Une nouvelle méthode de stockage de données informatiques résistant aux radiations, appelée stockage en filigrane, mise au point par un professeur de l’Université d’Alabama à Huntsville (UAH) à la tête d’une équipe d’étudiants, a des applications directes dans les secteurs de l’énergie nucléaire et de l’espace.
Les analyses fondées sur les données connaissent une croissance exponentielle dans les environnements spatiaux et nucléaires, explique Biswajit Ray, professeur adjoint en génie électrique et informatique à l’UAH, qui fait partie du système de l’Université d’Alabama.
Il explique que le nouveau système de stockage ne repose pas sur une charge électronique pour le stockage flash NAND, comme le font les lecteurs de données traditionnels. NAND est l’acronyme du type de mémoire flash « non et », qui est couramment utilisé. Il est intéressant de noter que la méthode de stockage en filigrane ne nécessite aucun nouveau composant.
« Nous utilisons habilement le mécanisme de rupture de la couche d’oxyde d’un transistor pour imprimer des informations sur les mêmes cellules de mémoire disponibles dans le commerce », explique le Dr Ray. « Cette technique est plus résistante aux dommages causés par l’irradiation que la technique traditionnelle basée sur les charges. »
Il travaille avec Kannan Grant, directeur de l’Office of Technology Commercialization de l’UAH, sur un brevet en instance pour cette nouvelle technologie.
La tolérance aux rayonnements est généralement caractérisée par la dose totale cumulée, exprimée en unités de rad(Si). Dans quelle mesure le stockage de données en filigrane est-il tolérant aux rayonnements ?
« Nous avons testé les puces jusqu’à 100 krad(Si) et nous avons constaté des avantages évidents en utilisant notre méthode par rapport à la méthode traditionnelle basée sur les charges », déclare le Dr Ray. Un seul krad correspond à 1 000 rads, une dose de rayonnement suffisamment forte pour tuer une personne.
« Notre méthode montre une réponse linéaire du taux d’erreur binaire en fonction de la dose totale, alors que la méthode traditionnelle montre une augmentation exponentielle », ajoute-t-il.
Bien que la technique du filigrane permette de perdre beaucoup moins de données dans les environnements radioactifs, il y a un inconvénient. Le temps d’écriture des données est plus lent que celui du stockage électronique traditionnel, mais M. Ray affirme qu’une partie de cet inconvénient peut être minimisée si les fabricants de puces NAND autorisent quelques opérations supplémentaires sur leurs puces.
« Le temps d’écriture des supports flash NAND traditionnels est d’environ quelques millisecondes par page de 16 Ko, alors que le temps d’impression dans notre proposition sera de quelques secondes », explique-t-il. « Ainsi, le temps d’écriture des données sera multiplié par environ 1 000. Cependant, la technique proposée vise les applications où l’écriture ne sera effectuée qu’une seule fois et ne constituera donc pas un goulot d’étranglement important. »
Les membres de l’équipe d’étudiants en génie électrique et informatique du groupe de recherche Ray, et les coauteurs de l’article de recherche qui en résulte, sont Matchima Buddhanoy, étudiante en doctorat et auteur principal, Sadman Sakib, un récent diplômé en doctorat qui travaille maintenant chez Intel, et Umeshwarnath Surendranathan, étudiant en doctorat.
Les collaborateurs et coauteurs sont Aleksandar Milenković, professeur d’ingénierie électrique et informatique à l’UAH, ainsi que Maryla Wasiolek et Khalid Hattar, membres principaux du personnel technique des Sandia National Laboratories à Albuquerque, au Nouveau-Mexique.
Sandia a fourni des sources d’irradiation gamma au cobalt 60 et a participé à la réalisation des expériences. La collaboration a été soutenue contractuellement en partie par l’Office of Nuclear Energy du ministère américain de l’énergie, par l’intermédiaire de son Idaho Operations Office.
Les recherches futures seront partiellement soutenues par la subvention CAREER de 650 000 dollars sur cinq ans accordée à M. Ray par la National Science Foundation, afin de créer des lecteurs de mémoire d’ordinateur plus résistants, durables et économes en énergie. Selon le Dr Ray, les travaux comprendront d’autres essais de rayonnement de la nouvelle technique.
Nous aimerions explorer et tester cette technique pour un environnement à très haute radiation, comme une dose totale de plus de 1 mégarad(Si) », dit-il.
« À une dose totale très élevée, les circuits périphériques NAND tombent en panne, rendant la puce non fonctionnelle. Nous prévoyons de travailler avec les fabricants de NAND pour construire des périphériques NAND résistants aux rayonnements. Nous prévoyons également d’évaluer la réponse à une dose élevée par un blindage sélectif des périphériques. »
