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La nuova tecnica protegge i dati sulle unità a stato solido dalle radiazioni

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Dr. Biswajit Ray, a destra, con gli studenti (da sinistra) Matchima Buddhanoy, Sijay Huang, Umeshwarnath Surendranathan e Modol Anik Kumar nel laboratorio del Ray Research Group. Credito: Michael Mercier/UAH

Un nuovo metodo di archiviazione dei dati del computer resistente alle radiazioni chiamato watermark storage che è stato sviluppato da un professore dell’Università dell’Alabama a Huntsville (UAH) alla guida di un team di studenti ha applicazioni dirette nelle industrie dell’energia nucleare e spaziale.

“L’analisi basata sui dati sta crescendo in modo esponenziale per gli ambienti spaziali e nucleari”, afferma il dott. Biswajit Ray, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso l’UAH, una parte del sistema dell’Università dell’Alabama.

Dice che il nuovo sistema di archiviazione non si basa su una carica elettronica per l’archiviazione flash NAND, come fanno le tradizionali unità dati. NAND sta per il tipo “non e” di memoria flash, che è di uso comune. È interessante notare che il metodo di archiviazione della filigrana non richiede nuovi componenti.

“Utilizziamo abilmente il meccanismo di rottura dello strato di ossido di un transistor per imprimere informazioni sulle stesse celle di memoria disponibili in commercio”, afferma il dottor Ray. “Questa tecnica è più resistente ai danni da irradiazione rispetto alla tradizionale tecnica basata sulla carica”.

Ha lavorato con Kannan Grant, direttore dell’Office of Technology Commercialization di UAH, su un brevetto in attesa per la nuova tecnologia.

La tolleranza alle radiazioni è tipicamente caratterizzata come dose totale cumulativa, espressa in unità di rad(Si). Quindi, quanto è tollerante alle radiazioni l’archiviazione dei dati della filigrana?

“Abbiamo testato i chip fino a 100 krad(Si) e abbiamo riscontrato chiari vantaggi utilizzando il nostro metodo rispetto al metodo tradizionale basato sulla carica”, afferma il dottor Ray. Solo un krad è 1.000 rad, una dose di radiazioni abbastanza forte da uccidere una persona.

“Il nostro metodo mostra una risposta lineare del tasso di errore di bit con una dose totale, mentre il metodo tradizionale mostra un aumento esponenziale”, afferma.

Sebbene molti meno dati vengano persi in ambienti radioattivi con filigrana tecnica, c’è un aspetto negativo. Il tempo di scrittura dei dati è più lento rispetto all’archiviazione elettronica tradizionale, ma il Dr. Ray afferma che alcuni di questi aspetti negativi possono essere ridotti al minimo se i produttori di chip NAND consentono alcune operazioni aggiuntive sui loro chip.

“Il tempo di scrittura per i tradizionali supporti flash NAND è di circa pochi millisecondi per pagina da 16kB, mentre il tempo di stampa nella nostra proposta sarà di pochi secondi”, afferma. “Quindi, il tempo di scrittura dei dati aumenterà di circa 1.000 volte. Tuttavia, la tecnica proposta si rivolge a quelle applicazioni in cui la scrittura verrà eseguita solo una volta e quindi non rappresenterà un collo di bottiglia significativo”.

I membri del team di studenti di ingegneria elettrica e informatica del Dr. Ray nel Ray Research Group, e i coautori del documento di ricerca risultante, sono Matchima Buddhanoy, una studentessa di dottorato e l’autore principale; Sadman Sakib, un neolaureato di dottorato che ora lavora presso Intel; e Umeshwarnath Surendranathan, uno studente di dottorato.

Collaboratori e coautori sono il dott. Aleksandar Milenković, professore dell’UAH di ingegneria elettrica e informatica, e la dott.ssa Maryla Wasiolek e il dott. Khalid Hattar, membri principali dello staff tecnico dei Sandia National Laboratories di Albuquerque, NM

Sandia ha fornito supporto con sorgenti di irradiazione gamma Cobalt-60 e ha aiutato a condurre gli esperimenti. La collaborazione è stata contrattualmente sostenuta in parte dall’Ufficio per l’energia nucleare del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti attraverso il suo Idaho Operations Office.

La ricerca futura sarà parzialmente supportata dalla sovvenzione quinquennale di 650.000 dollari della National Science Foundation CAREER del Dr. Ray per creare unità di memoria per computer più resilienti, durevoli ed efficienti dal punto di vista energetico. Il lavoro comporterà ulteriori test sulle radiazioni della nuova tecnica, afferma il dottor Ray.

Vorremmo esplorare e testare questa tecnica per un ambiente con radiazioni molto elevate come una dose totale superiore a 1 megarad(Si)”, afferma.

“A una dose totale molto elevata i circuiti periferici NAND si guastano, rendendo il chip non funzionante. Abbiamo in programma di lavorare con i produttori di NAND per costruire periferiche NAND rad-hard. Abbiamo anche in programma di valutare la risposta ad alte dosi mediante schermatura selettiva delle periferiche. ”


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