgruppe wurde 1987 gegründet, um unter anderem die Wirkung kosmischer Strahlung auf elektronische Systeme zu untersuchen. Ursprünglich befasste sich die Gruppe mit Militär- und Raumfahrtsystemen, hat aber seit 2001 den Interessenbereich auf Unterhaltungselektronik ausgeweitet.

Obwohl es ziemlich auffällige Beispiele für Gerätestörungen gibt, bleiben SEUs ein äußerst seltenes Phänomen. Experten achten jedoch darauf, dass elektronische Mikroschaltungen zunehmend in verschiedenen Haushaltsgeräten eingesetzt werden. Die Dichte der Transistoren auf Chips nimmt ebenso zu wie ihre Anzahl. Aus diesem Grund steigt die Wahrscheinlichkeit eines „Weltraumversagens“ von Jahr zu Jahr. Elektrohersteller untersuchen das Problem. Zum Beispiel bestiegen die Fujitsu-Ingenieure 2008 einen hawaiianischen Vulkan , um die kosmische Strahlung in einer Höhe von 4200 Metern zu messen. Dort ist es etwa 16 mal höher als auf Meereshöhe.

Zum Schutz vor kosmischer Strahlung versuchen Hersteller von Unterhaltungselektronik, weniger empfindliche Materialien und Fehlerkorrekturcodes zu verwenden. Teurere Geräte können Vervielfältigungssysteme verwenden.

Ingenieure, Systemadministratoren und Programmierer haben jetzt eine hervorragende Ausrede, um die seltsamen Störungen der Computertechnologie zu erklären.

Source: https://habr.com/ru/post/de401681/