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2025-01-28T11:13:34Z

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Ein '''{{lang|en|Soft Error}}''' (aus dem [[englische Sprache|Englischen]], übersetzt „weicher Fehler“) ist in der [[Informatik]] eine Sonderform eines Fehlers, also eines unerwartet und ungewollt auftretenden Zustandes einer [[Digitaltechnik|Logikschaltung]] oder eines [[Datenspeicher]]s. Im Gegensatz zu Fehlern, die z. B. durch Defekte der [[Hardware]] entstehen und das System permanent verändern, werden durch Soft Errors nur temporäre Zustandsänderungen bewirkt. Werden die falschen [[Daten]] korrigiert, ist keine weitere Beeinflussung des Systems durch den aufgetretenen Soft Error festzustellen, insbesondere wird die Zuverlässigkeit des Systems nicht beeinflusst.

Soft Errors werden primär durch energiereiche [[Strahlung]], also z. B. [[kosmische Strahlung]] (Höhenstrahlung) oder [[ionisierende Strahlung]] radioaktiver Stoffe ausgelöst. Im weiteren Sinne können Soft Errors auch durch (externe) [[Störsignal]]e z. B. [[Übersprechen]] von Signalen oder [[Rauschen (Physik)|Rauschen]] verursacht werden.

== Geschichte ==
Beobachtet wurden Soft Errors zunächst bei den ersten [[Halbleiterspeicher]]n, besonders [[Dynamic Random Access Memory|DRAMs]]. Bei diesen wird die Information in Form von [[Elektrische Ladung|elektrischer Ladung]], d. h. [[Elektron]]en, auf einem [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensator]] gespeichert. Da pro gespeichertem [[Bit]] ein Kondensator mit zugehörigem Ansteuertransistor benötigt wird, wird die [[Elektrische Kapazität|Kapazität]] des Kondensators klein ausgelegt, um eine große Anzahl von [[Halbleiterspeicher #Speicherzelle|Speicherzellen]] auf einem [[Integrierter Schaltkreis|Chip]] unterzubringen. Mit zunehmender [[Integrationsdichte]] von ursprünglich 1024x1 bit (Intel 1103) im Jahr 1970 bis zu heutigen (2011) 8 Gbit DRAMs stehen immer weniger Elektronen zur Verfügung, um zwischen einer [[Dualsystem|logischen]] „0“ und „1“ zu unterscheiden.

Ähnlich empfindlich wie DRAMs sind auch [[Flash-Speicher]], bei denen die Information ebenfalls in Form von Elektronen auf [[Floating-Gate-Transistor|isolierten Gates]] von [[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor|MOS-Transistoren]] gespeichert wird. Durch die immer kleiner werdenden Strukturen der Halbleiter sind auch die eigentlich stabileren [[Static random-access memory|SRAMs]] gefährdet, deren Speicherelement meist aus sechs Transistoren besteht.

== Ursachen ==
Werden durch ein energiereiches Strahlungsteilchen einige Elektronen des Speicherkondensators „weggeschossen“, kann sich der Zustand des Speichers ändern. Dieser so entstandene Fehler ist [[Reversibler Prozess|reversibel]], d. h., durch ein erneutes Beschreiben der [[Halbleiterspeicher #Speicherzelle|Speicherzelle]] mit der korrekten Information kann der Fehler behoben werden.

Selbst die eigentliche [[Integrierter Schaltkreis|integrierte Schaltung]] bzw. deren [[Chipgehäuse|Gehäuse]] enthält einige wenige, nicht vermeidbare radioaktive Atome, die beim Zerfall [[Alphastrahlung|Alphateilchen]] emittieren. Diese aus zwei [[Proton]]en und zwei [[Neutron]]en bestehenden Heliumkerne haben eine relativ große Masse und deshalb eine sehr kleine Reichweite (wenige cm in Luft bzw. bis ca. 0,1 mm in festen Stoffen), da sie auf ihrem Weg schnell mit anderen Atomen zusammenstoßen. Allerdings kann das Alphateilchen auf diesem kurzen Weg viele andere Atome [[Ionisation|ionisieren]], d. h., Elektronen von den Atomkernen trennen und dadurch die in einer Speicherzelle gespeicherte Information verändern.

Ebenso kann Alphastrahlung ein kurzzeitiges Kippen des Zustandes einer Logikschaltung hervorrufen, was dann im Falle von [[Schaltwerk (Technische Informatik)|Schaltwerken]] einen permanenten Zustandswechsel bewirken kann.

Durch Auswahl verbesserter Materialien konnte die durch Alphastrahlung ausgelöste Fehlerrate in den letzten Jahrzehnten reduziert werden.

Als weitere Quelle für die störende Strahlung kommt kosmische Strahlung in Betracht, vornehmlich schnelle [[Neutron|Neutronen]]. Durch ihre elektrische Neutralität durchdringen sie meist ungehindert die [[Erdatmosphäre]] und erzeugen durch verschiedene komplexe Prozesse, z. B. durch Interaktion mit dem [[Silizium]] der Halbleiter, ionisierende Teilchen, die wiederum die Speicherinformation verändern können. Da Neutronen nur schwer abzuschirmen sind – wenn, dann höchstens auf Systemebene, nicht auf [[Integrierter Schaltkreis|IC]]-Ebene – wird kosmische Strahlung heute als der Hauptfaktor für Soft Errors angesehen.

Wird durch die energiereiche Strahlung die atomare Struktur der Schaltung zerstört, kann dieses zu einem permanenten Defekt (Hard Error) führen.

== Schutz vor Soft Errors ==
Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Soft Errors wird als Soft-Error-Rate (SER) bezeichnet. Da sie normalerweise sehr gering ist, ist sie schwierig zu messen. Um die (Un-)Empfindlichkeit der eigentlichen Halbleiterschaltung abzuschätzen, werden die freiliegenden Chips (Gehäuse evtl. aufgeätzt) einem [[Standardisierung|standardisierten]] Alphastrahler ausgesetzt und die entstehende Fehlerrate gemessen. Mit dieser beschleunigten Messung wird eine ''Accelerated Soft Error Rate'' (ASER) bestimmt.

Da die Anwesenheit von radioaktiven Atomen und die kosmische Strahlung nicht gänzlich ausgeschlossen werden können, müssen schaltungstechnische Maßnahmen ergriffen werden, um die Auswirkung von Soft Errors zu verringern. Eine Möglichkeit besteht in der Einführung von [[Redundanz (Technik)|Redundanz]], so dass zumindest eine zuverlässige Erkennung von Fehlern oder, mit entsprechenden [[Fehlerkorrekturverfahren]], der Ausfall von einzelnen oder mehreren (Speicher-)Bits hardwareseitig erkannt und korrigiert werden kann.

In [[Computer|Rechnersystemen ]] können auch [[Software|Softwareverfahren]] herangezogen werden, um die [[Konsistenz (Datenspeicherung)|Datenintegrität]] zu prüfen und evtl. wiederherzustellen.

Für Bauteile, die in der Automobilindustrie eingesetzt werden und nach [[Automotive Electronics Council|AEC-Q100]] qualifiziert werden sollen, empfiehlt der gegenwärtige Standard Untersuchungen nach [[JEDEC Solid State Technology Association|JESD89]], wenn SRAM/DRAM-Blöcke > 1 Mbit enthalten sind.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.aecouncil.com/AECDocuments.html |titel=AEC Documents |werk=aecouncil.com |sprache=en |abruf=2011-02-16}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Single Event Effect]]
* [[Single Event Upset]]

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Hardware]]
[[Kategorie:Speichertechnologie]]
[[Kategorie:Mikroelektronik]]
[[Kategorie:Technischer Defekt]]

Soft Error - Versionsgeschichte

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