ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОЙ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ

Резюме. Цель. Обратить внимание читателей на тенденции роста количества техногенных катастроф, увеличение ущерба от них, возрастание количества человеческих жертв и связь этого феномена с микропроцессорными системами автоматики. Приводятся доводы о необходимости построения техники с повышенным функционалом безопасности в условиях воздействия многократно возросших аномальных природных и техногенных факторов. Описываются и анализируются специфика систем управления объектами критического приложения и последствия пренебрежения дополнительным контролем схемотехники и программного обеспечения. Особо отмечается возрастание риска от введения беспилотных технологий и массового их использования на железнодорожном и автомо- бильном транспорте. В статье рассматриваются проблемы устойчивости систем управле- ния к сбоям и внешним воздействиям в зависимости от примененной элементной базы. Приводится статистика техногенных катастроф, рассматривается их связь с показателями неустойчивости систем управления. Отдельное внимание уделено особенностям современной микроэлектронной элементной базы и влиянию прогресса в этой области на помехоустойчивость систем и их сбойность. При этом отмечается увеличение количества опасных отказов систем, построенных на микроконтроллерах, выполненных по технологическим нормам 0,13 мкм и ниже. Значительное место отводится исследованию особенностей современных кристаллов, их топологии, в частности, главного элемента системы управления – микроконтроллера и цифрового сигнального процессора, анализируется влияние на кристалл внешних воздействий. Рассмотрены проблемы КМОП топологии в микропроцессорных узлах, показана зависимость увеличения влияния помех с перехо- дом на новые модификации КМОП технологий. Обращается внимание на необходимость подготовки соответствующего класса специалистов для работы с этими системами, владеющих не только программированием, но обладающих глубокими знаниями в области физики, основ построения систем управления и их устойчивости. Результаты. Проведена сравнительная оценка устойчивости КМОП технологий с проектными нормами 0,5 мкм и 130 нм и получена разница значений пороговой мощности воздействия более 4000 раз. Отмечается, что большинство разработчиков, программирующих подобные системы, вводятся в заблуждение отсутствием у фирм-производителей электронных компонентов какой-либо открытой информации о сбойности процессорных элементов. Принимая за основной параметр цифры надежности изделия, они неверно оценивают уровень полноты безопасности, ошибочно используя вместо параметров сбойности цифры надежности микросхем, предоставляемые изготовителем. При этом стандартные методы повышения уровня безопасности, применяемые разработчиками (в частности, резервирование), часто оказываются неэффективными. Выводы. Для построения систем управления высокой надежности и безопасности необходимо учитывать особенность современной элементной базы, принимая во внимание факт, что новые поколения современных микросхем, ввиду своей сбойности, часто непригодны для построения высоконадежных систем. Представляется актуальным дорабатывать существующие стандарты и создавать новые механизмы повышения устойчивости и безопасности систем. Также отмечается необходимость обязательной поддержки соответствующего уровня образования и информированности широкого круга разработчиков, работающих с системами управления в областях транспорта, энергетики, систем промышленной автоматики, вооружений, и др. в части важности обеспечения необходимого уровня функциональной безопасности.

микропроцессорные системы управления, микроэлектронная элементная база, техногенные катастрофы, сбойные ошибки, УПБ, блок безопасности

1. Васильев С.Н., Кирпичников А.П., Ботвинёнок А.А. Проблемы обеспечения безопасности в современных микропроцессорных системах управления подвижным составом, вызванные особенностями современной элементной базы, и их решение на примере блока безопасности «БАРС» вагонов 81–760 Московского метрополитена // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД». 2016. № 5. С. 13 – 25.

2. Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (CRED) www.emdat.be

3. Кирпичников А.П. Вопросы отказоустойчивости и безопасности в устройствах ЦОС критических при- ложений // Докл. 14-ой Междунар. конф. “Цифровая обработка сигналов и ее применение”. – Москва, 2012. – Т. 1. – С. III–V.

4. Кирпичников А.П. Новая роль микропроцессорных систем: обеспечение безопасности перед лицом ката- строф // 16-ая Международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение – DSPA-2014». – Москва, 2014. Т.1, С.25-29.

5. Пат. №2439666 РФ. Блок безопасности с контролем достоверности входной информации / А.П. Кирпичников // Бюл. – 2010.

6. Пат. №2449900 РФ. Блок безопасности / А.П. Кирпичников // Бюл. – 2010.

7. Кирпичников А.П., Ботвинёнок А.А., Медуницин Н.Б. Многоканальная микропроцессорная система управления со сверхвысокой безопасностью для поездов Московского метрополитена //Датчики и Системы, 2014, №9, С.38-45.

8. И.Б.Шубинский «Функциональная надежность информационных систем» – М.:Надежность, 2012, 294с.