Suurienergiainen hiukkanen voi kääntää bitin kännykässä. Kuva: Kaisa Rautaheimo / HS
Suurienergiainen hiukkanen voi kääntää bitin kännykässä. Kuva: Kaisa Rautaheimo / HS

Elektroniikan lisääntyessä myös hiukkasten aiheuttamat bittivirheet lisääntyvät.

Kun tietokone kaatuu tai kännykän näyttö menee siniseksi, syyllinen voi olla peräisin ulkoavaruudesta. Kosminen säteily aiheuttaa jatkuvasti häiriöitä kännyköissä, tietokoneissa ja muissa elektronisissa laitteissa.

”Se on suuri ongelma, mutta enimmäkseen näkymätön suurelle yleisölle”, sanoi professori Bharat Bhuva Vanderbildt-yliopistosta Yhdysvaltain tiedeviikolla Bostonissa.

Ulkoavaruudesta tuleva kosminen säteily synnyttää Maan ilmakehään törmätessään suurienergiaisia neutroneita, myoneita, pioneita ja alfahiukkasia. Niitä osuu meihin miljoonia joka sekunti. Emme aisti tätä pommitusta, eikä siitä ole nykytiedon mukaan haittaa eläville organismeille.

Pieni osa hiukkasista on niin suurienergiaisia, että ne sotkevat mikroelektroniikan virtapiirien toimintaa. Ne saattavat myös muuttaa yksittäisiä bittejä laitteen muistista. Näitä muutoksia on alettu kutsua SEU-bittivirheiksi (single-event upset).

Yhden bitin kääntymisestä voi joskus olla vakaviakin seurauksia.

Vuonna 2003 Schaerbeekin kunnallisvaaleissa Belgiassa yhden bitin muutos äänestyskoneessa lisäsi eräälle ehdokkaalle 4 096 ääntä. Virhe havaittiin ja tutkittiin, koska lisä-ääniä tuli enemmän kuin oli mahdollista.

Vuonna 2008 Singaporesta Perthiin matkalla olleen matkustajakoneen automaattiohjaus kytkeytyi pois päältä bitin kääntymisen takia. Kone menetti 200 metriä korkeutta 23 sekunnissa, kolmasosa matkustajista loukkaantui, ja lentokone joutui laskeutumaan kesken matkan.

Lentokoneiden tietokoneissa on ollut myös joukko selittämättömiä toimintahäiriöitä, joiden aiheuttajaksi on epäilty kosmista säteilyä.

Koska hiukkasia on vaikea havaita, myös niiden aiheuttamia häiriöitä on hankala tunnistaa.

”Kun yksi bitti vaihtuu, mahdollisia syitä voi olla vaikka kuinka paljon. Muutos voi johtua esimerkiksi bugista ohjelmassa tai viasta laitteessa. SEU:n voi tunnistaa vai sulkemalla pois kaikki muut syyt”, Bhuva sanoo.

Ongelma on vakava, koska mikroelektronisia virtapiirejä on kaikkialla ja yhteiskunta on yhä riippuvaisempi niiden varmasta toiminnasta.

Entistä pienemmät transistorit tarvitsevat myös vähemmän sähkövarausta bittiä kohti. Niinpä törmäilevä hiukkanen saa bitin kääntymään entistä helpommin ykkösestä nollaksi tai päin vastoin.

Toisaalta pienempiin transistoreihin osuu vähemmän hiukkasia. Nykyisten 16 nanometrin virtapiirien kolmiulotteinen rakenne on myös vähemmän haavoittuva kuin kaksiulotteinen.

Koska transistoreiden kokonaismäärä elektronisissa laitteissa on kuitenkin lisääntynyt, myös hiukkasten aiheuttamien bittivirheiden määrä on edelleen kasvanut.

Elektroniikkaa on vaikeaa varjella hiukkasilta. Virtapiirin suojaaminen suurienergiaiselta neutronilta vaatisi kolmen metrin paksuisen betonikuoren.

Silloin kun virheettömyys on välttämätöntä, yksinkertaisin keino on Bhuvan mukaan kolminkertainen varmistus: tehdään samaan tehtävään kolme virtapiiriä ja annetaan niiden äänestää.

”On häviävän pieni todennäköisyys, että SEU-bittivirhe tapahtuu kahdessa virtapiirissä samaan aikaan. Jos kaksi virtapiiriä kolmesta antaa saman tuloksen, sen pitäisi olla oikein.”

Tätä keinoa myös Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa käyttää taatakseen avaruusalusten tietokonejärjestelmien luotettavuuden.

Bhuvan mukaan ongelma on tiedostettu ja sitä on alettu torjua myös lentoliikenteessä, lääketieteellisissä laitteissa, energiajärjestelmissä ja tietoliikenteessä.

”Vain kuluttajaelektroniikka laahaa jäljessä.”

Vänni
Seuraa 
Viestejä258
Liittynyt27.11.2013

Syy kännykän jämähtämiseen voi olla peräisin ulkoavaruudesta

Nythän tieto on tietokoneissä pulseina on ja ei tiedoista koottuna, koodattuna. Voisiko on ja ei tietoon käyttää kahta perättäistä on on ja ei ei tietoa, tosin tiedoston määrä kaksinkertaistuisi ja tietokoneen nopeus putoaisi puoleen. Tätä koodausta käytettäisiin sitten tärkeimmissä sovellutuksissa. Ei tarvitsisi tehdä rinnakkaisia tietokoneita varmistukseen.
Lue kommentti