我又一次在设计评审中遇到了这样的说法,即某个特定场景的概率“小于宇宙射线影响程序的风险”,我突然意识到我根本不知道这个概率是多少。

“既然2-128是340282366920938463463374607431768211456中的1,我认为我们有理由在这里冒险,即使这些计算有几十亿倍的偏差……我相信,宇宙射线把我们搞砸的风险更大。”

这个程序员正确吗? 宇宙射线击中计算机并影响程序执行的概率是多少?


当前回答

您可能还想看看容错硬件。

例如,Stratus Technology构建了名为ftServer的Wintel服务器,它有2或3个锁步“主板”,比较计算结果。(有时在太空飞行器中也会这样做)。

Stratus服务器从定制芯片组发展到背板上的同步。

一个非常类似的(但是是软件)系统是基于Hypervisor的VMWare Fault Tolerance lockstep。

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我经历过这种情况——宇宙射线翻转一点并不罕见,但一个人观察到这种情况的可能性很小。

2004年,我正在为一个安装程序开发一个压缩工具。我的测试数据是一些Adobe安装文件,压缩了大约500 MB或更多。

在冗长的压缩运行和解压运行以测试完整性之后,FC /B显示一个字节不同。

在这一个字节内,MSB翻转了。 我也急了,担心我有一个疯狂的bug,它只会在非常特定的条件下出现——我甚至不知道从哪里开始寻找。

但有声音让我再做一次测试。我运行它,它通过了。我设置了一个脚本,在一夜之间运行测试5次。到了早上,5个都已经过去了。

所以这绝对是宇宙射线位翻转。

“宇宙射线事件”在这里的许多答案中被认为是均匀分布的,这可能并不总是正确的(即超新星)。虽然“宇宙射线”的定义(至少根据维基百科)来自外太空,但我认为将局部太阳风暴(又名日冕物质抛射)也包括在同一保护伞下是公平的。我相信这可能会导致几个比特在短时间内翻转,可能足以破坏甚至启用ecc的内存。

众所周知,太阳风暴会对电力系统造成相当大的破坏(如1989年3月的魁北克停电)。计算机系统很可能也会受到影响。

Some 10 years ago I was sitting right next to another guy, we were sitting with each our laptops, it was in a period with quite "stormy" solar weather (sitting in the arctic, we could observe this indirectly - lots of aurora borealis to be seen). Suddenly - in the very same instant - both our laptops crashed. He was running OS X, and I was running Linux. Neither of us are used to the laptops crashing - it's a quite rare thing on Linux and OS X. Common software bugs can more or less be ruled out since we were running on different OS'es (and it didn't happen during a leap second). I've come to attribute that event to "cosmic radiation".

后来,“宇宙辐射”成了我工作场所的一个内部笑话。每当我们的服务器发生了什么事情,我们找不到任何解释,我们开玩笑地把错误归咎于“宇宙辐射”。: -)

维基百科引用了IBM在90年代的一项研究,该研究表明“计算机通常每个月每256兆字节的RAM中会出现一次宇宙射线引起的错误。”不幸的是,引用的是《科学美国人》上的一篇文章,该文章没有提供任何进一步的参考文献。就我个人而言,我发现这个数字非常高,但也许大多数由宇宙射线引起的记忆错误不会引起任何实际或明显的问题。

另一方面,当涉及到软件场景时,人们谈论概率通常不知道他们在谈论什么。

从维基百科:

IBM在20世纪90年代的研究表明,计算机通常每个月每256兆字节的RAM会经历一次宇宙射线引起的错误

这意味着每月每个字节的概率为3.7 × 10-9,或每秒每个字节的概率为1.4 × 10-15。如果您的程序运行1分钟并占用20 MB RAM,则失败概率为

                 60 × 20 × 1024²
1 - (1 - 1.4e-15)                = 1.8e-6 a.k.a. "5 nines"

错误检查可以帮助减少失败的后果。此外,正如Joe所评论的那样,由于芯片尺寸更紧凑,故障率可能与20年前不同。

使用ECC,您可以纠正宇宙射线的1位错误。为了避免10%的宇宙射线导致2位错误的情况,ECC细胞通常交错在芯片上,因此没有两个细胞彼此相邻。因此,影响两个单元格的宇宙射线事件将导致两个可纠正的1bit误差。

孙声明:(2002年4月第816-5053-10部分)

一般来说,宇宙射线软误差发生在DRAM存储器中 速率~10到100 FIT/MB (1 FIT = 1个设备故障在10亿小时)。 因此,具有10gb内存的系统应该每1000次显示一次ECC事件 到10,000小时,100gb的系统将显示一个事件 100到1000小时。然而,这只是一个粗略的估计 变化是上述效应的函数。