Bugün öğrendim ki: 2003'te Belçika seçimleri sırasında beklenmeyen bir anormallik meydana geldi: bir aday 4.096 ekstra oy aldı. Araştırmalar, bir kozmik ışının muhtemelen bilgisayar sistemine çarptığını ve bunun da bir bit değişimine neden olduğunu ortaya çıkardı; bu, ikili bir rakamın durum değiştirdiği ve hesaplama hatasına yol açtığı bir fenomendir

---

İyonlaştırıcı bir parçacık tarafından oluşan durum değişimi

Tek olaylı bozulma (SEU), ayrıca tek olaylı hata (SEE) olarak da bilinir, canlı mikro elektronik bir cihazda (örneğin, mikroişlemci, yarı iletken bellek veya güç transistörleri) hassas bir düğüme tek bir iyonlaştırıcı parçacık (örneğin, iyonlar, elektronlar, fotonlar) çarptığında oluşan bir durum değişimidir. Durum değişimi, bir mantık elemanının (örneğin, bellek "bit") önemli bir düğümünde veya yakınında iyonlaşma tarafından oluşturulan serbest yükün sonucudur. Çarpmanın sonucu olarak cihaz çıktısında veya çalışmasında oluşan hataya SEU veya yumuşak hata denir.

SEU, tek olaylı kilitleme (SEL), tek olaylı kapı kopması (SEGR) veya tek olaylı yanma (SEB) durumunda olduğu gibi, transistörlerin veya devrelerin işlevselliğine kalıcı olarak zarar vermediği kabul edilir. Bunların hepsi, elektronik cihazlardaki radyasyon etkilerinin genel bir sınıfı olan tek olaylı etkiler (SEEs) örnekleridir.

Tek olaylı bozulmalar ilk olarak 1954 ile 1957 yılları arasında yer üstü nükleer denemeler sırasında gözlemlendi, o zamanlar elektronik izleme ekipmanlarında birçok anormallik gözlemlendi. 1960'larda uzay elektroniklerinde de benzer problemler gözlemlendi, ancak yumuşak arızaları diğer müdahalelerden ayırmak zor oldu. 1972'de Hughes uydusunda, uyduyla olan iletişim 96 saniyeliğine kesildi ve sonra yeniden sağlandı. Bilim insanları Dr. Edward C. Smith, Al Holman ve Dr. Dan Binder bu anormalliği tek olaylı bozulma (SEU) olarak açıkladılar ve 1975'te IEEE Nükleer Bilimler Dergisi'nde ilk SEU makalesini yayınladılar. [2] 1978'de, ambalaj malzemelerindeki alfa parçacıklarından kaynaklanan ilk yumuşak hata kanıtı Timothy C. May ve M.H. Woods tarafından tanımlandı. 1979'da IBM'den James Ziegler ile birlikte Yale'den W. Lanford, deniz seviyesindeki kozmik ışınların elektronik cihazda tek olaylı bozulmaya neden olabileceği mekanizmayı ilk kez tanımladılar. 1979 ayrıca, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nın 88 İnç Siklotron ve Bevatron'unda gerçekleştirilen dünyanın ilk ağır iyon "tek olaylı etki" testi gördü. [3]

Yersel SEU'lar, kozmik parçacıkların atmosfere çarparak nötron ve protonlardan oluşan şelaleler veya duşlar oluşturması nedeniyle oluşur; bu da elektronik devrelerle etkileşime girebilir. Derin alt mikron geometrilerinde, bu, atmosferdeki yarı iletken cihazları etkiler.

Uzayda, yüksek enerjili iyonlaştırıcı parçacıklar doğal arka planın bir parçası olarak bulunur, galaktik kozmik ışınlar (GCR'ler) olarak adlandırılır. Güneş parçacık olayları ve Dünya manyetosferinde (Van Allen radyasyon kuşakları) sıkışan yüksek enerjili protonlar bu sorunu şiddetlendirir. Uzay parçacık ortamındaki fenomenle ilişkili yüksek enerjiler, genel olarak SEU'ları ve felaketli tek olaylı fenomenleri (örneğin, yıkıcı kilitleme) ortadan kaldırma açısından artan uzay aracı kalkanlarını işe yaramaz hale getirir. Kozmik ışınlar tarafından üretilen ikincil atmosferik nötronlar, kutuplar üzerinde veya yüksek irtifalarda uçak uçuşlarındaki elektroniklerde SEU oluşturmak için yeterince yüksek enerjiye sahip olabilir. Çip paketlerinde bulunan iz miktardaki radyoaktif elementler de SEU'lara yol açabilir.

Bir cihazın SEU'ya duyarlılığı, bir test cihazını bir siklotron veya başka bir parçacık hızlandırıcı tesisinde bir parçacık akımına yerleştirerek deneysel olarak tahmin edilebilir. Bu özel test metodolojisi, bilinen uzay ortamlarındaki SER (yumuşak hata oranı) tahmininde özellikle yararlıdır, ancak nötronlardan kaynaklanan yersel SER'in tahmin edilmesi sorunlu olabilir. Bu durumda, gerçek bozulma oranını bulmak için muhtemelen farklı irtifalarda büyük sayıda parça değerlendirilmelidir.

SEU toleransını deneysel olarak tahmin etmenin başka bir yolu, Sezyum-137 gibi bilinen bir radyasyon kaynağıyla radyasyondan korunmuş bir odanın kullanılmasıdır.

Mikroişlemcileri SEU açısından test ederken, cihazı çalıştırmak için kullanılan yazılım da, SEU'ların gerçekleştiği anda cihazın hangi bölümlerinin etkinleştirildiğini belirlemek için değerlendirilmelidir.

Ana makale: Radyasyon sertleştirme

Tanım gereği, SEU'lar ilgili devreleri yok etmez, ancak hatalara neden olabilir. Uzay tabanlı mikroişlemcilerde en savunmasız kısımlardan biri genellikle 1. ve 2. seviye önbelleğe alınmış belleklerdir, çünkü bunlar çok küçük ve çok hızlı olmalıdır, bu da çok az yük tuttukları anlamına gelir. Genellikle, yersel tasarımlar SEU'lara karşı dayanıklılık gösterilecek şekilde yapılandırılırsa bu önbelleğe alınmış bellekler devre dışı bırakılır. Başka bir savunmasız nokta, mikro işlemci kontrolündeki durum makinesidir, çünkü "ölü" durumlara (çıkış yok) girme riski vardır; ancak bu devreler tüm işlemciyi kontrol etmelidir, bu nedenle nispeten büyük akımlar sağlamak için nispeten büyük transistörleri vardır ve düşündüğünüz kadar savunmasız değildir. Başka bir savunmasız işlemci bileşeni, özellikle önbelleğe alınmış bellekte kullanılan RAM'dir ve daha spesifik olarak statik RAM (SRAM). SRAM belleği genellikle, birim alanda maksimum bit sayısını atamak için teknoloji tarafından izin verilen minimum değere yakın transistör boyutlarıyla tasarlanır. Küçük transistör boyutları ve yüksek bit yoğunluğu, belleği SEU'lara karşı en duyarlı bileşenlerden biri yapar. SEU'lara karşı direnç sağlamak için genellikle hatayı düzeltmek için bir bellek ve hatayı periyodik olarak okumak (düzelmeye yol açmak) veya (okuma düzelmeye yol açmazsa) silmek için devreler kullanılır; böylece hatalar hata düzeltme devresini aşmadan önce düzeltilir.

Dijital ve analog devrelerde, tek bir olay bir veya daha fazla voltaj darbesi (yani, tırtıklar) devre boyunca yayılmasına neden olabilir; bu durumda, tek olaylı geçiş (SET) olarak adlandırılır. Yayılan darbe, bir bellek SEU'sunda olduğu gibi teknik olarak "durum" değişimine sahip olmadığından, SET ve SEU arasında ayrım yapılmalıdır. Bir SET dijital devre boyunca yayılırsa ve ardışık mantık ünitesinde yanlış bir değer sabitlenirse, o zaman SEU olarak kabul edilir.

İlgili nedenlerden dolayı donanım problemleri de ortaya çıkabilir. Bazı koşullar altında (hem devre tasarımı, hem işlem tasarımı hem de parçacık özellikleri) CMOS tasarımlarına özgü "parazit" bir diyot etkinleştirilebilir ve bu da güçten yere doğru görünür bir kısa devreye neden olabilir. Bu duruma kilitleme denir ve yapım karşı önlemlerin bulunmaması durumunda, genellikle termal kaçış nedeniyle cihazı yok eder. Çoğu üretici kilitlemeyi önlemek ve ürünlerinin atmosferik parçacık çarpmalarından dolayı kilitlemenin meydana gelmediğini sağlamak için testler yapar. Uzayda kilitlemeyi önlemek için genellikle epiaksiyel substratlar, yalıtkan silikon üzerinde silikon (SOI) veya safir üzerinde silikon (SOS) kullanılır, böylece duyarlılık azaltılır veya ortadan kaldırılır.

Brüksel'in (Belçika) Schaerbeek belediyesi'ndeki 2003 seçimleri sırasında, anormal derecede yüksek oy sayısı bir soruşturma başlattı ve bunun Maria Vindevoghel adlı bir adaya 4.096 ek oy vermekle sonuçlanan bir SEU olduğunu ortaya çıkardı. Oy sayısındaki farkın iki üzeri 12'ye eşit olması tek olaylı bozulma olasılığını göstermektedir. [5]

7 Ekim 2008'de, 37.000 fit yükseklikte bulunan Qantas 72 seferinde uçağın üç hava verileriyle ilgili inersiyel referans biriminde bir arıza meydana geldi; bu, uçağın uçuş kontrol sistemlerine yanlış verilerin gönderilmesine yol açtı. Bu, eğim kayıplarına neden oldu ve mürettebat ve yolculara ciddi yaralanmalara neden oldu. Tüm olası nedenler "olası değil" veya "çok olası değil" olarak kabul edildi, sadece SEU hariç; bunun olasılığının tahmin edilememesi. [6]

Radyasyon sertleştirme

Kozmik ışınlar

Hamming uzaklığı

Parite biti

Gri kod

Libaw-Craig kodu / Johnson kodu

Johnson sayaç

Yumuşak hata

Genel SEU

T.C. May ve M.H. Woods, IEEE Trans Elektron Cihazları ED-26, 2 (1979)

www.seutest.com - JEDEC JESD89A test protokolünü desteklemek için yumuşak hata testi kaynakları.

J. F. Ziegler ve W. A. Lanford, "Kozmik Işınların Bilgisayar Bellekleri Üzerindeki Etkisi", Science, 206, 776 (1979)

Ziegler ve diğerleri. IBM Araştırma ve Geliştirme Dergisi. Cilt 40, 1 (1996).

NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi Radyasyon Etkileri Tesisi'nden SEU'ya Giriş

NASA/Smithsonian soyut arama.

"Tek Olaylı Bozulma Oranlarını Tahmin Etme", J. Zoutendyk, NASA Teknoloji Bülteni, Cilt 12, No. 10, madde #152, Kasım 1988.

Boeing Radyasyon Etkileri Laboratuvarı, özellikle Havacılık Elektronikleri üzerinde yoğunlaşıyor

Üretim Sistemlerinde Bir Bellek Yumuşak Hata Ölçümü, 2007 USENIX Yıllık Teknik Konferansı, s. 275–280

Yüksek Güvenilirliğe Sahip SEU Sertleştirilmiş Kilitleme ve Yüksek Performanslı SEU Sertleştirilmiş Flip-Flop, Kaliforniya, ABD, Mart 19-21, 2012 tarihlerinde Uluslararası Kaliteli Elektronik Tasarım Sempozyumu (ISQED)

Programlanabilir mantık cihazlarında SEU

"Tek Olaylı Bozulmalar: Endişelenmeli miyim?" Xilinx Corp.

"Virtex-4: Yumuşak Hatalar Yaklaşık Yarısına İndiriliyor!" A. Lesea, Xilinx TecXclusive, 6 Mayıs 2005.

Tek Olaylı Bozulmalar Altera Corp.

Yersel Kozmetik Işınlar ve Alfa Parçacıkları Tarafından Uyarılan LSI Yumuşak Hataların Değerlendirilmesi - H. Kobayashi, K. Shiraishi, H. Tsuchiya, H. Usuki (hepsi Sony) ve Y. Nagai, K. Takahisa (Osaka Üniversitesi), 2001.

FPGA'lerde SEU-İndüklenmiş Kalıcı Hata Yayılımı K. Morgan (Brigham Young Üniversitesi), Ağustos 2006.

Microsemi nötron bağışıklığı FPGA teknolojisi.

Mikroişlemcilerde SEU

Elder, J.H.; Osborn, J.; Kolasinski, W. A.; "Mikroişlemcinin SEU'ya Karşı Hassasiyetini Belirleme Yöntemi", IEEE Nükleer Bilimler Dergisi, Aralık 1988, s. 35 n 6.

Ağırlıklı Test Programları Kullanılarak Dijital Devrelerin SEU Karakterizasyonu

Hata Enjeksiyonu Sırasında Uygulama Davranışının Analizi

Uçuş Linux Projesi

SEU ile ilgili yüksek lisans tezleri ve doktora tezleri