Kozmičke zrake uzrokuju greške u radu računala

Nema ništa gore nego kada radite na računalu i onda vam se pojavi blue screen of death. Osim što vas oblije hladni znoj i dok tražite zadnji autosave vašeg rada, postavlja se pitanje što je uzrok tome?

Koliko vam se puta dogodila situacija da se računalo "smrznulo"? © Ljubaznošću: Shutterstock
Članak
0Komentari
Broj otvaranja2134

Iako će pojedinci optužiti operativne sustave, konfiguraciju računala ili nekvalitetne komponente, dio "plavih ekrana" bi mogao biti posljedica udara kozmičkih zraka. Kako se tranzistori i njihovi elementi smanjuju, tako se smanjuju i njihova "vrata", što zahtjeva manje radne napone i time osiguravaju manju potrošnju energije i zagrijavanje.

Danas većina nas posjeduje računalo ili pametni telefon koji ima tranzistore s "vratima" širokim samo 22 ili 14 nanometara, oko 30 puta manjim od valne duljine svjetlosti koje mogu opaziti naše oči. Kod tako malenih dimenzija, već i najmanji poremećaj u naponu dovoljan je da on "preskoči" vrata i uzrokuje grešku u radu tranzistora, što može dovesti do rušenja cijelog računala.


Kako se razmak između vrata na tranzistorima smanjuje dovoljna je i najmanja anomalija napona kako bi došlo do greške.
© Ljubaznošću: Sandia National Laboratories
Što uzrokuje ta nasumična preskakanja? Jedan dio uzroka je sigurno u nesavršenosti pri proizvodnom procesu ali za dobar dio grešaka mogle bi biti krive kozmičke zrake!

Kozmičke zrake su masivne čestice (u odnosu na fotone) koje se kreću gotovo brzinom svjetlosti. Njih mogu činiti atomske jezgre, protoni, neutroni, elektroni i karakterizira ih velika energija. Tako je jedna kozmička zraka, nazvana Oh-my-god čestica, udarila u atmosferu iznad Utaha 1991. energijom od 30 milijuna TeV (to je 48 džula - energija baseball loptice pri 95 km/h), što je 2.5 milijun puta veća energija od one kojom LHC može sudariti dvije čestice.

Kada takve čestice udare u molekule u atmosferi, one stvore kišu sekundarnih čestica koje potom udaraju u sve što im se nađe na putu. Ponekad se na tom putu nađe vaše računalo ili telefon, a kad se nabijena čestica zabije u njega, može uzrokovati neplanirani "preskok" napona u tranzistoru i vi to doživite kao grešku u radu uređaja.

Sudar visokoenergetske čestice s molekulama atmosfere stvara kišu kozmički zraka. © Ljubaznošću: CERN
Ali vaše računalo ili telefon su nebitna stvar, što se dogodi kada kozmička zraka udari u računalo na putničkom zrakoplovu? To su osjetili jednom prilikom putnici Quantasa, kada je kozmička zraka uzrokovala grešku u radu autopilota. Kvar autopilota je doveo do poniranja zrakoplova, a pritom je gotovo trećina putnika zadobila ozljede. Ponekad takve greške ne uzrokuju ozljede, ali i dalje mogu biti ozbiljne prirode.

Na izborima u Belgiji 2003. godine, nasumična greška u uređaju za glasanje za posljedicu je imala da jedan kandidat dobije dodatnih 4096 glasova, više nego što ih ima registriranih na tom glasačkom mjestu. Vjeruje se kako je upravo kozmička zraka utjecala na rezultat izbora!

Kada vam računalo "poludi" dođe vam da ga iscipelarite. Možda je za to kriva
kozmička čestica koja se "poigrala" ponekim tranzistorom u njegovom čipu.
© Ljubaznošću: Shutterstock
Koliko se često događaju takve greške? Greške u radu integriranih krugova se mjere jedinicom FIT. Jedan FIT znači jednu grešku u milijardu sati rada tranzistora. Iako je taj broj trivijalno malen, kada imate u čipu milijune ili nekoliko milijardi tranzistora, vjerojatnost da se pojavi greška je svakih nekoliko sati ili čak minuta.

Većina naših uređaja ima šansu za grešku od 100 do 1000 FIT-ova. Prelazak na sve manje tranzistore, sa 28, pa na 22 i na kraju na 14 nm, samo je povećao vjerojatnost grešaka u radu. U skoroj budućnosti nas očekuju 10 ili čak 7 nm tranzistori u još kompleksnijim čipovima što će samo povećati njihov FIT broj.


Za one koji žele znati više o tehnologiji tranzistora i s kojim problemima se poluvodička industrija susreće.

Takve greške u radu računala uzrokuju velike ekonomske gubitke. Mogu obrušiti zrakoplove, izbaciti internet server iz uporabe ili utjecati na računalne operacije na burzama, u osjetljivim postrojenjima ili kod komunikacijskih mreža. Proizvođači će morati pronaći način kako onemogućiti utjecaj takvih događaja. Za zaustaviti kozmičke zrake potreban je oklop od barem 3 metra betona ali to nije praktično rješenje za sve nas.

Vjerojatno ćemo u budućnosti morati uvesti logičke testove u računala, poput redundantnih procesorskih jezgri koje će glasovanjem odlučiti koje je rješenje točno. Problemi koje nas čekaju u poluvodičkoj industriji neće pogoditi obične korisnike ali je nešto o čemu će inženjeri morati puno razmišljati kako bi našli rješenje.


O Zvjezdoznancima

Zvjezdoznanci su radio emisija o astronomiji i srodnim znanostima koje se emitira svakog ponedjeljka u 19 h na Radio Studentu (100.5MHz). Emisiju uređuju Marko Šimac i Vedran Vrhovac, a vode ju zajedno s Markom Ragužom.

Urednici su članovi astronomskog društva Beskraj iz Zagreba, dugogodišnji zaljubljenici u astronomiju i znanost općenito. Za sve komentare, prijedloge ili pitanja možete im se obratiti na e-mail adresu zvjezdoznanci(a)gmail.com ili putem Facebook profila Zvjezdoznanci.

Svaka vaša ideja, sugestija ili kritika nam mogu samo pomoći kako bi naše djelovanje bilo još kvalitetnije.

Posjetite YouTube kanal Zvjezdoznanaca!


Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!