Ajankohtaista

Väitös: 20.12.2017 Satelliittien toimintavarmuus on muistista kiinni (Bosser)

Alkamisaika: keskiviikko 20. joulukuuta 2017, 12.00

Päättymisaika: keskiviikko 20. joulukuuta 2017, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, FYS1

AlexandreBossernetti.jpg
Alexandre Bosser
M.Sc. Alexandre Bosserin fysiikan väitöskirjan "Single-event effects from space and atmospheric radiation in memory components" tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Fernanda Lima Kastensmidt (Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasilia) ja kustoksena dosentti Arto Javanainen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.

 

Viime vuosina avaruusjärjestöt, yritykset sekä yliopistot ovat kiinnostuneet pienten satelliittien käyttämisestä muun muassa telekommunikaatio- ja kaukokartoitusjärjestelmissä. Järjestelmät voidaan suunnitella kaupallisia elektroniikkakomponentteja käyttäen, mikä laskee satelliittien hintaa ja parantaa niiden suorituskykyä. Satelliitin luotettavuus pohjautuu häiriöttömään tiedontallentamiseen. Tämän vuoksi satelliittien toimintakyky on riippuvainen muistien säteilynkestosta.

Pieni koko lisää virheitä

Teknologinen kehitys pienentää muistikomponenttien toiminnallisten osien kokoa. Tämä mahdollistaa paremman suorituskyvyn ja energiasäästön. Pienentyneet osat ovat kuitenkin herkempiä säteilyn vaikutuksille. Kun energeettinen hiukkanen osuu muistiin, se voi laukaista useita erilaisia virhetoimintoja, joiden vaikutus järjestelmän toimintaan vaihtelee. Pahimmillaan laajamittainen muistivirhe voi johtaa kokonaisen satelliittijärjestelmän menetykseen.

- Säteily voi vaikuttaa muistikomponenteissa monin eri tavoin. Muistipiirit ovat monimutkaisia laitteita sisältäen useita alijärjestelmiä, kuten muistisoluja ja osoitedekoodereita. Jokainen alijärjestelmä reagoi säteilyyn omalla tavallaan ja tämä voi johtaa erilaisiin virhetoimintoihin koko muistipiiriä tarkasteltaessa. Muistipiirejä on erityyppisiä, joilla jokaisella on säteilyn kannalta omat vahvuudet ja heikkoudet, Bosser toteaa.

Tutkimustiedolla valitaan parhaat

Tutkimalla säteilyn aiheuttamia häiriötiloja sekä muisteissa vaikuttavia fyysisiä mekanismeja voidaan komponenttivalmistajia auttaa parantamaan tulevaisuuden komponenttien luotettavuutta. Tämän lisäksi tutkimus auttaa järjestelmäsuunnittelijoita valitsemaan nykyisistä komponenteista soveltuvimmat omiin tarpeisiinsa.

- Tutkimusalue kasvaa piensatelliitteihin kohdistuvan kiinnostuksen myötä. Jos kriittinen data vääristyy, satelliitti voi menettää toimintakykynsä. Tutkimus on siis ensisijaisen tärkeää onnistuneen satelliittiprojektin saavuttamiseksi, Bosser huomauttaa.

Lisätietoja:

Alexandre Bosser, 0440999953, alexandre.l.bosser@jyu.fi

Viestintäpäällikkö Liisa Harjula, 040 8054403, viestinta@jyu.fi

Alexandre Bosser valmistui maisteriksi vuonna 2013 Montpellierin yliopistosta Ranskassa. Vuosina 2013–2017 hän on tehnyt tohtorinopintoja soveltavassa ydinfysiikassa.

ISBN: 978-951-39-7311-7 (painettu), 978-951-39-7312-4 (PDF). Linkki julkaisuun: https://www.jyu.fi/fysiikka/en/info/seminars/dissertation-alexandre-bosser-wed-20-12-2017-at-12-pm-fys1

Abstract

Electronic memories are ubiquitous components in electronic systems: they are used to store data, and can be found in all manner of industrial, automotive, aerospace, telecommunication and entertainment systems. Memory technology has seen a constant evolution since the first practical dynamic Random-Access Memories (dynamic RAMs) were created in the late 60's. The demand for ever-increasing performance and capacity and decrease in power consumption was met thanks to a steady miniaturization of the component features: modern memory devices include elements barely a few tens of atomic layers thick and a few hundred of atomic layers wide.

The side effect of this constant miniaturization was an increase in the sensitivity of these devices to radiation. Since the first radiation-induced single-event effects (SEEs) were identified in satellites in the late 70’s and particle-induced memory upsets were replicated in laboratory tests, radiation hardness has been a concern for computer memory manufacturers and for systems designers as well. In the early days, the need for data storage in radiation-rich environments, e.g. nuclear facilities, particle accelerators and space, primarily for military use, created a market for radiation-hardened memory components, capable of withstanding the effects of radiation ; however, this market dwindled with the end of the Cold War and the loss of government interest. In a matter of years, the shortage of available radiation-hard components led system designers to turn to so-called Commercial Off-The-Shelf (COTS) components, with the added benefit of higher performance at a lower cost.

Since COTS devices are not designed with radiation hardness in mind, each COTS component must be assessed before it can be included in a system where reliability is important – a process known as Radiation Hardness Assurance (RHA). This has led to the emergence of radiation testing as a standard practice in the industry (and in the space industry in particular). Irradiation tests with particle accelerators and radioactive sources are performed to estimate a component’s radiation-induced failure rate in a given radiation environment, and thus its suitability for a given mission.

The present work focuses on SEE testing of memory components. It presents the requirements, difficulties and shortcomings of radiation testing, and proposes methods for radiation test data processing; the detection and study of failure modes is used to gain insight on the tested components. This study is based on data obtained over four years on several irradiation campaigns, where memory devices of different technologies (static RAMs, ferroelectric RAM, magnetoresistive RAM, and flash) were irradiated with proton, heavy-ion, neutron and muon beams. The yielded data also supported the development of MTCube, a CubeSat picosatellite developed jointly by the Centre Spatial Universitaire (CSU) and LIRMM in Montpellier, whose mission is to carry out in-flight testing on the same memory devices. The underlying concepts regarding radiation, radiation environments, radiation-matter interactions, memory component architecture and radiation testing are introduced in the first chapters.

Lisätietoja

Alexandre Bosser
alexandre.l.bosser@jyu.fi
kuuluu seuraaviin kategorioihin: