Soft Error
Englisch: soft error
Eine vorübergehende Fehler, bei dem ein Signal oder Datum momentan fehlerhaft ist, verursacht beispielsweise durch ein ionisierendes Teilchen, das einen Chip trifft.
Soft Error: Vorübergehender Fehler, der sich von selbst behebt
Ein Soft Error ist eine vorübergehende Verfälschung von Daten oder logischem Zustand in elektronischen Schaltkreisen, die ohne permanente Hardwareschäden auftritt. Anders als ein Hard Error, der auf physikalisches Versagen hindeutet, verschwindet ein Soft Error, wenn das betroffene System zurückgesetzt wird, die Stromversorgung unterbrochen wird oder der fehlerhafte Wert überschrieben wird. Die Schaltung selbst bleibt intakt; nur die Informationen, die sie speichert, sind kurzzeitig beschädigt.
Die häufigste Ursache ist ionisierende Strahlung, typischerweise hochenergetische Teilchen wie kosmische Strahlung oder Alphateilchen, die von Spurenverunreinigungen radioaktiver Stoffe in Verpackungsmaterialien emittiert werden. Wenn ein solches Teilchen die aktive Region eines Transistors trifft, kann es ein gespeichertes Bit von 0 zu 1 oder umgekehrt kippen. Je größer der integrierte Schaltkreis und je dichter gepackt seine Transistoren sind, desto höher ist die statistische Wahrscheinlichkeit solcher Treffer. Speichergeräte, insbesondere dynamischer RAM und Cache-Speicher, sind besonders anfällig, da sie Informationen als elektrische Ladung in kleinen Kondensatorstrukturen speichern.
Erkennung und Risikominderung
In kritischen Systemen werden Soft Errors durch Redundanz erkannt und korrigiert: Fehlerkorrekturcodes (ECC) im Speicher können Einzelbit-Fehler automatisch identifizieren und beheben; Triple-Modular-Redundanz in der Luft- und Raumfahrttechnik vergleicht drei unabhängige Berechnungen und wählt das richtige Ergebnis durch Abstimmung. Abschirmung, reduzierte Stromversorgung und Materialauswahl senken ebenfalls die Soft-Error-Rate. Moderne Prozessoren, die mit hohen Taktfrequenzen in rauen Umgebungen arbeiten, wie in der Automobil-, Industriesteuerungs- und Raumfahrttechnik, stehen vor besonders großen Herausforderungen durch Soft Errors.
Die Unterscheidung von Hard Errors ist betriebskritisch: Ein Soft Error in einer einzelnen Transaktion kann für einen Benutzer unsichtbar bleiben oder einen Wiederholungsversuch auslösen; eine Soft-Error-Rate von Tausenden pro Milliarde Betriebsstunden in Verbrauchergeräten ist normalerweise tolerables Rauschen, aber in sicherheitskritischen Systemen wird sie zu einer Designanforderung, die architektonische Schutzmaßnahmen verlangt. Historisch betrachtet waren Soft Errors in älteren Chips mit größeren Strukturen und niedrigerer Dichte vernachlässigbar, aber sie sind zu einer Zuverlässigkeitsproblematik ersten Ranges in modernen Prozessen im Nanometer-Bereich geworden.