Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) нашли способ повысить надежность электронных приборов и изделий, используемых в космосе, а также авиации, военной и медицинской отраслях. Новый метод позволяет снизить потребляемую мощность аппаратуры, и обеспечить высокий уровень отказоустойчивости, рассказали ТАСС в понедельник в пресс-службе вуза.
"Одним из распространенных способов повышения надежности электронных изделий является использование структурной избыточности - введение в цифровую систему дополнительных резервных элементов, каналов, устройств и микросхем. Такой подход многократно увеличивает стоимость, вес, габариты и потребляемую мощность изделия, но оправдан для так называемых критических областей применения: в медицинской аппаратуре, аппаратуре атомной энергетики, в авиации, в космической и военной технике, - сообщили в университете. - Моделируя различные варианты резервирования и анализируя их эффективность, ученые Пермского политеха предложили решение, позволяющее сократить затраты на обеспечение надежности при сохранении ее высокого уровня отказоустойчивости".
В частности, для защиты логических элементов микросхем от отказов и сбоев, которые могут быть вызваны высокой или низкой температурой, давлением, радиацией и другими факторами, исследователи предложили использовать резервирование на уровне транзисторов. "Используется так называемое расчетверение: каждый транзистор заменяется на особенным образом соединенные между собой четыре транзистора. Такой подход позволяет обеспечить надежную работу системы в случае проблем с одним из транзисторов в каждой "четверке", а такие случаи бывают, например, при воздействии на аппаратуру тяжелой заряженной частицы, пронзающей космический аппарат", - пояснили члены исследовательской группы.
Ученые исследовали несколько вариантов размещения резервных транзисторных структур в микрочипах и с помощью компьютерного моделирования оценили характеристики их работы. Полученные данные используются для выявления наиболее эффективной структуры логических элементов, позволяющей снизить энергопотребление микрочипа в целом или уменьшить площадь кристалла кремния, необходимого для его работы.
"Предложенный метод поиска оптимальной структуры логического элемента позволит отечественным конструкторам создавать надежные микросхемы с уменьшенным энергопотреблением для высоконадежного оборудования, используемого в тех сферах, где цена ошибки высока, например, - медицина, космос, атомная энергетика и авиация", - отметил аспирант, ассистент кафедры автоматики и телемеханики электротехнического факультета ПНИПУ Максим Никитин.
Исследование пермских ученых уже опубликовано в журнале "Технологии и компоненты микро- и наноэлектроники" за 2022 год.
Об университете
Пермский национальный исследовательский политехнический университет был основан в 1953 году. ПНИПУ является правопреемником и продолжателем традиций Пермского горного института и Пермского политехнического института, сейчас это многопрофильное высшее учебное заведение, обеспечивающее подготовку и переподготовку кадров в технических, технологических, естественнонаучных, экономико-управленческих, гуманитарных, социальных специальностях и направлениях высшего образования.