Hoe de European Space Agency beschermt chips van kosmische straling

De European Space Agency (ESA) heeft gedetailleerde wat nodig is om een ​​microprocessor die kan overleven in de barre omgeving van de ruimte te ontwerpen.

Het bureau ontwierp de eerste iteratie van de LEON2-FT, een 32-bits processor gebruikt op zowel de huidige en toekomstige ESA ruimtevaartuigen: met inbegrip van de Alphasat telecom satelliet, de Proba-V microsatelliet, de Aarde-monitoren Sentinel gezin en de BepiColombo-missie naar Mercurius .

In staat om in hoge straling omgevingen, evenals het overleven van de versnelling en trillingen van de lancering, is een belangrijk kenmerk voor ruimtebesparende gebonden chips.

De FT op naam van de chip staat voor fault tolerant, want het heeft te maken met de ruimte straling veroorzaken van bits van de gegevens te spiegelen in waarde.

Het effect van een hoog-energetische deeltjes slaan van een microprocessor kan variëren van het opgooien van een beetje – bekend als een Single Event Upset – om scheuren van een transistor gate of het veroorzaken van een complete burn-out, die bekend staat als een grendel-up.

“Als microprocessor poorten kleiner geworden en de absolute niveaus van de macht naar beneden gaan, worden onze circuits steeds kwetsbaarder voor enkelvoudige gebeurtenis verstoort,” Roland Weigand van ESA’s micro-elektronica afdeling zei in een blog post gepubliceerd op maandag.

De chips van de ESA-toepassingen zijn ontworpen om te gaan met deze gebeurtenissen zonder storingen dankzij redundantie worden ingebouwd in hun architectuur.

“Je kunt je stukjes dupliceren op verschillende plaatsen rond de microprocessor of gebruik ‘pariteit codering’ om toe te voegen op een extra beetjes die helpen bij het opsporen van fouten,” zei Weigand.

Of u kunt uw stukken in drievoud en vervolgens gebruik maken van een stemsysteem op te sporen en te corrigeren fouten: als gevolg dat omhoog komt het meest waarschijnlijk gelijk te hebben.

tijdelijke in plaats van ruimtelijke redundantie – Als alternatief kunt u dezelfde berekening meerdere keren uit te voeren.

De kosten van dit ontslag is dat de chips groter zal zijn, draaien langzamer en verbruiken meer stroom dan aardse tegenhangers. De LEON2-FT is geëtst met een resolutie van 180nm, terwijl Intel’s nieuwste CPU is ongeveer 32nm.

De Mars rover probeert uit te vinden of de Rode Planeet was ooit bewoonbaar. Hier is de tech is met behulp van de opdracht uit te voeren.

Het bouwen van redundantie in een chip zonder verlammende prestaties vereist optimalisatie van ontwerp, dat het besluit ESA’s aan de LEON architectuur te bouwen van de grond af reed.

“Om deze sancties te beperken vereist een zorgvuldige optimalisatie van het ontwerp, het streven naar compromissen met de verwachte timing processor prestaties”, zei Weigand.

“. Dus vóór de invoering van straling tolerantie functies, moet de chip ontwerpers idealiter hebben een grondige kennis van hoe de processor werkt Dit is een reëel probleem met commerciële processors – op basis van eigen informatie – en het is moeilijk om toe te voegen in dergelijke functies na kernen al is ontworpen, “Weigand zei, het beschrijven van het agentschap reden voor het ontwerpen van de chip zelf en coderen van de instructie van de processor met behulp van definities door de SPARC open standaard in te stellen.

? Innovatie; M2M-markt stuitert terug in Brazilië, 3D Printing; 3D printing handen op: Houtwerk; Banking; CommBank partners met Barclays voor mobiele betalingen, FinTech innovatie, innovatie, Victoria is gericht op het gebied van dromen voor de lokale tech talent?

Een andere factor waarmee rekening moet worden gehouden bij het bouwen van de chip dat langdurige blootstelling aan straling ook de kwaliteit en de elektrische geleidbaarheid van de chip halfgeleidermateriaal kunnen verzwakken, kan leiden tot verminderde prestaties of overmatig stroomverbruik.

De LEON2-FT microprocessor, in de handel bekend als de AT697, werd voor het eerst gebruikt door de ESA in de Columbus module op de; internationale ruimtestation ISS, waar hij een aantal taken, waaronder het opsporen van Automatic Identification System signalen van zeeschepen voor de opbouw van een wereldwijd uitgevoerd beeld van de oceaan-verkeer.

ESA maakt gebruik van de LEON chip architectuur als basis voor meer dan alleen microprocessors: bijvoorbeeld een veld programmable gate array gebaseerde op de LEON2 architectuur is het besturen van een visuele controle camera op ESA’s Venus Express missie sinds 2005.

ESA is het aanpassen van chip ontwerpen voor gebruik in de ruimte, omdat zijn rol in de ontwikkeling van de MA31750 16-bit, 16MHz microprocessor in de vroege jaren 1990.

Een geschiedenis van de ruimtevaart processors

De toekomst van chips ESA’s

Sinds die tijd is het ESA de ontwikkeling van vier generaties van microprocessoren voor zijn ruimteschip heeft gesteund. Prestaties is aanzienlijk toegenomen, van MA31750 twee MIPS aan de 85 Dhrystone MIPS van de LEON2-FT.

Deze chips worden gebruikt in een reeks van ESA-missies, van de inertie eenheden begeleiden van de Ariane 5-draagraketten aan de Herschel en Planck ruimte observatoria.

Werken aan een herziening van de LEON kern voor toekomstige ruimtemissies blijft, zowel Alphasat en Galileo-navigatiesatellieten gebruiken LEON3-gebaseerde herprogrammeerbare chips in de elementen van hun ladingen. Ondertussen ESA heeft gecontracteerd Göteborg-gebaseerde Aeroflex Gaisler een quad-core microprocessor ontwikkelen op basis van Leon4, voor gebruik in het komende decennium.

Evenals wordt gebruikt aan boord van ESA ambacht, heeft het ontwerp van LEON ter beschikking van andere Europese organisaties ruimte voor gebruik in system-on-a-chip microprocessoren. Bijvoorbeeld Astrium wordt gebruikt om een ​​ruimte op basis van GPS te creëren / Galileo navigatiesysteem ontvanger.

? M2M markt stuitert terug in Brazilië

3D-printen handen op: Houtwerk

? CommBank partners met Barclays voor mobiele betalingen, FinTech innovatie

Victoria is gericht op het gebied van dromen voor de lokale tech talent