Intel patentiert Detektor für kosmische Strahlung

Neue Technik gegen Speicherfehler

In den USA hat Intel ein Patent für die Erkennung der auch als "Höhenstrahlung" bekannten kosmischen Strahlung zugesprochen bekommen, welche der IT-Branche zunehmend Kopfzerbrechen macht. Intel will damit bei Speicherbausteinen und Prozessoren die Fehlertoleranz erhöhen.

Die kosmische Strahlung durchdringt auch die Erdatmosphäre und kann unter ungünstigen Umständen zu "Soft Errors" in Halbleitern führen. Dabei trifft ein Teilchen, das nicht notwendigerweise ein Elektron sein muss, einen Teil der Schaltung, wodurch plötzlich Spannung induziert wird, wo keine sein sollte. Bei den inzwischen nur noch wenige Atomlagen dicken Halbleitermaterialien können auch andere Effekte ausgelöst werden, weil sich die Physik der Werkstoffe verändert, wenn sie mit Teilchen beschossen werden.

Zwar ist die kosmische Strahlung mit abnehmender Höhe weniger stark, ihre Effekte werden für die Halbleiterbranche jedoch immer problematischer: Je feiner die Strukturen der Chips werden, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen eine relevante Stelle trifft. Das ist einer der Gründe, warum in Servern immer häufiger Speicher mit Fehlerkorrektur-Mechanismen (ECC) für "gekippte Bits" eingesetzt wird.

Patent: Detektor im Chip oder außerhalb ECC kostet jedoch Durchsatzleistung. Intel hat deshalb bereits im Juni 2004 in den USA ein Patent eingereicht, das dem Unternehmen und seinem Erfinder Erich Hannah im Dezember 2007 zugesprochen wurde. Hannah schlägt darin vor, Chips mit einem Detektor für kosmische Strahlung auszustatten. Erst wenn der Detektor Alarm schlägt, wird die Fehlerkorrektur aktiviert. Dabei kann dann beispielsweise ein Refresh der Speicherzellen ausgelöst werden. Auch das Zurückgreifen auf einen früheren Zustand bei spekulativer Ausführung von Befehlen in einem Prozessor ist vorgesehen.

Die Konstruktion des Detektors schlägt Intel als "Micro Electro-Mechanical Systems" (MEMS) vor, ein Gebiet, auf dem das Unternehmen schon seit Jahren forscht. Wann der Strahlungserkenner in Serienchips Einzug halten könnte, ist im Patentstadium der Technik noch nicht abzusehen. In seinem Entwurf von 2004 schreibt Eric Hannah jedoch, dass die kosmische Strahlung "in der nächsten Dekade" ein immer größeres Problem für die Halbleiterbranche werden könnte. Bereits im Jahr 2011 will Intel nach bisherigen Planungen auf Strukturbreiten von 22 Nanometern umsteigen.