مروری ساختاریافته بر سیستم های افزونگی با تاکید بر افزونگی سه گانه (TMR)، مفاهیم، رده بندی و روندهای نوین

افزونگی سخت افزاری یکی از مهم ترین راهکارهای افزایش قابلیت اطمینان در سامانه های دیجیتال بحرانی محسوب می شود و در کاربردهایی نظیر سامانه های فضایی، هسته ای، خودرویی و تجهیزات پزشکی نقش اساسی دارد. در میان روش های مختلف تحمل پذیری خطا، افزونگی سه گانه یا Triple Modular Redundancy به دلیل توانایی پوشش خطاهای گذرا و دائمی بیشترین کاربرد را در سامانه های مقاوم به خطا دارد. با این حال افزایش قابل توجه مساحت، توان مصرفی و پیچیدگی طراحی، استفاده گسترده از TMR را با چالش مواجه کرده است. در این مقاله ابتدا مبانی نظری افزونگی و روابط قابلیت اطمینان TMR به صورت تحلیلی بررسی شده و سپس روش های مختلف افزونگی شامل افزونگی مکانی، زمانی، تطبیقی و تقریبی به صورت کمی مقایسه می شوند. همچنین معماری های مختلف رای گیرها و تاثیر آنها بر قابلیت اطمینان، توان مصرفی و مقاومت در برابر اختلالات چندبیتی تحلیل شده است. در ادامه چالش های نوظهور فناوری های نانومتری از جمله MBU، پیچیدگی بازپیکربندی پویا و محدودیت توان مصرفی بررسی می شوند. نتایج تحلیل نشان می دهد که معماری های تقریبی و تطبیقی می توانند توازن مناسبی میان قابلیت اطمینان و هزینه سخت افزاری ایجاد کنند در حالی که TMR کامل همچنان بهترین گزینه برای سامانه های فوق بحرانی باقی می ماند. در نهایت رهنمودهایی برای انتخاب معماری مناسب در کاربردهای مختلف ارائه شده است.

کلیدواژه ها:

افزونگی سخت افزاری ، قابلیت اطمینان ، تحمل پذیری خطا ، TMR ، رای گیر ، FPGA ، MBU