Brasil desenvolve processador antirradiação para uso espacial

O processador brasileiro com sistema antirradiação possui aproximadamente 500 mil transistores e foi construído com a tecnologia de 180 nanômetros. [Imagem: Cortesia NSCAD]

Chip espacial brasileiro
O Brasil acaba de desenvolver seu primeiro chip com proteção anti-radiação espacial, voltado para aplicações em foguetes e satélites .
O processador poderá ser utilizado em futuros satélites miniaturizados, conhecidos como nanossatélites, usados para monitoramento espacial e ambiental, e como plataforma paro o teste de novas tecnologias espaciais.
O projeto, financiado pela Agência espacial Brasileira (AEB), foi realizado por uma equipe da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e do escritório de projetos NSCAD Microeletrônica.
Influência da radiação espacial nos satélites
Chips que funcionam no espaço estão sujeitos à interferência da radiação proveniente da atividade solar e dos raios cósmicos, bem como de outros eventos cósmicos mais raros, como as erupções de raios gama.
Em momentos em que a atividade do Sol está mais elevada, como aconteceu no início deste ano, há interferência nos componentes eletrônicos - a falha em um único chip pode comprometer o funcionamento de todo um sistema, como satélites de telecomunicações ou de GPS.
O protótipo do processador espacial, desenvolvido em um projeto coordenado pela professora Fernanda Gusmão de Lima Kastensmidt, é composto por dois processadores e utiliza técnicas para detectar e corrigir falhas provocadas pela radiação espacial.
Processador antirradiação
O circuito integrado, um processador dual-core chamado NSC21101, é composto de dois processadores mini-MIPS de 32-bits, lógica de teste, interface SPI, controle de memórias externas e PLL.
Um dos seus processadores tem redundância em hardware, uma técnica conhecida como TMR (Triple Modular Redundancy), a fim de corrigir falhas nos registradores internos induzidas por eventos externos.
O processador antirradiação solar possui aproximadamente 500 mil transistores e foi construído com a tecnologia de 180 nanômetros.
O núcleo do processador ocupa uma área de 2,31 x 2.31 milímetros (mm) e, com o encapsulamento suas dimensões chegam a 4,17 x 4,17 cm.

O chip NSC21101 é um processador dual-core composto de dois processadores mini-MIPS de 32-bits. [Imagem: Cortesia NSCAD]

O chip processa programas armazenados em memória FLASH e em memória SRAM. O programa deve ser gravado na memória FLASH externa e, conforme o modo de operação, é copiado para a memória SRAM externa e processado.
Os resultados gerados pelo processamento são armazenados na mesma memória externa SRAM e poderão ser também copiados para a memória FLASH externa conforme a necessidade.
Radiação espacial
A energia da radiação espacial induz a criação de pares elétrons-lacunas nos circuitos eletrônicos. A atmosfera terrestre oferece uma proteção contra a quase totalidade desses efeitos, mas os processadores que operam no espaço não contam com esse escudo.
Essa radiação é medida em rad, a unidade de radiação absorvida por cada grama de matéria.
Como, na eletrônica o material básico é o silício, usa-se a nomenclatura rad(Si), ou krad(Si), onde o k tem o mesmo efeito multiplicador que o kbyte tem em relação ao byte.
Chips que funcionam no espaço estão sujeitos a dois tipos de radiação, uma cumulativa (TID: Total Ionizing Dose) e outra de pico (SEE: Single Event Effects).
A dose de ionização total (TID) é medida pelo acúmulo de ionização que o circuito integrado recebe ao longo de sua vida útil no espaço. A tolerância de um circuito à TID depende do seu processo de fabricação e do leiaute dos transistores.
Os efeitos de eventos individuais (SEE) são caracterizados por falhas transientes que podem ocasionar a inversão dos valores nos elementos de memória. A principal técnica de tolerância a falhas SEE é a redundância em hardware, geralmente com a triplicação da lógica e o uso de "votadores de maioria".