單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU，Single-Event Upsets），是在空間環(huán)境下存在著大量高能帶電粒子，計(jì)算機(jī)中的電子元器件受到地球磁場(chǎng)、宇宙射線等照射，引起電位狀態(tài)的跳變，“0”變成“1”，或者“1”變成“0”。

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太空探索早期人們已經(jīng)注意到了這個(gè)問題

在地球表面，有磁場(chǎng)和大氣層的保護(hù)，能夠到達(dá)地面的高能粒子很少，一般來說對(duì)計(jì)算機(jī)的影響不大。在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中，并不需要考慮這種特殊場(chǎng)景。常規(guī)的硬件糾錯(cuò)機(jī)制配合操作系統(tǒng)，足以應(yīng)付偶然的計(jì)算錯(cuò)誤。實(shí)在改不過來，大不了藍(lán)個(gè)屏，喊個(gè)“李姐萬歲”也就過去了。

李姐萬歲

在太空中情況就大不一樣了，單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生的概率大得多。

1995年2月8日發(fā)射升空的實(shí)踐四號(hào)衛(wèi)星上搭載的兩臺(tái)用于單粒子事件測(cè)量的監(jiān)測(cè)裝置，在入軌后的19天內(nèi)共發(fā)生了65次翻轉(zhuǎn)。

衛(wèi)星設(shè)計(jì)師可不想回答“衛(wèi)星主控計(jì)算機(jī)藍(lán)屏是一種什么樣的體驗(yàn)”，沒人夠得著衛(wèi)星的Reset按鈕。核心程序跑飛了，可不一定有挽救的機(jī)會(huì)。

看看中國航天曾經(jīng)踩過的坑（不公開的還不知道有多少……）

風(fēng)云一號(hào)B星于1990年9月3日成功發(fā)射，……運(yùn)行僅僅兩個(gè)月后，11月初就遭遇了太陽耀斑發(fā)射的高能粒子流，發(fā)生了單粒子事件，造成姿態(tài)控制計(jì)算機(jī)程序混亂，無法控制衛(wèi)星姿態(tài)，導(dǎo)致衛(wèi)星在空間翻轉(zhuǎn)。好在這次事件后計(jì)算機(jī)程序得到了及時(shí)的糾正，衛(wèi)星恢復(fù)了正常運(yùn)行。1991年2月14日衛(wèi)星的計(jì)算機(jī)再一次出現(xiàn)單粒子事件，衛(wèi)星姿態(tài)再次出現(xiàn)異常，這次故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)異常時(shí)，衛(wèi)星上攜帶的氣體已噴完，姿態(tài)完全失控，無法拍到云圖，本來衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命是要運(yùn)行一年，但是不到半年衛(wèi)星就無法工作了。

事后的分析總結(jié)，是在元器件選用和軟件設(shè)計(jì)上留下了未進(jìn)行抗輻射加固的漏洞，計(jì)算機(jī)電路芯片在空間高能粒子轟擊下容易產(chǎn)生單粒子翻轉(zhuǎn)問題，隨時(shí)會(huì)引發(fā)計(jì)算機(jī)工作失常，姿控系統(tǒng)故障。

動(dòng)輒上億鎂的設(shè)備，性能達(dá)到指標(biāo)就行，可靠性才是最重要的。

提高可靠性的方法也很簡單粗暴，就是加冗余、加校驗(yàn)。典型的技術(shù)是三模冗余（ TMR）、糾錯(cuò)碼（ECC）等，代價(jià)當(dāng)然是性能的下降。

除此之外，提升計(jì)算性能的先進(jìn)制程，可能受到單粒子影響更大。而且隨著位單元在較小的制程節(jié)點(diǎn)中靠得越來越近，單粒子翻轉(zhuǎn)可能會(huì)不止一位，這對(duì)校驗(yàn)算法提出了更大的挑戰(zhàn)。

所以，星上的計(jì)算機(jī)芯片性能可能真不如你手機(jī)里面的那塊。

當(dāng)前名稱：為什么在太空飛船里計(jì)算機(jī)性能都特別低？-創(chuàng)新互聯(lián)
文章出自：http://www.chinadenli.net/article38/dcsssp.html

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