Schermo blu della morte? iPhone bloccato? Dai la colpa alle particelle dallo spazio esterno

Le particelle caricate elettricamente dallo spazio esterno possono essere la causa quando i nostri dispositivi elettronici si schiantano inaspettatamente.

Secondo Bharat Bhuva, professore di ingegneria elettrica alla Vanderbilt University, molti difetti inspiegabili che forzano un riavvio potrebbero essere il risultato di particelle caricate elettricamente generate dai raggi cosmici dall’esterno del nostro sistema solare.

Una volta che i raggi raggiungono la Terra, creano “cascate di particelle secondarie tra cui neutroni energetici, muoni, pioni e particelle alfa”, che sono abbastanza potenti e abbondanti da innescare un problema tecnico nei transistor elettronici.

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Bhuva è membro di un gruppo che ha ricevuto finanziamenti dai principali produttori di chip per studiare gli effetti delle radiazioni sui sistemi elettronici. Il loro lavoro più recente ha esplorato l’effetto dei raggi cosmici sui transistor FinFET 3D a 16 nm di attuale generazione.

I sostenitori includono Altera, ARM, AMD, Broadcom, Cisco Systems, Marvell, MediaTek, Renesas, Qualcomm, Synopsys e TSMC. Il gruppo ha anche studiato gli effetti sulla tecnologia a 20 nm e 28 nm.

“I produttori di semiconduttori sono molto preoccupati per questo problema perché sta diventando più serio con la riduzione delle dimensioni dei transistor nei chip dei computer e l’aumento della potenza e della capacità dei nostri sistemi digitali”, ha affermato Bhuva.

“Inoltre, i circuiti microelettronici sono ovunque e la nostra società sta diventando sempre più dipendente da loro”.

Sebbene queste particelle subatomiche non siano note per essere pericolose per l’uomo, possono provocare “caos di basso grado” su gadget elettronici, ad esempio, innescando un “capovolgimento di bit” in cui uno 0 viene capovolto in un 1 in memoria. Questi errori non distruttivi e soft sono chiamati sconvolgimenti a evento singolo o SEU.

È difficile far risalire gli errori a queste particelle che si schiantano, ma sono una preoccupazione abbastanza seria per la NASA da utilizzare un sistema per contrastare la possibilità che causino un guasto alle apparecchiature inviate nello spazio.

Un apparente punto di SEU Bhuva è stato un volo Qantas da Singapore a Perth nel 2008 in cui un problema tecnico del sistema avionico ha disinserito il pilota automatico, facendo cadere l’aereo di 690 piedi in 23 secondi. Un altro esempio si è verificato nel 2003, quando una macchina per il voto elettronico in Belgio ha subito un leggero capovolgimento e ha aggiunto 4.096 voti in più a un candidato.

Secondo Bhuva, la probabilità che una particella energetica causi un ribaltamento è aumentata perché i transistor più piccoli di oggi richiedono meno carica elettrica per rappresentare un bit logico.

Mentre la nuova architettura 3D è meno soggetta a SEU rispetto ai chip 2D e i tassi di guasto a livello di chip sono diminuiti, Bhuva osserva che il crescente numero totale di transistor nei nuovi sistemi elettronici ha causato un continuo aumento del tasso di guasto SEU per dispositivo.

Per lo studio del chip a 16 nm, Bhuva e gli altri ricercatori di Vanderbilt hanno portato i circuiti integrati all’Irradiation of Chips and Electronics (ICE) House del Los Alamos National Laboratory e li hanno fatti esplodere con un raggio di neutroni per vedere quanti SEU hanno sperimentato i chip. Hanno misurato i guasti del chip in un’unità chiamata FIT, o guasto nel tempo.

I risultati dello studio non sono stati rilasciati a causa di restrizioni proprietarie, ma è stato notato che la maggior parte dei componenti elettronici ha FIT misurati in centinaia e migliaia.

“Il nostro studio conferma che questo è un problema serio e in crescita”, ha detto Bhuva. “Questo non è stato una sorpresa. Attraverso la nostra ricerca sugli effetti delle radiazioni sui circuiti elettronici sviluppati per applicazioni militari e spaziali, abbiamo anticipato tali effetti sui sistemi elettronici che operano nell’ambiente terrestre”.

Bhuva ha anche affermato che solo il settore dell’elettronica di consumo è in ritardo nell’affrontare la suscettibilità alle particelle energetiche. I settori dell’aviazione, delle apparecchiature mediche, dell’informatica, dei trasporti, delle comunicazioni, finanziario ed energetico stanno adottando misure per affrontarlo, ha affermato.

La schermatura dell’elettronica da queste particelle richiederebbe 10 piedi di cemento. Tuttavia, come osserva Bhuva, la risposta della NASA coinvolge processori che sono stati progettati in triplicato, consentendo loro di convalidare i risultati dell’altro.

“La probabilità che si verifichino SEU in due dei circuiti contemporaneamente è estremamente piccola. Quindi, se due circuiti producono lo stesso risultato, dovrebbe essere corretto”, ha affermato.

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