Forskare från National Research Nuclear University MEPhI (Ryssland) och Scientific Research Institute of System Analysis vid den ryska vetenskapsakademin har nyligen utvecklat komponenter för att designa feltoleranta asynkrona kretsar, som kan användas i rymdfarkoster.

Mikrokretsar som traditionellt används i bilar och datorer är dåligt lämpade för rymdfarkoster på grund av låg tillförlitlighet när de utsätts för rymdstrålning. I rymden, högenergijoner orsakar enhetsfel och fel. Således, vid utveckling av ASIC (applikationsspecifika integrerade kretsar) för rymdfarkoster, forskare måste skapa speciella metoder för att förbättra fultoleransen (för att uttrycka det enkelt, pålitlighet).

"Saken med synkrona kretsar är att deras komplexitet, precis som antalet element på kretschippet, ökar ständigt, "sa Maxim Gorbunov, biträdande professor vid MEPhI. "Delar av dessa kretsar, som ligger på långt avstånd, måste synkroniseras enligt deras klockfrekvenser (en CPU:s klockcykler per sekund). Som betyder, om signalerna som genereras av klockgeneratorn inte kommer inom de exakta tidsintervallen, kretsen slutar helt enkelt att fungera."

Detta är en komplex teknisk fråga som inkluderar försämring av mikrochips egenskaper, sa Gorbunov. Det är därför asynkrona kretsar, som inte kräver klockfrekvenssynkronisering, anses vara så lovande idag.

"I asynkrona kretsar sker omkoppling parallellt och utan fördröjning; detta gör dessa kretsar mer effektiva och mer energikrävande än sina synkrona motsvarigheter, " Gorbunov förklarade. "Datan når processorenheten så snabbt som processorns dataväg tillåter, och bearbetas närhelst respektive mikrokretschip är redo."

När det gäller metodiken för att designa dessa kretsar, Det är mycket mer problematiskt eftersom det inte finns någon standardväg för att designa dem. Trots det faktum att den allmänna idén för att designa asynkrona kretsar föreslogs på 1970-talet, de flesta arbetar fortfarande främst med synkrona kretsar.

"Vi har utforskat de tekniska möjligheterna med synkrona kretsar till deras gränser, "Sa Gorbunov." Idag, designparametrar (den minimala storleken på mikrokretselement) överstiger inte tio nanometer. Asynkrona kretsar med samma designparametrar skulle fungera snabbare än sina synkrona motsvarigheter, eftersom de inte skulle kräva synkronisering. "

Ryska forskare bestämde sig därför för att komma med nya element för snabbare och mer pålitliga asynkrona mikrokretsar. Artikeln, som publicerades i tidningen Acta Astronautica , rapporterar om felresistenta Muller C-element-de grundläggande logiska grindarna som används vid utformning av asynkrona kretsar.

C-element är logiska enheter med ett inbyggt minneselement. De är i huvudsak byggstenar med två ingångar; när de sammanfaller, signalen fortsätter, men när de inte gör det, elementen lagrar det tidigare värdet i sitt minne.

"Genom att använda metoden DICE (Dual Interlocked Cell), som används ofta vid design av synkrona kretsar, till tre C-elementdesigner, vi fick tre nya DICE C-elementdesigner med förbättrad feltolerans, " sa en annan författare om artikeln, Igor Danilov, chef för avdelningen för strålningshårda fel-toleranta VLSI-kretsar vid RAS Scientific Research Institute of System Development.

Forskarna hävdar att denna nya utveckling kan användas för att designa asynkrona mikrokretsar med förbättrad feltolerans för sofistikerade rymdfarkoster.