Was macht den RAD750-Prozessor von Insight so strahlungsresistent? (im Vergleich zum PowerPC 750 des iMac von 1998)

(Entschuldigung, dass ich kein Insider bin, aber ich habe einen halben Tag damit verbracht, an dieser Antwort zu arbeiten.)

Verschiedene Versionen des iMac G3 verwendeten den PowerPC 750, 750CX und 750CXe. Das RAD750 gibt es in zwei Versionen: „rad-tolerant“ und „rad-hardened“. Laut einem Zitat in dieser Frage verwendete InSight die strahlungsgehärtete Version.

BAE (der Hersteller des RAD750) sagt sehr wenig darüber aus , wie ihre Produkte strahlungsgehärtet sind, wirbt aber gerne damit, dass sie gehärtet sind .

Bestätigte Unterschiede:

• Die Größe des RAD750-Chips (130 mm ² ) ist etwa doppelt so groß wie die des PPC750 (67 mm ² ) und etwa dreimal so groß wie die des 750CX/CXe (42,7 mm ² ). ( Wikipedia )
• Es gibt deutlich mehr (aber nicht ganz doppelte) Transistoren im RAD750 (10,4 Millionen) als im PPC750 (6,35 Millionen). Der PPC750CX/CXe verfügt über 20 Millionen Transistoren, die durch den L2-Cache auf dem Chip berücksichtigt werden. (Wikipedia)
• Es gibt einige Unterschiede in der Größe des Herstellungsprozesses. Der PPC750 war 250 nm, der 750CX und 750CXe waren 180 nm (Wikipedia), der strahlungstolerante RAD750 ist 250 nm und der strahlungsgehärtete 150 nm ( Verkaufsblatt des Herstellers ).
• Einige spezielle Herstellungsschritte (vom PPC750 und von früheren BAE-Produkten) wurden für das RAD750 eliminiert, um BAE dabei zu helfen, die Herstellung an andere Unternehmen zu vergeben. Das hat nichts mit Strahlung zu tun, sondern ist ein Unterschied zwischen den Prozessoren. (Artikel von Berger et. al. )
• Jeder Schaltkreis im ursprünglichen Design von IBM wurde durch einen mit besserer Strahlungstoleranz ersetzt. Die meisten der neuen Schaltungen stammten aus der 250-nm-ASIC-Bibliothek von Lockheed-Martin, aber viele komplexe Funktionen (32-Bit-Inkrementierer, Komparatoren und Rotatoren) mussten speziell für den RAD750 entwickelt werden. Jeder Schaltkreis hatte die gleiche Funktion wie die ursprüngliche IBM-Version, war jedoch strahlungstolerant. (Berger)
• Der PPC750 hatte über 800.000 Speicherelemente, von denen viele dynamisch waren. Alle diese Elemente wurden zu strahlungsfesten, statischen Versionen aufgerüstet. (Berger) Besonderes Augenmerk wurde auf die Härtung von RAM-Zellen, Leseverstärkern, Decodern und Latches gelegt. (Präsentation von Burcin )
• Die kombinatorische Logik wurde neu gestaltet, um die kurzen Transienten zurückzuweisen, die durch Strahlung verursacht werden können. (Berger)
• Der Phasenregelkreis (der zur Vervielfachung der Taktfrequenz verwendet wird) wurde neu gestaltet, um strahlungstoleranter zu sein und auch den Betriebstemperaturbereich des Chips zu erhöhen. (Berger)
• Die PowerPCs waren in Plastik verpackt; Die RAD750 sind in Keramik verpackt. Dies hilft, etwas Strahlung zu absorbieren.
• RAD750s laufen mit langsameren Taktraten. Der strahlungstolerante läuft mit 110 bis 132 MHz, der strahlungsharte mit 200 MHz (Herstellerangaben). Der iMac taktet zwischen 233 und 700 MHz.
• Sowohl der iMac- als auch der RAD750-Prozessor verwendeten einen Support-Chip, der einen PCI-Bus und einige Peripheriegeräte bereitstellte. Diese Support-Chips sind jedoch völlig unterschiedlich. Insbesondere der für den RAD750 wurde entwickelt, um ein Upgrade vom RAD6000 zu vereinfachen, und unterstützt auch SpaceBus. (Berger)
• Eine Sache, die BAE sehr deutlich macht, ist, dass jeder Chip ausgiebig getestet wird. Der Umfang der durchgeführten Tests wäre für kommerzielle Chips einfach nicht wirtschaftlich.
• In Bezug auf Design und Tests sind die Produkte von BAE zertifiziert, um verschiedene Standards zu erfüllen. Das haben Sie mit den kommerziellen PowerPC-Chips nicht.

Bestätigt nicht anders:

• Alle hier besprochenen Prozessoren sind CMOS.
• Das allgemeine Chip-Layout des RAD750 ist das gleiche wie das des PPC750. (Berger)
• Alle hier besprochenen Prozessoren sind Single-Core (Wikipedia). Darüber hinaus verfügt das RAD750 einfach nicht über genügend Transistoren, um einen zweiten (redundanten) Kern zu berücksichtigen. Es ist erwähnenswert, dass Curiosity und Perseverance aus Redundanzgründen jeweils über zwei vollständige RAD750-basierte Computer verfügen.
• Sowohl der PPC750 als auch der RAD750 enthalten keinen L2-Cache auf dem Chip; jedoch erlauben beide den Cache außerhalb des Chips. Die PPC750CX/CXe haben einen 256 kB L2-Cache auf dem Chip.

Wahrscheinlich anders:

• Die BAE-Seite zur Strahlungshärtung enthält einen Link zu diesem Artikel über Militär und Luft- und Raumfahrt , der darauf hindeutet, dass ihre Strahlungshärtung auf Konstruktionsunterschiede zurückzuführen ist:

  Bei BAE Systems ist die rein radhard-by-design-Arbeit in den letzten 10 Jahren verschwunden, aber das Unternehmen ist immer noch im Geschäft, die fortschrittlichsten radhard-Prozessoren und Allzweckcomputer für staatliche Weltraum- und Militärprogramme bereitzustellen.

  „Rad-hard by design ist nicht mehr notwendig“, sagt Gonzales. „Wir können kommerzielle Gießereien nutzen, um die Wafer fabben zu lassen, und die Wafer zurück zu BAE Systems in Manassas bringen. Wir betreiben Fabless, aber all unsere radharten Fähigkeiten sind immer noch hier.“

  Ein weiteres Zitat im selben Artikel:

  In Zukunft ist es wahrscheinlich, dass Entwickler von RAD-Hard-Chips Techniken in RAD-HARD-by-Design mit Strahlungsminderungstechniken kombinieren werden, um die höchstmögliche Zuverlässigkeit zu gewährleisten und Designern strategischer Waffensysteme dennoch die neuesten elektronischen Technologien zur Verfügung zu stellen. „Für strategische Anwendungen könnten wir einen strahlungsfesten Teil, wo wir ihn bekommen können, mit Strahlungsminderung mit analoger und digitaler Filterung, Abschirmung und Ausführung von Berechnungen zu unterschiedlichen Zeiten kombinieren und sie vergleichen, damit das System darauf reagieren kann potenzielle Korruption“, sagt Wiley.

  Dennoch besteht nach wie vor ein Bedarf an Rad-Hard-by-Design mit den höchsten Standards, auch wenn der Markt für diese Teile schrumpft. „Die Gießerei ist ein nationaler Vermögenswert“, sagt Wiley. „Es ist der einzige Ort, an dem digitale Teile wie Prozessoren und Speicher hergestellt werden, die Strahlung auf diesem Niveau tolerieren können.“

• Der Untergrund ist wahrscheinlich ein anderer. Einige Versionen des PPC750 verwendeten Silizium auf Isolator, aber es scheint, dass die im iMac verwendeten Arten dies nicht taten. Das Hersteller-Verkaufsblatt des RAD750 gibt das Substrat nicht an, sondern wirbt mit "Latchup-Immunität". Latchup kann durch Strahlung verursacht werden und für einen Chip tödlich sein. Es wird normalerweise durch Silizium-auf-Isolator oder Silizium-auf-Saphir gelöst (letzteres ist ziemlich Standard für Prozessoren von Raumfahrzeugen).

• Durch Teilen der Chipfläche durch die Anzahl der Transistoren scheint es, dass die Transistoren im Allgemeinen größer sind. Die Größe des Fertigungsprozesses ist hier keine gute Metrik; Es sagt Ihnen, dass ein Hersteller kleinere Transistoren herstellen kann , sagt Ihnen jedoch nicht, ob die tatsächliche Größe der Transistoren kleiner ist. Größere Transistoren sind weniger anfällig für Strahlung.

• Der PPC750 hatte keinen Watchdog-Timer, und der RAD750 erwähnt ihn nicht. Es ist jedoch ein einfaches Teil, das einer CPU hinzugefügt werden kann, und Standard in Luft- und Raumfahrtsystemen, sodass es wahrscheinlich im RAD750 vorhanden ist.

Unbekannt:

Folgende Maßnahmen werden in Wikipedia diskutiert , aber für das RAD750 gibt es so oder so keine Belege:

• Verwendung von an Bor-10 abgereichertem Bor in der Passivierungsschicht
• Verwendung von randlosen CMOS-Transistoren