Компьютерные сбои могут иметь космическое происхождение

Космические лучи, а точнее, генерируемые ими заряженные частицы, практически безопасны для живых организмов, но могут вызвать одиночные нарушения в работе микроэлектронных устройств, так называемые SEU (Single-Event Upset).

В SEU, частица, обладающая достаточно высокой энергией, меняет состояние индивидуальной ячейки компьютерной памяти. Последствия могут быть самыми разными: от неразличимого глазом неправильного пикселя на фотоснимке, до авиакатастрофы.

В 2003 г. в Бельгии точечный сбой в машине для электронного голосования добавил 4096 голосов одному из кандидатов. В октябре 2008 г. отказ одного из трех инерциальных блоков «Аэробуса», следующего из Перта в Сингапур, привёл к резкой потере высоты. От удара о потолок пострадали 119 человек, из которых пять десятков были госпитализированы. В обоих случаях SEU — единственное оставшееся объяснение. В сентябре прошлого года Cisco назвала космические нейтроны в качестве вероятной причины частичной потери данных у пользователей маршрутизаторов ASR 9000.

Наибольшему риску подвергаются самолеты и техника, находящаяся в высоких широтах. Тем не менее, для космических нейтронов не существует непроницаемых преград. Риск SEU сохраняется для любого электронного устройства и он постоянно увеличивается по мере того, как транзисторы становятся все меньше, а плотность их размещения в чипе растёт.

Об этом уже более 20 лет известно военным, в аэрокосмической и компьютерной индустрии, однако рядовым пользователям невдомек, что причиной внезапных проблем с их домашним компьютером или смартфоном могут быть нейтроны, бомбардирующие поверхность Земли из космоса.

«Это действительно большая проблема, однако она в основном остаётся невидимой для общественности», — отмечает профессор Бхарат Бхув (Bharat Bhuva) из Группы исследования радиационных эффектов Университа Вандербильта (штат Теннесси). Свои исследования основанная тридцать лет назад группа ориентировала на оборонные и космические приложения, но с 2001 г. включила в рассмотрение также потребительскую электронику. В прошлую пятницу Бхува выступил с презентацией на тему SEU в Бостоне, на ежегодной конференции организации AAAS (American Association for the Advancement of Science).

Чипмейкеры ищут способы противодействия воздействию космических лучей, инженеры Fujitsu для изучения проблемы даже поднимались на гавайский вулкан. Загвоздка в том, что троекратное резервирование схем — единственный гарантированный способ борьбы с нейтронными SEU — обходится слишком дорого. Его применение признано нерентабельным для некритических задач, вроде обработки изображение и данных. Частичная же защита, например, снижением внутренней чувствительности транзисторов к SEU, быстро сводится на нет законом Мура.