Когда ваш смартфон внезапно зависает или на вашем ноутбуке отображается страшный синий экран смерти, возникает соблазн проклясть производителя гаджета или подумать, не испортили ли вы операционную систему по собственной неумелости. Но остынь. Вполне может быть, что виноватыкосмические лучи из космоса.
Вы можете подумать, что это звучит безумно, поскольку, скорее всего, вы давно не покидали пределы нашей планеты. Но даже в этом случае ваши гаджеты уязвимы для заряженных субатомных частиц, испускаемых Солнцем и более далекими звездами, которые постоянно бомбардируют Землю. Хотя наша атмосфера дает нам определенную степень защиты, некоторым частицам все же удается пройти через этот фильтр, а затем нанести ущерб электронике, изменяя отдельные биты данных, хранящиеся в памяти устройств. Это может привести к сбою, который называется однократным сбоем (SEU). И, по словам исследователей из Университета Вандербильта, которые изучают эту проблему, наша растущая зависимость от электронных гаджетов и последних поколений более компактных и эффективных компьютерных чипов делает нас более уязвимыми, чем когда-либо, для разрушения космическими лучами..
«Очень трудно убедить неспециалиста в том, что инопланетная частица из космоса заставляет его мобильный телефон внезапно нуждаться в перезагрузке или его ноутбук нуждается в перезагрузке», - говорит Бхарат Бхува, профессор электротехники и вычислительной техники. в Университете Вандербильта и член исследовательской группы радиационных эффектов этой школы, по электронной почте. «Большинство людей винят в этом программный или аппаратный сбой, что, вероятно, верно в большинстве случаев, но количество частиц на поверхности земли и количество используемых в настоящее время электронных устройств делают вероятность SEU выше, чем раньше».
Бхува, который недавно участвовал в панельной дискуссии о космических лучах и неисправностях электроники на ежегодном собрании Американской ассоциации развития науки в Бостоне, сказал, что SEU в основном просто доставляют неудобства обычным людям, поскольку они не вызывают необратимого повреждения, и перезагрузка обычно устраняет проблемы. Но для электроники, чья бесперебойная работа имеет решающее значение, например, для электронного управления на коммунальных предприятиях, компьютерных сетей финансовой системы и спасательных медицинских устройств, это более серьезная проблема.
SEU в электронных системах самолетов представляют еще более опасный риск. В 2008 году пассажирский самолет, летевший из Сингапура в Австралию, по-видимому, пострадал от SEU, из-за которого автопилот отключился, что привело к резкому пикированию самолета и ранению 119 пассажиров..
Возможно даже, что космические лучи могут вызвать проблемы с выборами. Команда Бхувы приводит пример местных выборов 2003 года в Схарбеке, Бельгия, на которых SEU в электронной машине для голосования дал одному кандидату 4 096 дополнительных голосов.
Одна из сбивающих с толку вещей, связанных с SEU, вызванными космическими лучами, заключается в том, что впоследствии трудно точно определить, действительно ли частицы вызвали неисправность. Вместо этого исследователи используют моделирование, чтобы предсказать, сколько таких несчастных случаев произойдет с течением времени. Исследователи Вандербильта, например, недавно провели исследование в Лос-Аламосской национальной лаборатории, в ходе которого они подвергли компьютерные чипы воздействию нейтронного луча, чтобы воспроизвести тот же эффект, который могли бы вызвать космические лучи..
Но в мире, где все, от холодильников до автомобилей, все больше подключается к Интернету вещей, мы постоянно увеличиваем нашу уязвимость перед бомбардировкой космическими лучами. «Проблема будет возрастать с IoT из-за количества используемых устройств», - говорит Бхува. «SEU - это вопрос вероятности. Чем больше количество используемых устройств, тем выше вероятность того, что одно из них испытает SEU в любой момент».
Так какой же ответ? К счастью, можно спроектировать компьютерные микросхемы и схемы так, чтобы они имели избыточность, которая снижает риск SEU, вызывающих сбои, и эти функции уже проявляются в высокопроизводительных критически важных системах. А вот бытовую электронику защитить сложнее.
«Чтобы сделать схемы менее уязвимыми для SEU, требуется производительность - скорость, мощность и площадь», - говорит Бхува. «Дизайнеры должны сбалансировать такую стоимость производительности с надежностью. Можно сделать мобильный телефон очень устойчивым к SEU, но он будет потреблять больше энергии, что приведет к снижению производительности батареи или более частой зарядке».
Пока кто-то не придумает лучший способ защиты потребительских гаджетов от космических лучей, с глюками сотовых телефонов и синими экранами на ноутбуках, вероятно, придется смириться. Но, по крайней мере, у нас есть для них возможное объяснение, и проклятие небес не будет таким уж неуместным.
Интересно
Разлагающиеся радиоактивные материалы внутри ноутбуков, телефонов и других электронных устройств, такие как упаковочный материал для интегральных схем, который испускает альфа-частицы, также могут вызывать SEU, говорит Бхува.
Часто задаваемые вопросы
Какая компьютерная ошибка вызвана космическими лучами?
Космические лучи могут вызывать однократные сбои в работе компьютерных микросхем.