Одна ошибка на триллион

Современные процессоры выполняют миллиарды операций в секунду. И где-то раз в несколько месяцев один из этих миллиардов расчётов идёт не так.

Не из-за бага в программе. Не из-за вируса. А из-за космоса.

Космические лучи — высокоэнергетические частицы, летящие из глубин Вселенной, — бомбардируют Землю постоянно. Атмосфера задерживает большую часть, но не все. Иногда такая частица пролетает сквозь процессор и переворачивает один бит в памяти с 0 на 1 или наоборот.

Один бит. Но этого достаточно.

В 2003 году в Бельгии во время выборов электронная система подсчёта голосов дала одному кандидату на 4096 голосов больше, чем было на самом деле. 4096 — это 2 в 12-й степени. Классический признак переворота одного бита.

Расследование показало: никакого взлома не было. Космическая частица попала в оперативную память. Бит перевернулся. Система посчитала неправильно.

Это называется soft error или single event upset (SEU). Не физическое повреждение, а временный сбой. Перезагрузил систему — всё работает.

Для обычного компьютера это редкость. Может случиться раз в несколько лет. Заметите вы это или нет — зависит от того, в каком месте памяти перевернулся бит. Если в важных данных — программа вылетит. Если в неиспользуемой области — ничего не произойдёт.

Но для дата-центров, где работают тысячи серверов круглосуточно, это реальная проблема. Google в 2009 году опубликовал исследование: в их серверах каждые несколько минут происходит какой-то сбой памяти. Большинство отлавливаются коррекцией ошибок, но не все.

Поэтому в критичных системах используют ECC-память (Error-Correcting Code). Она содержит дополнительные биты для проверки и автоматического исправления ошибок. Дороже, медленнее, но надёжнее.

В космосе проблема ещё серьёзнее. Там нет защиты атмосферы. Космические лучи бьют напрямую. Поэтому все спутники, МКС, марсоходы используют специально защищённую электронику.

Обычный процессор в космосе долго не проживёт. Начнутся массовые сбои, система зависнет или выйдет из строя.

Для космических аппаратов используют радиационно-стойкие чипы. Они медленнее и технологически отстают от обычных процессоров на годы. Но стабильны.

Парадокс: марсоход Perseverance использует процессор медленнее, чем в вашем смартфоне. Но он работает на Марсе без сбоев, а ваш телефон там бы умер за день.

Теперь о земных последствиях. Авиация — серьёзный риск. Самолёты летают на высоте 10-12 км, где космическое излучение сильнее. Автопилоты, навигация, управление двигателями — всё на электронике.

Поэтому в авиационных системах троируют всё. Три независимых компьютера выполняют одни и те же расчёты. Если один даёт другой результат — его игнорируют. Большинством голосов.

В медицинской технике тоже критично. МРТ, томографы, аппараты ИВЛ, дозаторы лекарств — сбой может стоить жизни. Поэтому там жёсткие стандарты защиты.

Но большинство устройств не защищены. Ваш компьютер, телефон, роутер, телевизор — все уязвимы. Просто последствия обычно не критичны. Программа вылетела — перезапустили.

Однако бывают исключения. В 2008 году автобус в США резко затормозил без команды водителя. Расследование показало: сбой в электронике управления.

В 2000-х несколько самолётов испытали внезапные отказы систем, которые списали на космические лучи.

Доказать это сложно. Сбой происходит, система перезагружается, и следов не остаётся. Только косвенные признаки.

Частота таких событий растёт. Почему? Потому что транзисторы в процессорах становятся меньше. Современный 5-нм процесс — транзисторы размером в десятки атомов.

Такую крошечную структуру легче повредить. Одна частица может затронуть несколько транзисторов сразу.

Производители это знают. Разрабатывают алгоритмы самопроверки, дублирование критичных узлов, автоматическое исправление ошибок на аппаратном уровне.

Но полностью защититься невозможно. Космос постоянно бомбардирует Землю. Мы живём под обстрелом частиц, летящих миллионы лет из далёких галактик.

И иногда одна из этих частиц переворачивает один бит. И ваш компьютер зависает. Или выборы идут не так. Или автобус тормозит сам.

Невидимая, неслышимая, но реальная угроза из космоса. Прямо сейчас.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: