3중 모듈식 이중화

Triple modular redundancy
"TMR"의 다른 용도에 대해서는 TMR(동음이의)을 참조하십시오.
3중 모듈식 이중화. 지정된 부울 함수를 계산하기 위해 3개의 동일한 논리 회로(논리 게이트)가 사용됩니다. 첫 번째 회로의 입력에서 데이터 세트는 두 번째 및 세 번째 게이트의 입력과 동일합니다.

컴퓨팅에서 트리플 모듈식 리던던시(triple modular redundancy,[1] TMR)는 결함을 허용하는 N-모듈식 리던던시의 한 형태로, 3개의 시스템이 프로세스를 수행하고 그 결과가 다수결 시스템에 의해 처리되어 단일 출력을 생성하는 것입니다. 세 시스템 중 하나라도 고장이 발생하면 다른 두 시스템이 고장을 수정하고 가릴 수 있습니다.

TMR 개념은 N-버전 프로그래밍 형태의 소프트웨어 이중화와 같은 많은 형태의 이중화에 적용될 수 있으며, 일반적으로 내결함성 컴퓨터 시스템에서 발견됩니다.

우주 위성 시스템은 종종 TMR을 사용하지만 [2][3]위성 램은 일반적으로 해밍 오류 수정을 사용합니다.[4]

일부 ECC 메모리는 (일반적인 해밍 코드가 아닌) 3중 모듈식 리던던시 하드웨어를 사용합니다. 왜냐하면 3중 모듈식 리던던시 하드웨어는 해밍 오류 수정 하드웨어보다 빠르기 때문입니다.[5] 반복 코드라고 불리는 일부 통신 시스템은 순방향 오류 수정의 간단한 형태로 N-모듈 이중화를 사용합니다. 예를 들어, 5-모듈 이중화 통신 시스템(예: FlexRay)은 대부분의 5개 샘플을 사용합니다. 5개 결과 중 2개 결과가 오류일 경우, 나머지 3개 결과는 결함을 수정하고 가릴 수 있습니다.

모듈식 이중화는 고대부터 시작된 기본 개념이며, 컴퓨터에 TMR이 처음 사용된 것은 1950년대 체코슬로바키아 컴퓨터 SAPO였습니다.

일반적인 경우

TMR의 일반적인 경우를 N-모듈 중복성이라고 하며, 이 경우 동일한 동작의 반복 횟수가 모두 양수로 사용됩니다. 다수결에 의한 오류 수정이 이루어질 수 있도록 그 수는 보통 최소 3개 이상으로 취해지고, 또한 동점이 발생하지 않도록 보통 홀수로 취해집니다.[6]

다수 논리 게이트

참고 항목: 다수함수

3입력 다수결 게이트

4개의 NAND 게이트를 사용한 3-입력 다수 게이트

다수 게이트의 입력 중 2개 이상이 1인 경우 3-입력 다수 게이트 출력은 1이고, 다수 게이트의 입력 중 2개 이상이 0인 경우 출력은 0입니다. 따라서 다수 게이트는 완전 가산기의 캐리 출력, 즉 다수 게이트는 투표기입니다.[7]

3-입력 다수 게이트는 다음과 같은 부울 방정식 및 진리표로 나타낼 수 있습니다.

입력
ABC		 산출량
Q
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1

TMR에서는 3개의 동일한 논리 회로(논리 게이트)를 사용하여 지정된 부울 함수의 동일한 집합을 계산합니다. 회로 고장이 없으면 세 회로의 출력은 동일합니다. 그러나 회로 고장으로 인해 세 회로의 출력이 다를 수 있습니다.

TMR 작업

세 개의 동일한 논리 게이트에 의해 계산된 부울 함수가 값 1을 갖는다고 가정하면, (a) 회로에 고장이 없으면 세 회로 모두 값 1의 출력을 생성하고 다수 게이트 출력은 값 1을 생성합니다. (b) 한 회로에 고장이 발생하여 출력이 0인 반면 다른 두 회로는 정상적으로 작동하여 출력이 1인 경우, 다수 게이트 출력은 1입니다. 즉, 여전히 올바른 값을 가지고 있습니다. 그리고 마찬가지로 세 개의 동일한 회로에 의해 계산된 부울 함수의 값이 0인 경우도 마찬가지입니다. 따라서 세 개의 동일한 논리 회로 중 하나 이상이 고장나지 않는 한 다수 게이트 출력이 정확하다는 것이 보장됩니다.[7]

단일 유권자의 신뢰도(작업 확률) R과 세 가지 구성 요소의 신뢰도 R이 있는 TMR 시스템의 경우, 정확할 확률은 R = R(3 R – 2 R)로 표시될 수 있습니다.

TMR 시스템은 오류가 누적되지 않도록 데이터 스크러빙(주기적으로 플립플롭을 다시 작성)을 사용해야 합니다.[8]

유권자

유권자 1명(위), 유권자 3명(아래)으로 3중 모듈식 이중화

다수결 게이트 자체가 실패할 수 있습니다. 이것은 유권자 자신에게 3중 중복을 적용함으로써 보호될 수 있습니다.[9]

Saturn Launch Vehicle Digital Computer 및 FMR(Functional Triple Modular Redundancy) 시스템과 같은 몇 가지 TMR 시스템에서는 유권자도 3배로 증가합니다. 다음 단계 TMR 논리의 각 복사본에 대해 하나씩 세 개의 유권자가 사용됩니다. 이러한 시스템에는 단일 장애 지점이 없습니다.[10][11]

비록 한 명의 유권자를 사용하는 것만이 단 하나의 실패 지점을 가져오지만, 실패한 유권자는 전체 시스템을 무너뜨릴 것입니다. 대부분의 TMR 시스템은 3중 유권자를 사용하지 않습니다. 다수 게이트는 방어하는 시스템보다 훨씬 덜 복잡하기 때문에 훨씬 더 신뢰할 수 있기 때문입니다.[7] 신뢰도 계산을 사용하면 TMR이 승리할 수 있는 유권자의 최소 신뢰도를 찾을 수 있습니다.[6]

크로노미터

3중 모듈식 이중화를 사용하려면 선박에 최소 3개의 크로노미터가 있어야 합니다. 2개의 크로노미터는 이중 모듈식 이중화를 제공하여 작업을 중단할 경우 백업을 허용하지만 두 크로노미터 간에 모순이 발생할 경우 시간이 다를 경우 오류 수정을 허용하지 않습니다. 어떤 것이 잘못되었는지는 알 수 없습니다. (획득된 오류 감지는 크로노미터 하나만 가지고 주기적으로 확인하는 것과 같습니다.) 세 개의 크로노미터는 세 개의 모듈식 이중화를 제공하여 세 개 중 하나가 틀리면 오류를 수정할 수 있으므로 조종사는 더 가까운 판독값으로 두 개의 평균을 취합니다(평균 정밀도에 대한 투표).

이 효과에 대한 오래된 격언이 있는데, "2개의 크로노미터를 가지고 바다에 가지 말라; 1개 또는 3개를 가져라"입니다.[12]

주로 이것은 두 크로노미터가 모순되면 어떤 크로노미터가 정확한지 어떻게 알 수 있다는 것을 의미합니다. 한때 이 관측 또는 규칙은 충분히 정확한 3개의 크로노미터의 비용이 여러 종류의 소형 상선의 비용보다 더 높았기 때문에 값비싼 것이었습니다.[13] 일부 선박은 3개 이상의 크로노미터를 운반했습니다. 예를 들어, HMS 비글은 22개의 크로노미터를 운반했습니다.[14] 그러나 이러한 많은 수는 보통 비글호의 경우와 마찬가지로 측량 작업을 수행하는 선박에서만 운반되었습니다.

현대 시대에 해상의 선박은 GNSS 항법 수신기(GPS, GLONASS & WAAS 등 지원)를 사용합니다. 대부분 정확한 시간(및 위치)을 제공하기 위해 WAAS 또는 EGNOS 지원으로 운행됩니다.

대중문화에서

참고 항목

참고문헌

  1. ^ "David Ratter. "FPGAs on Mars"" (PDF). Retrieved May 30, 2020.
  2. ^ "Actel engineers use triple-module redundancy in new rad-hard FPGA". Military & Aerospace Electronics. Retrieved 2017-04-09.
  3. ^ ECSS-Q-HB-60-02A : ASICs 및 FPGA 핸드북의 방사선 영향 완화 기법
  4. ^ "Commercial Microelectronics Technologies for Applications in the Satellite Radiation Environment". radhome.gsfc.nasa.gov. Archived from the original on March 4, 2001. Retrieved May 30, 2020.
  5. ^ "Using StrongArm SA-1110 in the On-Board Computer of Nanosatellite". Tsinghua Space Center, Tsinghua University, Beijing. Archived from the original on 2011-10-02. Retrieved 2009-02-16.
  6. ^ a b c Shooman, Martin L. (2002). "N-Modular Redundancy". Reliability of computer systems and networks: fault tolerance, analysis and design. Wiley-Interscience. pp. 145–201. doi:10.1002/047122460X.ch4. ISBN 9780471293422. 과정 노트
  7. ^ a b c 딜립브이. Sarwate, ECE 413 강의 노트 – UIUC University of Illinois University of Engineering at Urbana-Champaign, ECE(Electrical and Computer Engineering) 공학 응용 프로그램에 대한 확률
  8. ^ Zabolotny, Wojciech M.; Kudla, Ignacy M.; Pozniak, Krzysztof T.; Bunkowski, Karol; Kierzkowski, Krzysztof; Wrochna, Grzegorz; Krolikowski, Jan (2005-09-16). "Radiation tolerant design of RLBCS system for RPC detector in LHC experiment". In Romaniuk, Ryszard S.; Simrock, Stefan; Lutkovski, Vladimir M. (eds.). Photonics Applications in Industry and Research IV. Vol. 5948. Warsaw, Poland. pp. 59481E. doi:10.1117/12.622864. S2CID 15987757.{{cite book}}: CS1 maint: 위치 누락 게시자(링크)
  9. ^ A.W. Krings.리던던시.2007
  10. ^ Sandi Habinc (2002). "Functional Triple Modular Redundancy (FTMR): VHDL Design Methodology for Redundancy in Combinatorial and Sequential Logic" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2012-06-05.
  11. ^ Lyons, R. E.; Vanderkulk, W. (April 1962). "The Use of Triple-Modular Redundancy to Improve Computer Reliability" (PDF). IBM Journal of Research and Development. 6 (2): 200–209. doi:10.1147/rd.62.0200.
  12. ^ Brooks, Frederick J. (1995) [1975]. The Mythical Man-Month. Addison-Wesley. p. 64. ISBN 978-0-201-83595-3.
  13. ^ "Re: Longitude as a Romance". Irbs.com, Navigation mailing list. 2001-07-12. Archived from the original on 2011-05-20. Retrieved 2009-02-16.
  14. ^ R. Fitzroy. "Volume II: Proceedings of the Second Expedition". p. 18.

외부 링크