Des scientifiques de l'Université nationale de recherche nucléaire MEPhI (Russie) et de l'Institut de recherche scientifique en analyse de système de l'Académie des sciences de Russie ont récemment développé des composants pour la conception de circuits asynchrones tolérants aux pannes, qui peut être utilisé dans les véhicules spatiaux.

Les microcircuits qui sont traditionnellement utilisés dans les voitures et les ordinateurs sont mal adaptés aux véhicules spatiaux en raison de leur faible fiabilité lorsqu'ils sont soumis au rayonnement spatial. Dans l'espace, les ions à haute énergie provoquent des erreurs et des pannes de l'appareil. Ainsi, dans le développement d'ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) pour les engins spatiaux, les scientifiques doivent créer des méthodes spéciales pour améliorer la tolérance aux pannes (pour le dire simplement, fiabilité).

"Le problème avec les circuits synchrones, c'est que leur complexité, tout comme le nombre d'éléments sur la puce de circuit, est en constante augmentation, " a déclaré Maxime Gorbounov, professeur assistant au MEPhI. "Les tronçons de ces circuits, qui sont situés à une grande distance, doivent être synchronisés en fonction de leurs fréquences d'horloge (cycles d'horloge d'un processeur par seconde). Ce qui signifie, si les signaux produits par le générateur d'horloge n'entrent pas dans les intervalles de temps exacts, le circuit cesse tout simplement de fonctionner."

Il s'agit d'un problème d'ingénierie complexe qui comprend la détérioration des caractéristiques de la puce électronique, dit Gorbounov. C'est pourquoi les circuits asynchrones, qui ne nécessitent pas de synchronisation de fréquence d'horloge, sont considérés comme si prometteurs aujourd'hui.

« Dans les circuits asynchrones, la commutation se produit en parallèle et sans délai; cela rend ces circuits plus efficaces et plus énergivores que leurs homologues synchrones, " a expliqué Gorbunov. " Les données atteignent l'unité de traitement aussi vite que le chemin de données du processeur le permet, et est traité chaque fois que les puces de microcircuit respectives sont prêtes."

En ce qui concerne la méthodologie de conception de ces circuits, c'est beaucoup plus problématique car il n'y a pas de route standard pour les concevoir. Malgré le fait que l'idée générale de concevoir des circuits asynchrones ait été proposée dans les années 1970, la plupart fonctionnent encore principalement avec des circuits synchrones.

« Nous avons exploré jusqu'à leurs limites les possibilités techniques des circuits synchrones, " dit Gorbunov. " Aujourd'hui, les paramètres de conception (la taille minimale des éléments du microcircuit) ne dépassent pas dix nanomètres. Les circuits asynchrones avec les mêmes paramètres de conception fonctionneraient plus rapidement que leurs homologues synchrones, car ils ne nécessiteraient pas de synchronisation."

Les scientifiques russes ont donc décidé de proposer de nouveaux éléments pour des microcircuits asynchrones plus rapides et plus fiables. L'article, qui a été publié dans la revue Acta Astronautica , des rapports sur les éléments Muller C résistants aux pannes, les portes logiques de base utilisées dans la conception de circuits asynchrones.

Les éléments C sont des dispositifs logiques avec un élément de mémoire intégré. Ce sont essentiellement des blocs de construction avec deux entrées; quand ils coïncident, le signal continue, mais quand ils ne le font pas, les éléments stockent la valeur précédente dans leur mémoire.

"En appliquant la méthode DICE (Dual Interlocked Cell), qui est largement utilisé dans la conception de circuits synchrones, à trois conceptions d'élément C, nous avons obtenu trois nouvelles conceptions d'éléments DICE C avec une meilleure tolérance aux pannes, " a déclaré un autre auteur sur l'article, Igor Danilov, chef du département des circuits VLSI à tolérance de pannes résistantes aux rayonnements à l'Institut de recherche scientifique de RAS pour le développement de systèmes.

Les chercheurs affirment que ce nouveau développement peut être utilisé pour concevoir des microcircuits asynchrones avec une meilleure tolérance aux pannes pour les véhicules spatiaux sophistiqués.