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，計算機中的電子元器件受到地球磁場、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)注意到了這個問題

在地球表面，有磁場和大氣層的保護，能夠到達地面的高能粒子很少，一般來說對計算機的影響不大。在計算機設計中，并不需要考慮這種特殊場景。常規(guī)的硬件糾錯機制配合操作系統(tǒng)，足以應付偶然的計算錯誤。實在改不過來，大不了藍個屏，喊個“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)射升空的實踐四號衛(wèi)星上搭載的兩臺用于單粒子事件測量的監(jiān)測裝置，在入軌后的19天內(nèi)共發(fā)生了65次翻轉(zhuǎn)。

衛(wèi)星設計師可不想回答“衛(wèi)星主控計算機藍屏是一種什么樣的體驗”，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會。

看看中國航天曾經(jīng)踩過的坑（不公開的還不知道有多少……）

風云一號B星于1990年9月3日成功發(fā)射，……運行僅僅兩個月后，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)控制計算機程序混亂，無法控制衛(wèi)星姿態(tài)，導致衛(wèi)星在空間翻轉(zhuǎn)。好在這次事件后計算機程序得到了及時的糾正，衛(wèi)星恢復了正常運行。1991年2月14日衛(wèi)星的計算機再一次出現(xiàn)單粒子事件，衛(wèi)星姿態(tài)再次出現(xiàn)異常，這次故障未能及時發(fā)現(xiàn)。當發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)異常時，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)星的設計壽命是要運行一年，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計上留下了未進行抗輻射加固的漏洞，計算機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，隨時會引發(fā)計算機工作失常，姿控系統(tǒng)故障。

動輒上億鎂的設備，性能達到指標就行，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。典型的技術(shù)是三模冗余（ TMR）、糾錯碼（ECC）等，代價當然是性能的下降。

除此之外，提升計算性能的先進制程，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)點中靠得越來越近，單粒子翻轉(zhuǎn)可能會不止一位，這對校驗算法提出了更大的挑戰(zhàn)。

所以，星上的計算機芯片性能可能真不如你手機里面的那塊。

當前標題：為什么在太空飛船里計算機性能都特別低？-創(chuàng)新互聯(lián)
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