Un circuito integrado o microchip, envía órdenes, a través de cargas eléctricas, a los demás circuitos o extensiones de una máquina como un avión, un carro o un ascensor. Una partícula con carga de energía de las miles que deambulan por el espacio puede alterar su funcionamiento, ¿qué sucede en estos casos?.

Jairo Canaval
Agencia AUPEC
febrero de 2007

Chip en base

Un hombre, en Europa, conducía a 190 kilómetros por hora, un moderno carro, con un estabilizador de velocidad. Cuando quiso desacelerar los frenos no le respondieron. Después de varios intentos desesperados llamó, por celular, a la policía para que le despejaran la vía por la que pasaría en los siguientes minutos. La policía actuó rápidamente y se evitó un accidente.

Inmediatamente, los fabricantes del automotor recogieron el vehículo, lo llevaron a sus laboratorios y días después concluyeron que el vehículo estaba en perfectas condiciones y que el conductor sólo quería desprestigiar a la compañía fabricante y el novedoso modelo del auto.

El profesor Raoul Velazco del Centro Nacional de Investigación de Francia CNRS, doctor en ciencias del Instituto Politécnico de Grenoble, experto en efectos de las radiaciones en circuitos integrados y coordinador del Programa Alfa Nicron, en la cual participan universidades de Europa y América Latina, financiado por la Unión Europea, para formar investigadores en la temática relacionada con los efectos de la radiación, natural o artificial, en circuitos integrados, piensa que lo más probable es que el circuito que controla el estabilizador de velocidad del automotor sufrió las consecuencias del impacto de una particula (neutron) que provocó la imposibilidad de desacelerar de inmediato.

La tierra y el espacio están bañados permanentemente por miles de partículas de diferentes cargas y energías, como protones, neutrones, iones, que deambulan, cruzándose a diestra y siniestra, atravesando lo que encuentren sin mayores consecuencias. Pero hay otras que la ionización, es decir que atraen o repulsan cargas, en la materia atravesada.

Un circuito integrado, también conocido como microchip, envía órdenes, a través pulsos de corriente, que son el resultado de cargas eléctricas en movimiento, a los demás circuitos o extensiones de una máquina como un avión, un carro, un ascensor, permitiéndole cumplir las funciones para las cuales se creó y programó.

Circuito integrado o microchip

Cuando una partícula de energía, que se mide en electrónvoltios, atraviesa un circuito integrado, la ionización directa o indirecta provocada resulta en una carga eléctrica cuya “puesta en movimiento” debido a los campos eléctricos provoca la aparición de un pulso de corriente, cuyas caracteríticas son simiulares a las de un pulso “normal” es decir una señal. Debido a este fenómeno, el funcionamiento del microchip puede ser perturbado, cambiando una información y/o dando eventualmente una orden inesperada o incluso contraria a la esperada, con consecuencias que dependen del uso de la herramienta o máquina en el momento de la aparición del fallo.

Según la hipótesis del Doctor Velazco, en el caso mencionado, el conductor procedió a frenar pero, por una interferencia momentánea, el sistema electrónico de control de velocidad “tomó el mando” del sistema de frenado, impidiendo momentáneamente su utilización. Lo que explica el porque cuando el auto fué revisado por la compañía que lo fabricó, la conclusión fué que “todo estaba en orden” y por lo tanto, que el chofer estaba “difamando” la marca.

Apenas en la década de los 60 se comprobó con certeza que las radiaciones perturban los circuitos integrados. La ionización de circuitos no preocuparía si no fuera por la trascendencia que esto tiene para el funcionamiento de equipos electrónicos de los que aveces dependen muchas vidas humanas.

Para avanzar en este campo, el Programa Alfa Nicron que financia la Unión Europea y que involucra a 5 renombradas universidades europeas y 6 latinoamericanas, entre las que se incluye a la Universidad del Valle, está dedicado a investigar y difundir las metodologías que permiten aumentar la tolerancia a las fallas y efectos de la radiación en circuitos integrados.

Para aumentar la tolerancia a fallas en circuitos hay varias posibilidades y niveles de solución y algunos de éstos son:

1. Mejorar la tecnología de fabricación, utilizando recubrimientos o blindajes, sin embargo han mostrado ser poco efectivas.
2. Utilizar una tecnología especial de fabricación (SOI, silicio sobre aislante), para hacer que el fenómeno de ionización se produzca en una capa mucho más delgada disminuyendo por lo tanto la magnitud de la carga resultante.
3. Triplicación modular del sistema y voto, para que se compare constantemente los resultados obtenidos por las tres réplicas y en caso que una de las tres réplicas tenga una interferencia y produzca un resultado erróneo, el votador electrónico opta por obedecer a los dos que coinciden. En este caso los costos de fabricación aumentan.
4. Diseñar componentes tomando en cuenta el hecho de que se van producir interferencias y buscando entonces que sus efectos no produzcan resultados erróneos, es decir que tengan una mayor tolerancia a los mismos. Típicamente, el reemplazo de las celdas memoria de un circuito por celdas memoria especiales, llamadas “endurecidas respecto a la radiación”, probadas como una de las soluciones eficaces.
5. Con un nivel de programación que permita detectar y corregir los errores; pero esta solución es bastante difícil pues se pretende que el sistema se vigile a si mismo y tome, en ciertos casos críticos decisiones equivocadas, por ejemplo si la perturbación occurre durante el momento en que se esta comparando dos o mas réplicas de una información para decidir cual es la que se procesará en caso de diferencias.

Tal vez, la solución más acertada es la de combinar de manera adecuada varias de estas posibles soluciones y el proyecto Alfa Nicron trabaja en su búsqueda, pues aunque la ionización de circuitos no es frecuente es menester aumentar su seguridad en un cien por cien, siempre que esté en riesgo vidas humanas.

En el marco del proyecto ALFA NICRON se están diseñando circuitos idénticos, uno con celdasconvencionales y otro con celdas memoria endurecidas, para someterlos a radiaciones usando aceleradores de partículas en condiciones idénticas, y obtener resultados cuantitativos de su sensibilidad, robustez frente al fenómeno estudiado. Otra de las experiencias en curso de desarrollo consiste en el diseño y la fabricación de una memoria con una gran capcidad (1 Giga bit, lo que corresponde alrededor de mil millones de celdas memoria) construida a partir de chips memoria los más avanzados posibles entre los comercialmente disponibles). Esta placa memoria será expuesta, durante los tres años que restan al proyecto, a las radiaciones naturales presentes en la atmósfera terrestre, a diferentes latitudes y altititudes. De esta manera se espera obtener resutados objetivos a propósito de la sensibilidad de tecnologías avanzadas de fabricación de microchips frente a las radiaciones naturales. En un futuro se espera poder aprovechar de los proyectos en cooperación con la NASA que tieneel instituto INPG (Instituto Politécnico de Grenoble) que lidera ALFA NICRON para incluir experiencias similares en satélites científicos que permitiran de poner en evidencia las posibles fallas y resultados en aplicaciones espaciales en las que las partículas tienen cargas y energías muy elevadas comparadas con las encontradas en la atmósfera terrestre.

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