Одним из "классических" способов повышения надежности, отказоустойчивости является использование структурной избыточности - введение в цифровую систему резервных каналов, устройств, микросхем, элементов. Это многократно увеличивает стоимость, вес, габариты, потребляемую мощность, но оправдано для так называемых критических областей применения, например, в медицинской аппаратуре, аппаратуре атомной энергетики, в авионике, в космической и военной технике. Поэтому исследования, позволяющие хотя бы частично снизить эти затраты особенно актуальны. Ученые Пермского Политеха пытаются найти пути снижения потребляемой мощности резервированных структур, создавая и анализируя различные ее варианты.

Исследование опубликовано в журнале "Технологии и компоненты микро- и наноэлектроники" (2022г.)

Пермские политехники продвинулись в исследованиях самого кардинального резервирования - резервирования на уровне транзисторов, позволяющего парировать отказы и сбои в логическом элементе, вызванные негативными внешними факторами (например, высокой или низкой температурой, давлением, радиацией и пр.). При этом используется так называемое расчетверение (учетверение): каждый транзистор заменяется особой последовательно-параллельной структурой из четырех транзисторов. В этом случае парируется сбой или отказ любого одного транзистора в каждой "четверке", вызванный, например, воздействием тяжелой заряженной частицы, пронзающей космический аппарат. Возможно также парирование отказов (сбоев) любых двух транзисторов в группе, но это требует уже девятикратной избыточности.

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 предпочтительной структуры (так называемой топологии) логического элемента, снижающей энергопотребление или уменьшающей площадь соответствующего кристалла кремния.

- Создаваемый метод поиска оптимальной структуры логического элемента позволит отечественным конструкторам создавать надежные микросхемы с уменьшенным энергопотреблением, - объяснил аспирант, ассистент кафедры автоматики и телемеханики электротехнического факультета ПНИПУ Максим Никитин....