所谓的宇宙射线，也叫空间辐照，主要对CMOS体硅工艺的器件会有比较大的影响。很不幸地，我们大部分的计算机芯片都属于这个范畴。空间辐照主要考虑有这样几个影响：总剂量效应和单粒子效应。总剂量效应是一个类似电子迁移一样的累积过程，比如会造成一个反相器的翻转电压降低，最后不能工作。这个效应在地球上基本不必考虑，一是因为到达地球大气层的高能粒子数量较少，第二大部分电子器件的寿命没有设计的过长。但是在空间就不一定了，在空间环境里长期的粒子能量积累，最终会造成器件的损伤。总剂量效应的度量单位是拉德（材料），一般按照nasa的要求，近地轨道要求在器件生命周期内能抗200k拉德（硅）的辐照量，而深空环境里面，一般都是要求抗1M拉德（硅）以上的总辐照剂量。那么在地球上，其实不必特别考虑总剂量的影响。其次是单粒子效应。单粒子效应就是指一个高能粒子打穿CMOS的某些敏感区域，造成器件的失效。这种失效有硬失效有软失效。硬失效就是器件损伤了。一般这种硬失效表现为闩锁。闩锁的现象就是器件电流突然增大，最终被烧毁。闩锁就是CMOS中衬底和阱之间的pnpn结被导通，最终形成一个正反馈回路。闩锁在地面也会发生，但不一定是高能粒子造成的，也有可能是相邻两个cell靠的比较近产生互感。这个一般芯片设计商在设计的时候都会考虑这个效应，但是不会细致到考虑高能粒子击穿器件那个地步，所以闩锁在地面会发生，但几率不大，即使发生了也不一定会烧毁器件（闩锁在某些条件下是可以退出的），属于小概率事件。然后，单粒子效应还会造成软失效，就是所谓单粒子翻转或单粒子脉冲。单粒子脉冲的发生也是需要高能粒子打在cmos器件上，然后形成一个毛刺，这个毛刺如果运气好，可以被下一级的DFF吸收掉，运气不好，正打在DFF的建立保持时间窗内，寄存器就翻转了。最可怕的是打在时钟树的根节点上，那就会造成大面积的寄存器错误翻转。即使被打中，这个会不会造成bug也是个概率问题，假设打中了某个通用寄存器，但是这个寄存器可能不会被使用，或下一拍就被刷新了，那就和没打中一样。除了单粒子脉冲，还有单粒子翻转，这个发生的粒子能量阈值条件是最低的，因此是软失效中最常见的现象。这种软失效不一定会由宇宙射线造成，在地球上发生的几率也很大。记得很久以前，某次太阳黑子爆发，某厂家的服务器的CPU因为没有做软失效加固，造成大面积失效，丢失大量市场份额。在这方面现在做的最好的是SUN，他家的服务器以稳定著称，但是当我知道他们的CPU做的加固手段之全面，也还是被折服了。一般来讲所有的软失效的发生是个概率事件，发生了会不会造成bug也是个概率事件，造成了bug你会不会观察到，又是个概率事件，观察到了对主功能会不会造成影响还是个概率事件。针对软失效，芯片厂家会在硬件上进行加固，所谓的加固，一般来说就是增加校验，你看很多服务器的内存都是带ECC的，这种校验一般可以纠正一位错误，检查到两位错误。还有一个就是在内存上进行交织设计，就是让一个word的bit尽量分散在不同区域，不要一个粒子打中后一下错一片。所有不重要的寄存器做parity，重要的做ecc，反正就是能想到的全给你加上。抗单粒子软失效还有一个手段就是换材料和工艺，比如在硅上再生长一层，被称为外延增长技术的硅片，或者干脆换成绝缘体上硅材料，这个是IBM研发的，AMD曾经有几条产线，以前所有的powerpc都是基于这个材料工艺的。这个工艺的初衷是降功耗和面积，后来还发现他有个抗单粒子效应的自带属性，后来就被美国军方关注了，再后来因为这个工艺成本还是比较大，逐渐就被商业弃用了。所以总体上来讲，宇宙射线对bug还是有一定的影响的，但取决于你的可靠性要求。在某一个阈值上任何增加可靠性的设计都是昂贵的，软失效设计是一门系统工程，如果只是想简单防一下，其实采用高等级的服务器，多加校验方式，还是提升比较明显的。
