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Construit pour durer : des systèmes informatiques qui ne peuvent tout simplement pas tomber en panne – High-teK.ca

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Un système informatique défaillant peut être un problème dans certains contextes, mais catastrophique dans d’autres. Personne n’aime quand son ordinateur tombe en panne au milieu d’un rendu nocturne, mais le coût de ce retard n’est rien comparé à une panne dans un environnement critique, comme dans un hôpital, sur un satellite ou, dans le cas de curiosité, sur une autre planète entièrement. Ces paramètres extraordinaires ont conduit à la création de systèmes informatiques spécialisés conçus pour fonctionner dans des situations à forte demande, souvent pendant des années. Ce sont, sans surprise, certains des systèmes informatiques les plus intéressants.

Soins de santé

L’équipement hospitalier, avant tout, doit être à l’abri des fluctuations de l’alimentation secteur. Commutateurs de transfert statiques peut commuter l’alimentation sur des batteries de secours en un seul cycle de panne de courant de 60 Hz et fournir une alimentation de secours continue pendant les quelques secondes nécessaires au démarrage des générateurs. Les pointes inductives des moteurs de compresseur de commutation doivent également être filtrées ou bloquées avec des transformateurs d’isolement. Mais ces appareils ne protègent pas contre les problèmes survenant à des niveaux plus localisés, qui peuvent réinitialiser les instruments, les gelant ou les redémarrant souvent dans un état imprévisible.

Salle d'opération - beaucoup d'ordinateurs !

Les robots de précision qui assistent les chirurgiens lors des opérations sont de grands systèmes intégrés comportant souvent plusieurs ordinateurs gérant des FPGA (réseaux de portes programmables par l’utilisateur) et des DSP (processeurs de signaux numériques) à haut débit. Le système chirurgical Da Vinci a 7 degrés de liberté et au moins autant de servo-contrôleurs. En raison de nombreux sous-systèmes ayant des exigences d’alimentation différentes, le système global finit par être conçu avec des spécifications d’alimentation en tension strictes et nécessite donc une mémoire tampon suffisante contre les fluctuations qui dépassent quelques pour cent.

Une menace encore plus insidieuse pour les tablettes médicales/médicales et les systèmes informatiques basés sur Windows que l’on trouve dans les équipements hospitaliers est l’infection par des logiciels malveillants conventionnels. En raison de réglementations strictes, les fabricants ne peuvent souvent pas autoriser les correctifs ou les mises à jour de sécurité du système d’exploitation laissant de nombreux ordinateurs vulnérablesavec pour résultat que de nombreux instruments infectés fonctionnent plus lentement et que de nombreux autres sont complètement mis de côté.

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L'ordinateur durci aux radiations RAD750, que l'on trouve dans Curiosity et d'autres engins spatiaux

Dans l’espace

Les ordinateurs des engins spatiaux ont leur propre ensemble unique de défis. En plus d’exiger un contrôle à faible latence en temps réel pour les manœuvres et les communications, les engins spatiaux doivent également être renforcés contre les effets des rayons cosmiques et d’autres formes de rayonnement. Le blindage est simple et efficace mais est rédhibitoire du fait de son poids. Par conséquent, les efforts se sont concentrés sur la fabrication des puces elles-mêmes résistantes aux radiations.

Les FPGA sont fréquemment présents dans les engins spatiaux en raison de leur vitesse et de leur efficacité de calcul dans l’exécution de tâches telles que les transformées de Fourier rapides et la formation de faisceaux dans les communications. Ils ne nécessitent pas de code comme un microcontrôleur, mais ils écrivent un calcul particulier directement dans leurs portes logiques. Les FPGA basés sur SRAM peuvent être reconfigurés à volonté, mais la même technologie qui les rend possibles les rend également vulnérables aux radiations. Une charge déposée sur une structure de commande comme un transistor peut l’amener à changer momentanément d’état. S’il fait partie d’un circuit persistant comme une bascule ou une cellule RAM, le changement peut être permanent. Les FPGA programmables une seule fois basés sur la technologie anti-fusible sont beaucoup plus résistants mais peuvent coûter plus de dix fois le coût initial.

Curiosity Rover d'exploration de Mars

Les microprocesseurs et la mémoire des engins spatiaux doivent également pouvoir résister aux radiations. Le PowerPC RAD750 en L’ordinateur de vol de Curiosity a été conçu pour survivre pendant 15 ans avant qu’une intervention ne soit nécessaire depuis la Terre. Ces puces sont plus lentes que certains systèmes plus récents, mais la NASA les utilise avec succès depuis un certain temps et aime rester avec ce qui fonctionne. Les ordinateurs de Curiosity exécutent un système d’exploitation en temps réel, VxWorks, qu’il a utilisé sur deux rovers précédents. Le micro-noyau VxWorks serait mieux optimisé pour une latence minimale d’interruption et de commutation de thread que le noyau RTLinux monolithique, bien qu’il ne soit pas aussi rapide dans l’ensemble.

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Une dernière considération pour les ordinateurs résistants aux pannes dans les engins spatiaux serait que s’ils rencontrent des problèmes importants, ils devraient avoir des dispositions pour être redémarrés à distance ou un mécanisme pour être redémarré à bord. En tenant dûment compte des fluctuations de puissance d’entrée, de la latence d’interruption (ou de la gigue, variation dans le temps) et des agressions externes telles que les radiations, les systèmes informatiques peuvent être conçus pour être arbitrairement robustes.

Véhicule autonome Crusher de la DARPA, propulsé par QNX

Les exemples ci-dessus ne représentent qu’une petite partie de la gamme de systèmes critiques en service au quotidien. D’autres systèmes d’exploitation en temps réel comme QNX, maintenant propriété de RIM, peuvent être trouvés dans des drones et des véhicules militaires comme le char Crusher (photo ci-dessus). Récemment, la sécurité du système de contrôle du moteur du Boeing 747 exécutant Solaris a été remise en question; les ingénieurs au sol pouvaient apparemment accéder aux systèmes de contrôle pour effectuer un nouveau réglage en cours de route. Dans ce cas, les protocoles sécurisés comme SSH n’étaient pas compatibles avec les parties du logiciel existant, et Telnet non sécurisé était toujours utilisé.

Alors que les tentacules d’Internet se tissent plus intimement dans les infrastructures militaires et civiles, de nouvelles préoccupations vont se présenteret une vigilance accrue sera nécessaire pour assurer la sécurité des systèmes informatiques.

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