科學家突破極限！打造更小更耐用的太空級晶片

太空環境極度惡劣，充滿各種挑戰。輻射、極端溫度和太空碎片等因素，都讓科技裝置在太空中運作變得異常困難。其中，輻射對電腦晶片的影響尤其嚴重，可能造成毀滅性後果。

來自太陽閃焰或宇宙射線的太空輻射，會改變積體電路的電氣特性。晶片中最容易受到輻射影響的部分，就是數位邏輯中常用的資料儲存元件——正反器(Flip-Flop)。雖然目前已有抗輻射電子元件(rad-hard)能夠承受惡劣的輻射環境，但卡內基美隆大學的研究團隊成功開發出更小巧的新型抗輻射晶片，其耐受效能甚至超越傳統設計。

這項突破性研究在法國里昂舉行的「歐洲設計、自動化與測試會議」(DATE Conference)上榮獲最佳論文獎。論文題為《22奈米FinFET製程中用於eFPGA配置加固的軟錯誤容忍正反器》，是與桑迪亞國家實驗室合作，專為太空及航空應用開發的抗輻射微電子技術。

「正反器是晶片上最常見的元件之一，縮小其面積能顯著降低整體晶片尺寸。」論文作者、電機與電腦工程系首席系統科學家Ken Mai解釋道：「更小的面積意味著更低的製造成本、更高的效能和更好的能源效率，這對太空應用尤其重要。」

研究團隊的創新之處在於，他們設計的正反器在相同甚至更好的輻射耐受性下，佔用面積比傳統設計更小。Mai強調：「雖然使用的特定元件或電晶體並非卡內基美隆獨有，但我們的創新在於其排列方式。」

傳統的穩健正反器設計採用三重模組冗餘技術，透過三個相同電路區塊的多數決來確保無誤操作。而這項新設計則重複利用基本正反器的部分元件，在不增加三倍面積的情況下，達到相同的輻射耐受水平。

目前，研究團隊正在設計完整的系統單晶片原型，計劃於2026年與Brandon Lucia和Zac Machester的「太空飛行器設計-建造-飛行實驗室」課程合作，在立方衛星上進行測試與部署。

[end]