Цивилизация
Когда компьютер или смартфон выходит из строя, первые, на кого хочется спустить собак, — производители. Но проблема не всегда в них или в неправильном использовании устройства.
В сбоях электронных устройств могут быть виноваты субатомные частицы родом из-за пределов нашей галактики, считают исследователи из Университета Вандербильта.
Как объясняет профессор электротехники Бхарат Бхува в докладе, сделанном в рамках сессии «Облачно, возможны солнечные вспышки: подсчет рисков космической погоды» на ежегодной встрече Американской ассоциации содействия развитию науки, во многих случаях отказ техники происходит из-за воздействия электрически заряженных частиц, созданных космическими лучами. В основном эти лучи генерируются за пределами нашей галактики.
«Это действительно большая проблема, но в основном незаметная для общественности», — отмечает он.
В докладе он проливает свет на различные концепции, в том числе на единичные случаи выхода из строя (Single Event Upset, SEU). На атмосферу Земли воздействуют космические лучи, движущиеся со скоростью света. Они порождают каскады пионов, мюонов, нейтронов и альфа-частиц. Ежесекундно миллионы образовавшихся частиц бомбардируют тела людей. Это воздействие незаметно и не оказывает вреда для организма. Но часть этих частиц способна создавать помехи в интегральных схемах электронных устройств. В результате это взаимодействие может изменить данные, хранящиеся в памяти устройства.
Бхува сообщает, что трудно определить, когда и где появятся такие частицы. Кроме того, никаких физических признаков повреждения не возникает. Также нельзя сразу сказать, виновато в сбое космическое излучение, аппаратный дефект или ошибка программного обеспечения. Для того чтобы утверждать, что проблема вызвана SEU, нужно сначала исключить другие причины.
И все же, трудно — не значит невозможно.
Авторы исследования приводят пример с бельгийским городком Схарбек, где в 2003 году во время выборов в парламент один из кандидатов благодаря излучению получил 4096 дополнительных голосов.
Ошибка была замечена, потому что кандидат набрал количество голосов, превышающее возможное. Расследование причин произошедшего привело к выводу, что ошибка возникла именно из-за воздействия космических лучей, которые вызвали сбой в реестре электронного устройства для подсчета голосов.
Другой приведенный пример — проблема, возникшая на пассажирском самолете, летевшем из Сингапура в Перт.
Из-за воздействия излучения у самолета отключился автопилот и он резко «подпрыгнул» на 210 метров.
Почти треть пассажиров получила настолько серьезные травмы, что самолет пришлось экстренно посадить в ближайшем аэропорту. Кроме того, компьютеры авиакомпании выдали несколько необъяснимых ошибок, которые привели к отмене сотен рейсов и в результате к значительным экономическим потерям.
Исследователи взяли образцы интегральных схем и обследовали их в лаборатории, проверив, как на них воздействуют нейтронные лучи. Выяснилось, что основная часть электроники под таким воздействием может выдавать сотни и тысячи ошибок в работе.
«Наше исследование подтверждает, что мы имеем дело с серьезной и растущей проблемой. Это не стало неожиданностью. Исследовав воздействие излучения на электронные схемы, разработанные для военных и космических технологий, мы смогли выявить его и в устройствах, работающих на Земле», — рассказывает Бхува.
В 2004 году компания Cypress Semiconductor, занимающаяся разработкой и производством полупроводников, приводила следующие данные по количеству вызываемых космическим излучением ошибок:
— мобильный телефон с 500 Кб памяти должен совершать одну потенциальную ошибку в 28 лет;
— сеть маршрутизаторов с памятью в 25 Гб допускает одну ошибку, приводящую к сбою в сети, каждые 17 часов;
— находясь в самолете на высоте 10,6–10,7 км, ноутбук с памятью в 500 Кб может совершать одну ошибку каждые пять часов.
«Производители полупроводников очень обеспокоены этой проблемой, потому что она становится все серьезнее из-за того, что мощность электронных устройств растет, да и их количество значительно увеличивается», — сообщает Бхува.
Группа, в составе которой он работает, с 2001 года анализирует воздействие космического излучения на бытовые приборы. За это время работу Бхувы и его коллег финансировали такие компании, как Altera, ARM, AMD, Broadcom, Cisco Systems, Marvell, MediaTek, Renesas, Qualcomm, Synopsys и TSMC.
Как отмечает Бхува, проблема касается в основном сектора бытовой электроники — в сферах авиации, медицины, информационных технологий и связи, транспортных, энергетических и финансовых отраслях о проблеме знают и предпринимают шаги для ее решения.