Scienziati della National Research Nuclear University MEPhI (Russia) e dell'Istituto di ricerca scientifica per l'analisi dei sistemi dell'Accademia delle scienze russa hanno recentemente sviluppato componenti per la progettazione di circuiti asincroni tolleranti ai guasti, che può essere utilizzato nei veicoli spaziali.

I microcircuiti tradizionalmente utilizzati nelle automobili e nei computer sono poco adatti ai veicoli spaziali a causa della scarsa affidabilità quando soggetti a radiazioni spaziali. Nello spazio, gli ioni ad alta energia causano errori e guasti del dispositivo. Così, nello sviluppo di ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) per veicoli spaziali, gli scienziati devono creare metodi speciali per migliorare la tolleranza ai guasti (per dirla semplicemente, affidabilità).

"Il problema dei circuiti sincroni è che la loro complessità, proprio come il numero di elementi sul chip del circuito, è in costante aumento, " ha detto Maxim Gorbunov, professore assistente presso MEPhI. "Sezioni di questi circuiti, che si trovano a grande distanza, devono essere sincronizzati in base alle loro frequenze di clock (i cicli di clock di una CPU al secondo). Che significa, se i segnali prodotti dal generatore di clock non rientrano negli esatti intervalli di tempo, il circuito semplicemente smette di funzionare."

Questo è un problema ingegneristico complesso che include il deterioramento delle caratteristiche del microchip, disse Gorbunov. Ecco perché i circuiti asincroni, che non richiedono la sincronizzazione della frequenza di clock, sono considerati così promettenti oggi.

"Nei circuiti asincroni la commutazione avviene in parallelo e senza ritardo; questo rende questi circuiti più efficienti e più energivori rispetto ai loro omologhi sincroni, " ha spiegato Gorbunov. "I dati raggiungono l'unità di elaborazione alla velocità consentita dal percorso dei dati del processore, e viene elaborato ogni volta che i rispettivi chip del microcircuito sono pronti."

Quando si tratta della metodologia di progettazione di questi circuiti, è molto più problematico poiché non esiste un percorso standard per progettarli. Nonostante il fatto che l'idea generale per la progettazione di circuiti asincroni sia stata proposta negli anni '70, la maggior parte ancora funziona principalmente con circuiti sincroni.

"Abbiamo esplorato le possibilità tecniche dei circuiti sincroni fino ai loro limiti, " ha detto Gorbunov. "Oggi, i parametri di progettazione (la dimensione minima degli elementi del microcircuito) non superano i dieci nanometri. I circuiti asincroni con gli stessi parametri di progettazione funzionerebbero più velocemente delle loro controparti sincrone, poiché non richiederebbero la sincronizzazione."

Gli scienziati russi hanno quindi deciso di inventare nuovi elementi per microcircuiti asincroni più veloci e affidabili. L'articolo, che è stato pubblicato sulla rivista Acta Astronautica , rapporti sugli elementi C di Muller resistenti ai guasti, le porte logiche di base utilizzate nella progettazione di circuiti asincroni.

Gli elementi C sono dispositivi logici con un elemento di memoria integrato. Sono essenzialmente elementi costitutivi con due ingressi; quando coincidono, il segnale continua, ma quando non lo fanno, gli elementi memorizzano il valore precedente nella loro memoria.

"Applicando il metodo DICE (Dual Interlocked Cell), che è ampiamente utilizzato nella progettazione di circuiti sincroni, a tre modelli di elementi C, abbiamo ottenuto tre nuovi design di elementi C DICE con una migliore tolleranza ai guasti, " ha detto un altro autore sull'articolo, Igor Danilov, capo del dipartimento dei circuiti VLSI resistenti alle radiazioni e tolleranti ai guasti presso l'Istituto di ricerca scientifica per lo sviluppo di sistemi RAS.

I ricercatori affermano che questo nuovo sviluppo può essere utilizzato nella progettazione di microcircuiti asincroni con una migliore tolleranza ai guasti per sofisticati veicoli spaziali.