КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ И ЭЛЕКТРОНИКА
В материалах рубрики использованы статьи и заметки следующих изданий: «Economist» и «New Scien-tist» (Англия), «Bild der Wissenschaft» (Германия), «American Scientist», «IEEE Spectrum», «Psychology Today» и «Wired» (США), «Ça m’interesse», «Ciel et Espace», «CNRS International Magazine», «La Recherche» и «Science et Vie» (Франция).
Осень 2000 года. Гигант информатики, американская фирма «Сан Майкросистемс», срочно отзывает около тысячи дефектных серверов. Инженеры фирмы затрудняются определить причину неисправности, специальная да и общая пресса шумит, акции фирмы падают. Наконец, причина выясняется: космические лучи.
Весна 2003 года. Выборы в муниципалитет пригорода Брюсселя — Схарбека. Компьютер показывает, что один из кандидатов набрал на 4096 голосов больше, чем число жителей в этом городке. Мы с вами, конечно, подумали бы о какой-то другой причине, но и здесь, по мнению экспертов, оказались виновны космические лучи.
Весна 2007 года. В прессу просочился конфиденциальный отчёт специалистов фирмы «Майкрософт». Как известно, при серьёзных сбоях операционной системы «Windows» она предлагает послать на фирму отчёт о произошедшей ошибке. Анализ показал, что в 10% таких случаев виноваты те же космические лучи.
Космические лучи — заряженные частицы, бороздящие Вселенную на скоростях, близких к световой (см. статью на стр. 2 в этом номере). Они возникают при взрывах сверхновых звёзд. В основном это ядра атомов и протоны. Попадая в атмосферу и сталкиваясь с атомами её газов, они порождают целый «ливень» частиц. Многие поглощаются в атмосфере, но на уровне моря ежесекундно через каждый квадратный сантиметр пролетает от одного до десяти нейтронов.
Эти нейтроны опасны для электроники. При столкновении нейтрона с атомом кремния, из которого состоят микросхемы, образуются атом натрия, альфа-частица, протон и электроны. В результате может измениться состояние ячейки памяти с 0 на 1 или наоборот, нарушиться работа микропроцессора, а то и произойти короткое замыкание на наноуровне.
«За последние 20 лет, — говорит Джим Зиглер, сотрудник фирмы ИБМ, с 1979 года занимающийся этой проблемой, — уязвимость компьютерной памяти к космическим лучам выросла в тысячу раз». Транзисторы, из которых состоит микросхема памяти, становятся всё меньше, и им легче нанести вред одной-единственной частицей. Кроме того, они всё плотнее размещаются на чипе, так что становится меньше пустых мест, через которые нейтрон может пролететь без вреда. В ближайшие 10 лет по мере дальнейшей миниатюризации опасность может возрасти ещё в сто раз.
Поскольку опасные нейтроны и возникают, и частично поглощаются в атмосфере, существует определённый уровень высоты, где их больше всего. Это 18 000 метров над уровнем моря, а пассажирские авиалайнеры летают на высотах около 11 000 метров. «В авиационной электронике количество сбоев сейчас в сто раз больше, чем на земле», — говорит Зиглер. В рейсе длиной 10 часов хотя бы один сбой бортового компьютера статистически неизбежен.
Так почему же самолеты не падают и даже спутники, непосредственно подвергающиеся «душу» из заряженных частиц, успешно работают на орбите годами? Потому, что важные микросхемы в такой аппаратуре дублируются, а жизненно важные ставятся и в трёх экземплярах. Часть электроники на спутниках, если позволяют весовые ограничения, защищают листами алюминия или даже свинца. Иногда применяют и специальные микросхемы, сконструированные с учётом «обстрела» из космоса.
Все эти меры стоят дорого, поэтому наши обычные настольные компьютеры, ноутбуки, сотовые телефоны, проигрыватели МР3 и другую популярную электронику никак не защищают от космических лучей.
В общем, если ваш компьютер или телефон выдают сообщение «неисправимая ошибка», вините в этом сверхновые звёзды.
Читайте в любое время
