Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали новый метод резервирования, который повышает вероятность безотказной работы электроники более чем на 25% по сравнению с традиционным подходом.
Как сообщили ТАСС в пресс-службе вуза, разработка особенно актуальна для атомной энергетики, авиации, медицины и транспортных систем.
Сбои в работе цифровых устройств в этих сферах могут привести к серьёзным авариям и угрозе безопасности людей. Чтобы этого избежать, инженеры используют резервирование — создают запасные копии важных элементов. Например, вместо одного процессора устанавливают три, которые параллельно обрабатывают одну и ту же информацию. Однако дублирование ведёт к значительному росту энергозатрат и габаритов устройств.
Альтернативный подход — более глубокое резервирование на уровне транзисторов. В этом случае группа резервных транзисторов берёт на себя функцию отказавшего элемента. Но у этого метода тоже есть ограничения: при его использовании электроника работает медленнее. По отдельности ни один из методов не позволяет одновременно добиться и высокой надёжности, и необходимого быстродействия.
Учёные ПНИПУ разработали комбинированный метод, который объединяет резервирование на уровне целых блоков (общая защита системы) и на уровне транзисторов. Они создали программу, которая описывает все допустимые варианты соединений. В неё можно ввести параметры: сколько элементов нужно зарезервировать и сколько отказов должна выдерживать система. Программа определяет возможные способы, визуализирует их и выдаёт результат.
Затем исследователи создали модель процессора, типичного для бортовой электроники, и сравнили два подхода: традиционное резервирование и новый комбинированный метод. Моделировались различные сценарии отказов — от повреждения одного транзистора до множественных сбоев.
Ассистент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ Максим Никитин пояснил, что новый метод в зависимости от задачи даёт один из двух вариантов улучшения. Он обеспечивает повышение вероятности безотказной работы устройства до 25 процентов по сравнению с традиционным резервированием. Если же требуется снизить энергопотребление и временные задержки, предложенный подход позволяет уменьшить затраты энергии в среднем на 20 процентов по сравнению с существующими решениями.
Разработка применима в областях, где цифровая аппаратура работает в условиях жёстких внешних воздействий: перепадов температур, вибрации и радиации. Это авиация, космическая техника, атомная энергетика, медицинская техника и беспилотные автомобили.
