Hallo, ich lese immer wieder das es strahlungsresistente Chips gibt, die in der Raumfahrt benutzt werden und gegen die dortige kosmische Strahlung geschützt sind. Da habe ich mich gefragt, reicht ein metallisches Gehäuse, z.B. ein Blech aus Blei, nicht bereits aus um ein normalen Chip vor der kosmischen Strahlung ausreichend zu schützen?
Dazu müsste man die Strahlung erstmal klassifizieren: - für Alphastrahlung reicht als "Abschirmung" ein Blatt Papier - für Betastrahlung ein leichtes Metall: http://de.wikipedia.org/wiki/Betastrahlung#Strahlenschutz - für Gamma- und Röntgenstrahlung braucht es schweres Metall (=Blei) allerdings dämpft das die Stahlung nur. 100%ige Abschirmung gibt es nicht. Für Weltraum (und Luftfahrt) nimmt man Chips mit großen Strukturen (als nicht 20 nm) und legt die Designs redundant aus. Mit dem Stichwort SEU (single event upset) findest Du weitere Quellen im Netz. Patrick
Ein gewisse Abschirmung kriegt man mit etwas Blei, aber halt keine perfekte. Es ist halt eine Abwägung was günstiger bzw. leichter ist - etwas Abschirmung oder weniger Empfindliche Chips. Etwas lokale Abschirmung kann im Einzelfall (z.B. Empfindlicher Sensor) passen. Das Problem sind dabei vor allem die wenigen sehr Energiereichen Teilchen, die dann lokal im Chip recht viele Ladungspaare generieren. Das sind ggf. auch Neutronen, die sich im Weltraum nicht praktisch abschirmen lassen. Je gröber die Strukturen, desto mehr Ladung braucht es um einen Chip zu stören. Die sehr Energiereichen Teilchen werden zunehmend seltener, so dass robustere Chips seltener Fehler zeigen - ganz auszuschließen sind sie aber nicht.
http://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_hardening https://aerospace.honeywell.com/en/products/communication-nav-and-surveillance/inertial-navigation/space-navigation-and-microelectronics/microelectronics http://de.slideshare.net/ajuus/radiation-hardened-chips
Hallo, Abschirmen ist fast unmöglich, die kosmische Strahlung kann man noch in 50m Tiefe im Boden messen. Da hilft ein IC-Gehäuse nichts. Man muss damint leben. Hilfreich sind angeblich grobe Strukturen - umso feiner, umso empfindlicher. Außerdem gibt es Fertigungstechniken die Strahlungsresistenter sind. SOI z.B. mit Silicon on Saphire: https://de.wikipedia.org/wiki/Silicon-on-Sapphire Es gibt "gehärtete" Prozessoren. Beispiel: https://en.wikipedia.org/wiki/RAD750 Der hält lt. Hersteller 1000 Gray aus. Das ist ziemlich viel - soweit ich weiß, ist ein Mensch bei ca. 10 Gray über z.B. 1Tag tot. Relevant ist die Resistenz gegen Strahlung auch für Sicherheitstechnik, wegen der Softerrors, d.h. durch Strahlung kippende SRAM-Zellen. Altera macht dazu z.B. Tests in Kernreaktoren für ihre FPGAs, die werden dort mit Neutronen bestrahlt um FIT-Werte zu bestimmen. Bei mir wollte der TÜV das mal haben, es war ein ziemliches Hickhack die Werte zu bekommen.
MaWin und Schreiberling haben ja schon die passenden Links gepostet. Praxistipp: man sollte sitzen, wenn man sich die Chipsatzpreise anschaut. :( Normales altes Zeug lebt bei dieser Einsatzart manchmal etwas länger. Die Finnen haben für dieses Projekt https://wiki.aalto.fi/display/SuomiSAT/Summary AT91RM9200 MCUs verwendet, weil die aufgrund ihrer verhältnismäßig großen Strukturen etwas später sterben. Deswegen haben sie Ihre Firmware auch vorletztes Jahr noch auf www.centipad.de - Hardware entwickelt. :)
Schreiberling schrieb: > Relevant ist die Resistenz gegen Strahlung auch für Sicherheitstechnik, > wegen der Softerrors, d.h. durch Strahlung kippende SRAM-Zellen. Altera > macht dazu z.B. Tests in Kernreaktoren für ihre FPGAs, die werden dort > mit Neutronen bestrahlt um FIT-Werte zu bestimmen. > Bei mir wollte der TÜV das mal haben, es war ein ziemliches Hickhack die > Werte zu bekommen. OT: Ja das habe ich auch schon mitbekommen, ist aber von TÜV zu TÜV unterschiedlich. Wird IMHO absolut überbewertet wer sich in die Thematik einarbeitet. Softerrors könnten (absoluter Konjunktiv) nur durch Alpha-Strahlung entstehen durch Zerfälle im Mold-Compound, also der Gehäusemasse. Da die Alpha-Strahlung auch durch geringe Materialdicken von dichteren Materialien oder Papier bereits abgeschirmt werden kann ist fraglich, inwiefern diese Strahlung die Passivierung der Chips durchdringen kann. Wichtig ist da eher die enstrepechenden Fehler zu finden und dafür die Selbsttests ausreichend gut zu gestalten. Ist auch schon etwas aus der Mode. Neuester Spleen: Whiskering. IEC61508 soll da drauf reagieren. rgds
Die Preise sind schon spannend. Wir hatten uns mal einen ollen Virtex 4 FPGA anbieten lassen, da war der schon längst veraltet. Xilinx wollte knapp 100.000 Dollar pro Chip bei knapp 1,5 Jahren Lieferzeit. Ohne Rad hard kostet der ca. 300 Euro. Wir haben dann beim Fraunhofer Sat lieber nicht mit gemacht.
@supachris: Nur Neugierdehalber: habt Ihr die Flexibilität vom FPGA gebraucht? Wäre es billiger geworden, einen eigenen ASIC mit großen Strukturen zu züchten?
Was im Weltraum fast vorherrscht sind Protonen mit hohen kinetischen Energien. Das ist nicht einfach Ladung, die man auf Metall einsammelt, sondern die gehen durch bis sie irgendwo steckenbleiben. Die Elementarladung ist eigentlich vernachlaessigbar ausser bei kleinsten Strukturen. Es koennen aber Isolationsschichten zerschossen verden, die muessen daher etwas dicker sein. Die Feldstaerke ueber einer SiO2 Isolationsschicht liegt bei konservativen 3V / 50nm = 60kV/mm . Zum Glueck ist keine Luft da, sonst gaebe es grad Koronaentladungen.
Marcus H. schrieb: > @supachris: Nur Neugierdehalber: habt Ihr die Flexibilität vom FPGA > gebraucht? Wäre es billiger geworden, einen eigenen ASIC mit großen > Strukturen zu züchten? Naja, es ging darum ein bestehendes (FPGA basiertes) System für den Heinrich-Hertz Satelliten umzubauen, aber da es da einfach zu wenig Geld gab, haben wir´s gelassen. Es wäre sowieso nur ein Einzelstück gewesen, und die Analog-Chips gabs sowieso nicht in rad hard.
Einen ASIC zu bauen kann sich doch heute eh kaum noch einer leisten. Da sind FPGAs deutlich preiswerter. Man muß halt mit der geringeren Integrationsdichte und Geschwindigkeit auskommen. Zoe
Hallo, 6A66 schrieb: > OT: Ja das habe ich auch schon mitbekommen, ist aber von TÜV zu TÜV > unterschiedlich. Wird IMHO absolut überbewertet wer sich in die Thematik > einarbeitet. Softerrors könnten (absoluter Konjunktiv) nur durch > Alpha-Strahlung entstehen durch Zerfälle im Mold-Compound, also der > Gehäusemasse. Da die Alpha-Strahlung auch durch geringe Materialdicken > von dichteren Materialien oder Papier bereits abgeschirmt werden kann > ist fraglich, inwiefern diese Strahlung die Passivierung der Chips > durchdringen kann. Wichtig ist da eher die enstrepechenden Fehler zu > finden und dafür die Selbsttests ausreichend gut zu gestalten. Ist auch > schon etwas aus der Mode. Also das "könnten (absoluter Konjunktiv)" solltest Du in "können (absolute Sicherheit)" ändern - ich weiß aus zuverlässiger Quelle, dass erst vorletztes Jahr ein bekannter Hersteller seine Kunden angesprochen hat, dass bestimmte Chargen seiner Produkte eine (deutlich) erhöhte Softerror-Rate haben, da das Gehäusematerial höhere Alpha-Strahlungswerte als erwartet aufwies. Die Bare-Die-Versionen waren naturgemäß nicht betroffen. In sicherheitsrelevanten Anwendungen werden deswegen sehr häufig bis praktisch immer Hardwaremaßnahmen zur Speicherüberwachung verwendet (Parity oder ECC), da Softwaremaßnahmen (z.B. Selbstteste) in der Regel nicht den benötigten diagnostischen Deckungsgrad aufweisen. Nur um einmal eine Größenordnung zu nennen: Bei einem µC mit 256 kByte RAM wurde mir einmal eine Soft-Error-Rate von einem Doppelbit-Fehler pro 32-Bit-Word alle 68 Betriebsjahre angegeben (also durch Parity alleine nicht entdeckbar). Klingt erst einmal selten, wenn man allerdings 1 Mio Einheiten im Auto im Feld hat, bedeutet das, dass mit rund 1800 Doppelbit-Softerror pro Jahr zu rechnen ist - und jeder davon löst einen Reset des Steuergerätes aus (da nicht korrigierbar). Dies ist sicherlich eine Worst-Case-Annahme, zeigt jedoch, warum überall dort, wo es darauf ankommt, mit ECC & Co gearbeitet wird (schönes Beispiel: Die Profi-Rechenkarten von AMD & NVIDIA haben im Gegensatz zu den sonst praktisch gleichen Spiele-Grafikkarten ECC zur Speicherüberwachung). Aus der Mode gekommen ist das also sicher nicht. Schöne Grüße, Martin
Alpha, Beta und Gamma ist nicht so dramatisch, da ist selbst herkömmliche Elektronik erstaunlich robust. Notfalls kann man da auch schirmen, üblicherweise mit Alu. Was nicht so einfach ist sind die hochenergetischen Protonen, da muss man die Chipstrukturen anpassen. Stichwort Latchup, u.A. Silicon on Insulator wird genutzt um die Struktur latchupfest zu machen.
Martin L. schrieb: > da Softwaremaßnahmen (z.B. Selbstteste) in der Regel > nicht den benötigten diagnostischen Deckungsgrad aufweisen. Blödsinn. DC=hoch ist kein Problem. Problem ist die Zeit, die das frißt. Deswegen ist Hardwareunterstützung attraktiv, aber aus Kostengründen dennoch nicht unbedingt verbreitet.
Anja zoe Christen schrieb: > Einen ASIC zu bauen kann sich doch heute eh kaum noch einer leisten. Na ja, http://www.mosis.com/ und http://cmp.imag.fr/products/ic/?p=prices liefen dir 5mm2 Chips für unter 200 EUR das Stück (bei 25 bzw. 40 Stück Abnahme), das ist nun nicht besonders teuer. Natürlich musst du dessen Innenleben erst mal zeichnen, und dazu kann man Bibliotheken kaufen und know how...
MaWin schrieb: > > Natürlich musst du dessen Innenleben erst mal zeichnen, und dazu kann > man Bibliotheken kaufen und know how... Richtig, dazu kommen allerdings noch die Designsoftware-Lizenzen - bei Cadence ist man da rasch einmal über den genannten 100k$...
@Zoe - da war der MaWin wieder schneller. :) Es war noch nie so billig wie heute einen eigenen ASIC zu bauen. Das haben wir schon im letzten Jahrtausend als Diplomarbeiten vergeben. Als Designtool gab's damals ein aufgebohrtes TARGET. würg
Hallo, Gustav schrieb: > Martin L. schrieb: >> da Softwaremaßnahmen (z.B. Selbstteste) in der Regel >> nicht den benötigten diagnostischen Deckungsgrad aufweisen. > > Blödsinn. DC=hoch ist kein Problem. > > Problem ist die Zeit, die das frißt. Deswegen ist Hardwareunterstützung > attraktiv, aber aus Kostengründen dennoch nicht unbedingt verbreitet. - warum muss hier eigentlich immer einer beleidigend werden ? - Egal: Ja, ich hätte es wohl genauer spezifizieren müssen: Bei meinen (also Automotive) üblichen Anwendungen können Softwaremaßnahmen den benötigten diagnostischen Deckungsgrad nicht in der gegebenen Prozess-Sicherheitszeit darstellen - eine einmalige Überprüfung der Variablen pro Zeitscheibe ist zwar möglich (um die Unabhängigkeit zwischen Software-Partitionen zu gewährleisten), eine Überprüfung bei jedem Zugriff (die für einen hohen DC notwendig wäre) oder eine komplett-redundante Berechnung jedoch nicht. Und die an sich angesprochenen periodischen Selbstteste sind ebenfalls nicht mit der notwendigen Frequenz (alle Teste müssten innerhalb der kürzesten Prozess-Sicherheitszeit ggf. mehrfach ablaufen) implementierbar. Auch ist mir keine SIL3 / ASIL C-D-Anwendung bekannt, bei der der Prozessor nicht ECC-geschützten Speicher hätte. Häufig werden dann noch Selbstteste zusätzlich implementiert, um die Latentfehlerrate zu reduzieren, da die ECC-Unit in der Regel erst bei Zugriff einen Fehler meldet. Als alleinige Maßnahme hingegen würde kein mir bekannter OEM (und das sind über ein Duzend) dies für ASIL C oder D akzeptieren. Schöne Grüße, Martin
Martin L. schrieb: > - warum muss hier eigentlich immer einer beleidigend werden ? - Warum fühlt sich eigentlich immer jemand beleidigt, obwohl weit und breit keine Beleidigung zu sehen ist? > Egal: Ja, ich hätte es wohl genauer spezifizieren müssen: Bei meinen > (also Automotive) üblichen Anwendungen können Softwaremaßnahmen den Das ist dann wohl der Knackpunkt. > Auch ist mir keine SIL3 / ASIL C-D-Anwendung bekannt, bei der der > Prozessor nicht ECC-geschützten Speicher hätte. Häufig werden dann noch Mir sind nur solche SIL3-Anwendungen bekannt. Das ist allerdings Industrie- und Prozeßautomation.
Martin L. schrieb: > Egal: Ja, ich hätte es wohl genauer spezifizieren müssen: Bei meinen > (also Automotive) üblichen Anwendungen können Softwaremaßnahmen den > .... > meldet. Als alleinige Maßnahme hingegen würde kein mir bekannter OEM > (und das sind über ein Duzend) dies für ASIL C oder D akzeptieren. > > Schöne Grüße, > Martin Danke für den Aufschluss. Recht interessant, wieder was gelernt :) rgds
Gustav schrieb: > Mir sind nur solche SIL3-Anwendungen bekannt. > > Das ist allerdings Industrie- und Prozeßautomation. Yep :)
Marcus H. schrieb: > @Zoe - da war der MaWin wieder schneller. :) > Es war noch nie so billig wie heute einen eigenen ASIC zu bauen. Das > haben wir schon im letzten Jahrtausend als Diplomarbeiten vergeben. Als > Designtool gab's damals ein aufgebohrtes TARGET. *würg* Ich weiß nicht wo meine Antwort von vor dem Mittagessen hier ist, aber egal. Es geht ja hier nicht darum, irgendein ASIC zu bauen, sondern eines in einer strahlungstoleranten Ausführung und meist auch in einer Größe und Komplexität, die man eben nicht in einem FPGA unterbringt. Da gibt und gab es nun mal nicht so arg viele Hersteller / Foundries und deren Preise sind ordentlich, nicht zuletzt deswegen hatte die ESA auch das Prinzip des Multi-Project-Wafers verfolgt. Einen commercial naked die mit einem Hi-Rel strahlungstolerantem Komplettchip zu vergleichen hinkt etwas. Zoe
Hi Zoe, dann lass Dir Suchen helfen: Anja zoe Christen schrieb: > Einen ASIC zu bauen kann sich doch heute eh kaum noch einer leisten. Da > sind FPGAs deutlich preiswerter. Man muß halt mit der geringeren > Integrationsdichte und Geschwindigkeit auskommen. > > Zoe Deine Aussage war recht pauschal, darauf war auch meine Antwort abgestimmt. :) Ich denke, wir sammeln hier doch schon einige recht interessante Ansätze zu dem Thema, aus denen man sich für die jeweilige konkrete Anwendung was zusammensuchen kann. Primäre Entscheidungsparameter sind wohl: Dosis, Lebensdauer, Anwendung, Budget. Cheerio, Marcus P.S.: Der Auftraggeber darf sich zwei dieser drei Punkte aussuchen: "pünktlich", "funktioniert", "billig". Meine Kunden wählen meistens zweimal "billig".
Marcus H. schrieb: > Deine Aussage war recht pauschal, darauf war auch meine Antwort > abgestimmt. :) Klar, dafür haben wir ja im Threadtitel den Rahmen gesetzt :-) > Ich denke, wir sammeln hier doch schon einige recht interessante Ansätze > zu dem Thema Auf jeden Fall. Mein Eindruck ist jedoch irgendwie, je mehr im kommerziellen Bereich geht, desto weniger geht im HiRel (insbes. Raumfahrt). Aber I might well be mistaken. > Der Auftraggeber darf sich zwei dieser drei Punkte aussuchen: > "pünktlich", "funktioniert", "billig". > > Meine Kunden wählen meistens zweimal "billig". :-) Das ist ja immerhin noch besser als dreimal "pünktlich", vor allem, wenn die endgültige Spec erheblich verspätet kommt oder sich - noch besser - nach dem logic review nochmal wesentlich ändert. Zoe
Gustav schrieb: > Martin L. schrieb: >> - warum muss hier eigentlich immer einer beleidigend werden ? - > > Warum fühlt sich eigentlich immer jemand beleidigt, obwohl weit und > breit keine Beleidigung zu sehen ist? Naja, vermutlich, weil man sich im realen Leben schon Beleidigt fühlt, wenn jemand eine eigene Aussage als "Blödsinn" bezeichnet (man hätte ja auch sagen können: "Kenne ich anders"...) > Mir sind nur solche SIL3-Anwendungen bekannt. > > Das ist allerdings Industrie- und Prozeßautomation. Interessant; über welche Prozess-Sicherheitszeiten und welche Komplexität (Anzahl abzusichernder Gefahren) reden wir dann? Bei mir geht es runter bis 50 ms (20ms in Spezialfällen) bei 10 bis 15 abzusichernden Gefährdungen (jede mit 6 bis 10 auszuwertenden Eingangssignalen und dazugehörender Situationserkennung). Dazu kommt dann die Eigenabsicherung des Rechners (Instruction Test, AD-Check,...) Das ganze dann neben der eigentlichen Funktionalität. Und um den Bogen zum eigentlichen Thema zu schlagen: Ähnliche Komplexität würde ich auch in einer Raketen/Satellitensteuerung erwarten. Hinzu kommt dann natürlich, dass die IEC61508 auf wenige Einzelstücke ausgelegt ist, während die ISO26262 auf Millionenstückzahlen spezialisiert ist. Entsprechend lassen sich die Auswirkungen von Soft-Errors in Industrieanlagen natürlich deutlich weniger häufig beobachten als im Automotive-Bereich. Dafür können die Auswirkungen allerdings erheblich größer sein - insofern entspricht die Raumfahrtapplikation hier mehr der Industrieapplikation. Schöne Grüße, Martin
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