Bachelor and Master Theses

Title: FŲrbšttrad simulering av minneselektronik
Subject: Computer Science
Level: Advanced
Description:

Bakgrund



Den kosmiska strålningen faller som ett regn över jordens yta från alla håll. Den kosmiska strålningen består av laddade partiklar som slungas ut från stjärnor, som vår egen sol, och från gigantiska supernovor. Rymd elektronik måste tåla denna direkta strålning under sin beräknade livslängd. Det finns ingen möjlighet att stoppa dessa snabba partiklar, man kan endast bromsa dem något. I vår atmosfär finns det andra partiklar att ta hänsyn till än laddade partiklar nämligen neutroner. Neutronerna i vår atmosfär bildas genom att den kosmiska strålningen reagerar med syre- och kväve- molekyler. De flesta laddade partiklar böjs av av jordens magnetfält eller reagerar i vår atmosfär vilket gör att de laddade partiklarna inte är ett hot under åtminstone 20,000m. Neutronerna utgör istället hotet för elektroniken. Neutroner är oladdade partiklar och reagerar med materia via direkt träff som en biljard kula. Detta tillsammans med att neutroner är relativt små partiklar gör att de lätt passerar igenom olika material, vilket gör dem svårstoppade. Eftersom vanliga kommersiell elektronik, d.v.s. icke militär, används mer och mer i flygplan så måste man ha koll på hur ofta man får fel och vilka åtgärder som måste vitas för att minimera risken för allvarliga funktionsfel i ett flygande system. I detta ex-jobb så är det just beräkningen av de mjuka felen i SRAM som är i fokus.



Introduktion



En viktig del som måste göras på all elektronik innan den får användas i system som ska installeras i flygplan är att uppskatta felfrekvensen, typ av fel och följden av dessa fel. Ex-jobbet ligger inom det förstnämnda, d.v.s. felfrekvensen. Det finns redan ett nyutvecklat program som beräknar just felfrekvensen hos SRAM (Static Random Access Memory). Detta är just nyutvecklat och behöver göras effektivare för att kunna användas som ett verktyg i arbetet i att beräkna felfrekvensen hos SRAM. Det är genomgående så att fler länder försöker utveckla ett motsvarande data program för att minska ner på de kostsamma accelerationstesterna. De komponenter som är känsliga mot neutronstrålning är RAM baserade komponenter som SRAM, DRAM, FPGAer, Cache minnen, och register samt högspänningsdioder. I de flesta fall orsakar neutroner endast mjuka fel. Till mjuka fel räknas SEU (Single Event Upset), MBU (Multiple Bit Upset), och Latch up. Till hårda fel räknas Gate rupture och SEB (Single Event Burnout). Mjuka fel dominerar stort över all typer av hårda fel där mekaniska fel är inräknade. Detta gör mjuka fel till den viktigaste typen att analysera.



Vid beräkning av felfrekvensen, d.v.s. SEU så måste en sannolikhets kurva för SEU beräknas för respektive SRAM. Denna sannolikhets kurva kallas för SEU-Cross section och är en funktion av neutron energin. Bakom detta finns två databaser där den ena håller reda på med vilka sannolikheter olika reaktionsprodukter bildas, och den andra anger hur mycket energi per längdenhet som respektive reaktionsprodukt bidrar med. För närvarande görs beräkningarna från 20 MeV till 150 MeV. De flesta neutronerna i vår atmosfär finns under 20 MeV, vilket detta till ett viktigt område för beräkningarna. Neutronerna kn dessutom ha energier på flera tusen GeV, så även högre energier än 150 MeV är intressanta att ta med i beräkningarna.



Definition



Den primära uppgiften är att snabba upp den nuvarande beräkningen av mjuka enkel fel, d.v.s. Single Event Upsets (SEUs), så att det går att göra en full beräkning på en till två dagar. All beräkning görs för tillfället i Matlab, vilket inte är optimalt. Man behöver börja med att analysera var programmet ägnar mest tid åt och sedan genomföra lämpliga åtgärder. Parallellisering är ett exempel på ett bra sätt för att minska på beräkningstiden. Den sekundära uppgiften är att utvidga beräkningen till lägre respektive högre energiområden m.h.a. TALYS data kod. Denna kod är nyligen utvecklad och användas för beräkning av reaktionsprodukter av en spallations reaktion mellan på partiklar i detta fall mellan en neutron och Kisel atom.

Company: AerotechTelub, kontaktperson: Thomas Granlund
Start date: 2006-02-06
Prel. end date: 2006-06-26
Student: Christoffer SjŲberg christoffer.d.sjoberg@gmail.com
IDT supervisor: BjŲrn Lisper
bjorn.lisper@mdh.se, +46-21-151709

Rapport och bilagor

Size

Senaste uppdatering


  • Mälardalen University |
  • Box 883 |
  • 721 23 Västerås/Eskilstuna |
  • 021-101300, 016-153600 |
  • webmaster |
  • Latest update: 2017.03.25