Wetenschappers van de National Research Nuclear University MEPhI (Rusland) en het Scientific Research Institute of System Analysis van de Russische Academie van Wetenschappen hebben onlangs componenten ontwikkeld voor het ontwerpen van fouttolerante asynchrone circuits, die in ruimtevoertuigen kunnen worden gebruikt.

Microschakelingen die traditioneel worden gebruikt in auto's en computers zijn slecht geschikt voor ruimtevoertuigen vanwege de lage betrouwbaarheid bij blootstelling aan ruimtestraling. In de ruimte, hoogenergetische ionen veroorzaken apparaatfouten en storingen. Dus, bij het ontwikkelen van ASIC's (Application-Specific Integrated Circuits) voor ruimtevaartuigen, wetenschappers moeten speciale methoden ontwikkelen om de fouttolerantie te verbeteren (simpel gezegd, betrouwbaarheid).

"Het ding met synchrone circuits is dat hun complexiteit, net als het aantal elementen op de circuitchip, neemt voortdurend toe, " zei Maxim Gorbunov, assistent-professor bij MEPhI. "Delen van deze circuits, die zich op grote afstand bevinden, moeten worden gesynchroniseerd volgens hun kloksnelheden (klokcycli van een CPU per seconde). Wat betekent, als de door de klokgenerator geproduceerde signalen niet binnen de exacte tijdsintervallen vallen, het circuit stopt gewoon met werken."

Dit is een complexe technische kwestie die de verslechtering van microchipkenmerken omvat, zei Gorbunov. Dat is de reden waarom asynchrone circuits, die geen kloksnelheidsynchronisatie vereisen, worden tegenwoordig als veelbelovend beschouwd.

"In asynchrone circuits gebeurt het schakelen parallel en zonder vertraging; dit maakt deze circuits efficiënter en energie-intensiever dan hun synchrone tegenhangers, Gorbunov legde uit. "De gegevens bereiken de verwerkingseenheid zo snel als het gegevenspad van de processor toelaat, en wordt verwerkt wanneer de respectieve microcircuitchips gereed zijn."

Als het gaat om de methodologie voor het ontwerpen van deze circuits, het is veel problematischer omdat er geen standaardroute is om ze te ontwerpen. Ondanks het feit dat het algemene idee voor het ontwerpen van asynchrone circuits in de jaren zeventig werd voorgesteld, de meeste werken nog steeds voornamelijk met synchrone circuits.

"We hebben de technische mogelijkheden van synchrone circuits tot het uiterste onderzocht, "Zei Gorbunov. "Vandaag, ontwerpparameters (de minimale grootte van microschakelingselementen) zijn niet groter dan tien nanometer. Asynchrone circuits met dezelfde ontwerpparameters zouden sneller werken dan hun synchrone tegenhangers, omdat ze geen synchronisatie nodig hebben."

Russische wetenschappers besloten daarom nieuwe elementen te bedenken voor snellere en betrouwbaardere asynchrone microschakelingen. Het artikel, die in het tijdschrift werd gepubliceerd Acta Astronautica , rapporten over foutbestendige Muller C-elementen - de logische basispoorten die worden gebruikt bij het ontwerpen van asynchrone circuits.

C-elementen zijn logische apparaten met een ingebouwd geheugenelement. Het zijn in wezen bouwstenen met twee ingangen; wanneer ze samenvallen, het signaal blijft, maar wanneer ze dat niet doen, de elementen slaan de vorige waarde op in hun geheugen.

"Door de DICE-methode (Dual Interlocked Cell) toe te passen, die veel wordt gebruikt bij het ontwerpen van synchrone circuits, tot drie C-element ontwerpen, we hebben drie nieuwe DICE C-elementontwerpen verkregen met verbeterde fouttolerantie, " zei een andere auteur over het artikel, Igor Danilov, hoofd van de afdeling Radiation-Hard Fault-Tolerant VLSI Circuits van het RAS Scientific Research Institute of System Development.

De onderzoekers beweren dat deze nieuwe ontwikkeling kan worden gebruikt bij het ontwerpen van asynchrone microschakelingen met verbeterde fouttolerantie voor geavanceerde ruimtevoertuigen.