Krautkanal.com

Veröffentlicht am 2016-06-25 10:31:42 in /t/

/t/ 30240: Fukushima

snowwrite Avatar
snowwrite:#30240

Auf der Suche nach lukrativen Meme-Wertpapieren bin ich vor einigen Monaten auf die Tokyo Electric Power Company (TEPCO) gestoßen. Bevor man in die Aktien eines Unternehmens investiert, macht man sich natürlich schlau, was die gerade so treiben...
Und dabei stieß ich auf folgende Weltnetzseite:
http://www.tepco.co.jp/en/decommision/principles/robot/index-e.html

Und es sieht zumindest auf den ersten Blick so aus, als würden die Japse aus der Katastrophe tatsächlich noch irgendwie Profit schlagen, indem sie ganz massiv Fuckroboter entwickeln. Für /t/-Bernd vielleicht ganz interessant, da mal ein bisschen rumzulauern. Gibt viele Bilder, PDFs (das meiste in Mondsprache) und auch ein paar Videos.
Roboter zu bauen, die in verstrahlter Umgebung zuverlässig funktionieren ist übrigens die Herrenrasse des Roboterbaus. Bei Tchernobyl damals waren alle Roboter nach ein paar Stunden schrott. Wegen der ionisierenden Strahlung kommt es je nach Integrationsdichte immer mal wieder vor, das Bits kippen. Man muss also entsprechend fehlertolerante Hardware basteln und fehlertoleranten Code schreiben. Vielleicht kann Physikbernd noch etwas zur Struktur von Halbleitern sagen, könnte mir vorstellen, dass dotierte Siliziumkristalle unter Strahlung leiden (FLASH hält ja auch nicht ewig), bin mir da aber nicht sicher.

kuldarkalvik Avatar
kuldarkalvik:#30242

Tjoa, worueber willst du dich unterhalten, Bernd?
Dieser Bernd ist zufaellig Experte auf dem Gebiet weil er Strahlungsresistente und -tolerante Mikroelektronik entwirft. Ich werde mal ein paar Begriffe in den Raum werfen, zur weiteren recherche:

Das erste Problemfeld sind temporaere Effekte durch ionisierende Strahlung. Diese erzeugt eine Spur von Ladungstraegern im Halbleiter die nicht so schnell rekombinieren und so stattdessen einen Strom an irgendwelchen Knoten in der Schaltung erzeugen koennen.
Wenn dadurch der Knoten seinen Logiklevel aendert nennt man das erstmal SET (Single Event Transient), das hat zunaechst bei Digitalschaltungen keinen Einfluss, kann aber Analogschaltungen durchaus stoeren.
Wenn dieser SET in einer Digitalschaltung allerdings innerhalb eines Speicherelements (Flipflop, SRAM-Zelle etc.) auftritt, oder zu einem Zeitpunkt, an dem das Signal in ein Speicherelement uberfuehrt wird, dann bleibt der falsche Wert bestehen. Das nennt man dann SEU (Single Event Upset).
Ein weiteres Problem ist der sogenannte Latch-Up-Effekt, auch SEL (Single Event Latchup). Wenn an besonders unguenstiger Stelle Ladungstraeger injiziert werden kann ein Parasitaerer Thyristor aktiviert werden, der dann im unguenstigsten Fall die Spannungversorgung kurzschliesst und das Bauteil grillt.
Gegen SETs und SEUs hilf TMR (Triple Modular Redundancy), ECC in Speicher, vergroessern der Transistoren in Analogschaltungen etc. Die Injizierte Ladung ist gluecklicherweise begrenzt (<1pC) so dass groessere Strukturen weniger beeinflusst werden. Allerdings hat man bei mordernen Strukturbreiten bereits das Problem, dass durch ein einziges Ereignis viele benachbarte Knoten auf einmal beeinflusst werden. In SRAM erzeugt das Probleme mit dem ECC, da dieser nicht funktioniert wenn mehrere Bits des selben Worts kippen. Daher benutzt man dort interleaving, so dass bits des selben Worts nicht nahe beeinander liegen.
Gegen SEL hilft es, nicht dafuer anfaellige Strukturen zu verwenden und Guardringe and zwischen p- und n-Gebieten einzusetzen.

Das zweite Problemfeld sind laengerfristige, agglomerierende Effekte durch die Strahlung, die TID (Total Ionizing Dose), die aus unerfindlichen Gruenden noch in Rad gemessen wird.
Hierbei ist das Hauptproblem, dass Ladungstrager in isolierten Gebieten eingelagert werden und dort ein Feld erzeugen welches die Schaltung stoert. In Technologien >65nm geschieht dies im Gateoxid, dies erzeugt eine art Vorspannung im Transistor, so dass dieser entweder schwieriger oder leichter einzuschalten ist, was die Schlatung stoeren kann oder einfach Energie verschwendet und die Schaltung unnoetig aufheizt. Je nach Technologie gibt es hier schon Probleme bei Kilorad TID.
Ab <=65nm passiert dies nicht mehr, da das Gateoxid so duenn ist, dass die eingelagerten Ladungstraeger wieder raustunneln koennen. Hier werden die Ladungstraeger nur noch in anderen Isolatoren eingelagert, hauptsaechlich haben sie Einfluss im STI (Shallow Trench Isolation, ein Isolator an den Seiten des Gates). Hier kann es sein, dass man ernste Effekte erst ab 100MRad bemerkt, dies haengt allerdings stark von den verwendeten Materialien ab. Gegen diesen Effekt gibt es ELTs (Enclosed Layout Transistor), man macht die Transistoren ringfoermig, so dass es keine Seiten gibt, an denen STI benoetigt wird. Dann gibt es allerdings immernoch Probleme, wobei wir gerade versuchen herauszufinden warum. Vermutlich irgendwelche isolierenden Spacer rund ums Gate.

Das Hauptproblem bei dem Ganzen ist, dass man von den Fabs auch nicht gesagt kriegt, welche Materialien wo eingesetzt werden, da das deren wichtigste Betriebsgeheimnisse sind. Selber forschen die auch nicht wirklich daran, da der Markt fuer Strahlungsresistente Elektronik einfach zu klein ist.

emileboudeling Avatar
emileboudeling:#30243

>>30242
Schön, schön, hab ich schon was gelernt.
> dass Ladungstrager in isolierten Gebieten eingelagert werden und dort ein Feld erzeugen welches die Schaltung stoert.
Also im Grunde so ein Mechanismus wie bei EEPROM oder FLASH: Irgendwo sitzen dann Ladungen die da nicht weg können und so die elektrischen Eigenschaften stören.

Gibt es auch solche effekte, dass richtig die Struktur angegriffen wird? Also zum Beispiel die Dotierung anfängt zu diffundieren oder so? Oder dass die Kristallgitter zertrümmert werden?

> ionisierende Strahlung. Diese erzeugt eine Spur von Ladungstraegern im Halbleiter
> Spur von Ladungstraegern

Kannst du das etwas ausführlicher erklären? Ich dachte immer, das Photon trifft irgendein zufälliges Atom und schlägt dem ein Elektron raus (oder ein paar) und das wars dann. Andererseits sieht man das ja in der Nebelkammer auch, dass bestimmte Photonen Spuren ziehen. Was passiert da? Ist das Gammastrahlung?

Forscht ihr auch an strahlungsfestem Code? Im einfachsten Fall zum Beispiel ein Datum drei mal in den RAM legen, drei mal auswerten (zB größer als 9000?) und dann eine gewichtete Entscheidung treffen. Sozusagen die "Triple Modular Redundancy" für arme. Oder ist sowas da schon mit eingeschlossen?
Im Kompliziertesten Falle wäre vielleicht auch sowas wie selbstheilender Code möglich (hätte ich auch ein, zwei Ansätze für, aber wenn es das noch nicht gibt, behalte ich es lieber für mich, höhöhö).

sreejithexp Avatar
sreejithexp:#30254

>>30242
>Bernd, guck ma die Spezialanwendung hier
>4 Stunden später Ekspärde anwesend.
Dafür liebe ich den Krautkanal.

Kannst du mich mit ein paar Suchbegriffen in Richtung "strahlungsresistente Programmierung" schubsen?

Bernd findet nur Pseudowissenschaft aber keine Fachlektüre.
Ein paar Schlüsselworte würden schon reichen.

Tut mir leid, dass ich nichts zur Diskussion beitragen kann.

illyzoren Avatar
illyzoren:#30255

>>30242
Der Beweis, dass /t/ gut ist.

evandrix Avatar
evandrix:#30256

>>30243
>Also im Grunde so ein Mechanismus wie bei EEPROM oder FLASH: Irgendwo sitzen dann Ladungen die da nicht weg können und so die elektrischen Eigenschaften stören.
Ja, fast. Nur das bei Speicher im allgemeinen ein Stueckchen isolierter Leiter vorhanden ist auf dem die Ladung aufgebracht wird, und bei den Strahlungseffekten die Ladungen direkt im Isolator eingelagert werden.

>Gibt es auch solche effekte, dass richtig die Struktur angegriffen wird? Also zum Beispiel die Dotierung anfängt zu diffundieren oder so? Oder dass die Kristallgitter zertrümmert werden?
Das passiert eigentlich nur durch langsame Neutronenstrahlung, da die Neutronen sich dann an einen Atomkern anlagern koennen und so ein Isotop erzeugen oder den Kern spalten koennen. So wird dann das Material veraendert.
Wenn man extrem harte (also Energiereiche, so >100MeV) Strahlung hat kann diese auch Kerne zerschmettern und so Neutronen freisetzen, das nennt sich Nukleare Spallation.
Aber bis davon Material wiklich angegriffen wird braucht man unglaublich hohe Strahlungsmengen.

>Kannst du das etwas ausführlicher erklären? Ich dachte immer, das Photon trifft irgendein zufälliges Atom und schlägt dem ein Elektron raus (oder ein paar) und das wars dann. Andererseits sieht man das ja in der Nebelkammer auch, dass bestimmte Photonen Spuren ziehen. Was passiert da? Ist das Gammastrahlung?
Die Strahlung hat im allgemeinen eine viel hoehere Energie, als dass das Ionisieren eines einzelnen Atoms (ab wenige eV) diese verbrauchen wuerde. Geladene Teilchen koennen einfach durch Colomb-Krafte Elektronen aus der Huelle loesen (Stossionisation). Dabei geben sie etwas Energie ab, aber fliegen weiter in die gleiche Richtung. Gammastrahlung, also photonen, koennen wenn sie direkt ein Elektron treffen dieses beschleunigen, aber werden dann selber mit etwas weniger Energie in eine zufaellige Richtung wieder abgegeben.
In der Nebelkammer sieht man nur geladene Teilchen, Gammastrahlung interagiert viel zu Selten um eine Spur zu erzeugen. Das ist ja das Gefaehrliche daran, dass Gammastrahlung mit hoher Energie sehr tief eindringt.

>Forscht ihr auch an strahlungsfestem Code?
Nicht wirklich. Bei uns ist im direkten Einfluss der Strahlung nur das, was wirklich noetig ist (also halt die Messelektronik), alle weitere Verarbeitung erfolgt moeglichst weit weg oder abgeschirmt. Das sind alles ASICs in der Strahlung, keine frei programmierbaren Prozessoren. Teilweise setzen wir FPGAs ein, da gibt es dann spezielle Tools, von Xilinx z.B. das TMRTool, und spezielle Module die den Konfigurationsspeicher staendig ueberpruefen und bei Fehlern ueberschreiben (config/memory scrubbing), das ist dann sozusagen "Selbstheilende Hardware/Software" wenn man so will.

>>30254
Hmm, vielleicht nach radiation hardened/tolerant software suchen.

dwardt Avatar
dwardt:#30257

>>30256
>von Xilinx z.B. das TMRTool, und spezielle Module die den Konfigurationsspeicher staendig ueberpruefen und bei Fehlern ueberschreiben (config/memory scrubbing), das ist dann sozusagen "Selbstheilende Hardware/Software"

Kühl :3

cat_audi Avatar
cat_audi:#30293

EEVblog hat vorgestern ein Video zu dem Thema hochgeladen:

https://www.youtube.com/watch?v=7JwNmdV2QPs

"Radiation Effects On Space Electronics"

markgamzy Avatar
markgamzy:#30294

Hatte vor einiger Zeit mal sowas gesehn, wie man saftwaretechnisch da rangeht.

Evtl. war das sogar in dem von Fefe referenzierten Toyota-Fuckup-PDF. (Dort hat Toyota einmal alles falsch gemacht)

Allgemein wenn man unter Strahlenbeschuß steht pißt man gegen den Wind, wenn man die Strukturbreiten immer kleiner macht. Das muß man dann durch Tonnen von extra logik reparieren und geht eh nicht so richtig. Wie bei Festplatten. 80 GB aus der Goldzeit beste und ausgereift.

Soweit Bernd weiß, gibt es die Probleme auch mit ganz normaler Hintergrundstrahlung in Bernds Keller schon. Daher ECC. Sogenannte Soft Errors durch Alphateilchen.

Mit so 100 ns Ram und fett hat das keinen interessiert groß da 10^-12 und so und wir froh wenn der Krepel so lange hält überhaupt.

Jetzt mit 16 GB auf einem Riegel, ui oi oi uiiii. Soviele Bytes die zu stören sind und jedes so leicht zu kippen.

Strahlung kriegt fast alles kaputt. Man hat z.B. festgestellt, daß es praktisch unmöglich ist, Reaktordruckgefäße richtig lange und lange sicherheitstechnisch ok zu bauen. Die Strahlung macht jeden Stahl kaputt.

Gut das ist Neutronenstrahlung. Die schiebt Isotope umher und wirkt dann auch noch aktivierend.