MIKRO-ELEKTRONIK

Mengamankan Kendaraan dengan Microchip

0
13
Mobil-mobil baru dilengkapi dengan ratusan komputer tipis dan hal itu dianggap oleh para pelanggan sebagai penyebab sistem kelistrikan sering rusak (lemah) yang menyebabkan kendaraan roda empat itu mudah rusak. (Foto/@: Werner Bachmeier/Fraunhofer)

Jika mobil rusak berarti sistim kelistrikannya  harus diperiksa—sebagai  sumber penyebabnya. Untuk mengatasinya, para peneliti bekerja pada sebuah proyek gabungan yang dinamai PARACHUTE di Eropa. Proyek itu bertujuan untuk membuat mikroprosesor kecil yang  tidak pernah rusak.

Mobil-mobil baru dilengkapi dengan ratusan komputer tipis dan hal itu dianggap oleh para pelanggan sebagai penyebab sistem kelistrikan sering rusak (lemah) yang menyebabkan kendaraan roda empat itu mudah rusak. (Foto/@: Werner Bachmeier/Fraunhofer)
Mobil-mobil baru dilengkapi dengan ratusan komputer tipis dan hal itu dianggap oleh para pelanggan sebagai penyebab sistem kelistrikan sering rusak (lemah) yang menyebabkan kendaraan roda empat itu mudah rusak. (Foto/@: Werner Bachmeier/Fraunhofer)

Dengan menggunakan metode investigasi elektronik, peneliti  mencari kerusakan melalui banyak sirkuit berskala nanometer pada chip komputer potensi-potensi titik lemah atau kerusakan. Yang luar biasa adalah bahwa pencarian kesalahan dilakukan selama chip design phase–jauh  sebelum prototipe dibuat

Sekarang ini sebuah mobil yang mempunyai mesin canggih  sangat pintar. Beberapa model baru berisikan lebih dari seratus komputer kecil yang disebut mikrokontroler. Alat tersebut dapat bekerja berdasarkan sinyal radar, seberapa jauh jarak ke pengemudi di depan. Alat itu daapat  membuka dan menutup saluran injeksi dalam hitungan sepersekian detik. Mikrokontroler mampu melindungi pengemudi dan kendaraan dari kondisai berputar pada saat dilakukan uji coba.

Advertisement

Sama seperti chip komputer pada umumnya, pembantu digital tersebut menjadi semakin kecil dari tahun ke tahun. Pada tahun 1976, unit kontrol ABS masih sebesar buku latihan di sekolah. Namun, benda mini itu termasuk mikrokontroler dan berbagai elemen listrik lainnya, hanya seukuran perangko. Hal itu tentu menghemat ruang instalasi yang nilainya berharga dalam kendaraan.

Sementara itu, transistor yang hanya berukuran sepanjang 100 nanometer sekarang dapat dibuat dari silikon. Sirkuit kecil pada permukaan chip mikrokontroler ini tidak lebih besar dari ukuran virus. Para ahli telah memperkirakan bahwa transistor akan terus menyusut hingga setengahnya pada tahun 2013, sehingga memberi produsen elektronik dan pembuat mobil daya komputasi yang lebih besar dalam ruang yang lebih kecil.

Tegangan listrik hanya beberapa ratus milivolt cukup untuk membuat kelompok transistor beralih antara kondisi “0” dan “1”. “Ambang perubahan” (switching threshold), sebagaimana disebut dalam jargon teknik, diturunkan. Meskipun terdengar bagus pada awalnya, pengurangan ini memiliki sisi negatifnya, karena “ambang gangguan” diturunkan juga.

Dengan kata lain, semakin kecil strukturnya maka semakin sensitif terhadap gangguan elektromagnetik dari lingkungan. Tegangan puncak secara tiba-tiba dekat dengan alternator atau pelepasan elektrostatik dapat menjadi penyebab untuk mengaktifkan transistor secara acak.

(Sumber foto: http://www.ee.itb.ac.id/)
(Sumber foto: http://www.ee.itb.ac.id/)

Sistem melaporkan kesalahan, dan jika yang terburuk terjadi pada yang terburuk, maka akan rusak sepenuhnya. Meskipun komponen elektronik secara rutin diuji untuk ketahanan terhadap gangguan elektromagnetik sebelum diluncurkan ke pasar, akan lebih masuk akal untuk menyelidiki sensitivitas mikrokontroler dan struktur nanometernya sebelum produksi dimulai sama sekali-selama fase disain. 

Investigasi selama proses desain chip

Penemun inilah tujuan dari proyek gabungan di Eropa yang dinamai PARACHUTE di mana Institut Fraunhofer untuk Realibilitas dan Microintegration IZM di Paderborn bekerja sama dengan Universitas Paderborn dan beberapa perusahaan elektronik otomotif di bawah kepemimpinan spesialis dari Infineon Technologies AG di Munich. Penelitian itu didukung oleh Kementerian Federal Jerman untuk Pendidikan dan Penelitian BMBF.

(Sumber foto : http://agfi.staff.ugm.ac.id/)
(Sumber foto : http://agfi.staff.ugm.ac.id/)

Para peneliti dan pengembang PARACHUTE menargetkan bisa menyimpulkan situasi dan kondisi di mana sebuah chip mikrokontroler akan gagal, hanya dengan mempelajari strukturnya. Dengan cara ini, area-area yang rentan terhadap kerusakan/malfungsi dapat diidentifikasi dari awal dan disain dapat dibuat lebih kuat. Yang menarik adalah bahwa sebagian besar pemeriksaan dilakukan dengan komputer selama fase desain-sebelum prototipe chip yang sangat mahal itu diproduksi.

Juga menarik untuk menemukan medan gangguan elektromagnetik mana yang dipancarkan oleh mikrokontroler itu sendiri. Banyak chip yang  dicampuradukkan bersama-sama di bawah kap mesin. Hal itu bisa membuat kesulitan hidup satu sama lain dengan medan elektromagnetik yang masing-masing pancarkan. Oleh karena itu,  PARACHUTE memerhatikan secara saksama baik sumber gangguan elektromagnetik maupun “korban-korbannya”.

Bagaimana Anda dapat menganalisis rincian berskala nano dari sebuah diagram sirkuit yang dihasilkan komputer yang berisi jutaan transistor untuk memprediksi di mana kesalahan mungkin terjadi suatu hari nanti atau medan gangguan dipancarkan?

“Cara terbaik adalah dengan menggunakan pendekatan top-down,” kata Werner John, manajer proyek IZM dan koordinator pengembangan untuk PARACHUTE. “Kami memulai dengan mempertimbangkan jenis kerusakan apa yang mungkin terjadi-tegangan diberikan melalui kabel, atau medan gangguan frekuensi tinggi seperti yang dihasilkan oleh telepon seluler. Kemudian kami mengamati dari dekat bagaimana seluruh sistem meresponnya.”

Untuk melakukan hal ini, para peneliti menggunakan program simulasi yang dilengkapi dengan algoritma pencarian. Algoritma memperbesar pada diagram sirkuit seperti teropong digital. Alat-alat itu dapat menemukan pola kritis mencolok dan memberikan petunjuk  pada pengembang tentang bagaimana memecahkan masalah tersebut.

Ini akan membebani program analisis dan komputer harus memeriksa setiap transistor satu persatu dalam lingkungannya sendiri. Oleh karenanya, program mencari struktur yang terlihat sama dan lebih besar: “gerbang” interkoneksi, kelompok transistor yang melakukan operasi seperti penambahan. Hal ini memungkinkan mengidentifikasi jalur yang sepanjang jalur itu tegangan kebisingan cenderung menyebar di seluruh chip.

Memang benar bahwa program simulasi telah ada sejak lama dalam industri chip, tetapi satu-satunya hal yang dilakukan program ini adalah memeriksa apakah diagram sirkuit yang diusulkan memiliki struktur logis yang benar dan memiliki sifat listrik mendasar-apakah diagram sirkuit benar-benar bisa menghitung.

Baca juga :   Mengubah Telepon dan e-mail Jadi Chat

Di sisi lain, sebuah program yang dapat mensimulasikan kekokohan diagram sirkuit adalah sesuatu yang sama sekali baru. Tak perlu dikatakan, emisi mikrokontroler dapat disimulasikan dengan cara yang sama, karena diagram sirkuit tidak hanya mengungkapkan titik-titik sensitifnya, tetapi juga titik-titik di mana dia memancarkan medan sendiri.

“Jelas, motivasi untuk proyek semacam ini dapat ditelusuri pada permintaan dari produsen mobil dan pemasok untuk sistem yang lebih dapat diandalkan,” kata Thomas Steinecke, manajer proyek dan pengembang micro-controller PARACHUTE di Infineon. Para pengguna terpenting terlibat semuanya dalam PARACHUTE: Bosch, Continental dan Zuken, produsen perangkat lunak simulasi.

Manajemen lembaga itu menyadari bahwa hanya kendaraan yang berfungsi sepenuhnyalah yang akan terjual. Hal ini ditambah oleh meningkatnya popularitas teknologi x-by-wire di industri konstruksi mobil. Pergerakan kemudi atau rem tidak ditransmisikan secara mekanis, tetapi oleh sinyal-sinyal listrik dan kabel.

Hal ini dikenal dalam jargon teknik sebagai “steer-by-wire” (kemudi dengan kabel) atau “brake-by-wire” (pengereman dengan kabel). Teknologi x-by-wire dimaksudkan untuk membuat mengemudi lebih aman-manuver pengereman atau kemudi gila-gilaan dengan demikian segera menjadi masa lalu.

(Sumber foto : http://blog.ub.ac.id/)
(Sumber foto : http://blog.ub.ac.id/)

Uji reliabilitas elektromagnet adalah suatu “keharusan”

Namun, kemudi elektrik menuntut adanya komponen elektronik yang benar-benar dapat diandalkan. PARACHUTE akan membantu mencapai tujuan ini. Steinecke tidak ragu bahwa:

“Mengingat struktur yang semakin kecil, lapisan semikonduktor yang semakin tipis dan ambang peralihan yang semakin rendah dewasa ini, bukan hal yang memungkinkan untuk mengatur tanpa uji realibilitas elektromagnetik di masa depan.”

Salah satu area minat utama Steinecke adalah mempelajari denyut tegangan pendek yang dapat terjadi pada mobil, misalnya ketika komponen listrik dinyalakan. Pengembang ini bertujuan mengetahui seberapa besar dari tegangan ini dicegat oleh perangkat pelindung seperti dioda dan seberapa proporsi yang akhirnya mencapai bagian dalam chip.

Faktor yang menentukan lainnya adalah bentuk dan susunan pin penghubung, “kaki” kecil yang dengan itu unsur-unsur elektronik disolder ke papan. Salah satu pertanyaan yang ingin dijawab oleh para peneliti adalah bagaimana kelas pin yang berbeda berperilaku. Ini juga merupakan elemen penting dalam desain mikrokontroler masa depan.

Tujuan lain proyek  PARACHUTE adalah menyediakan komponen uji virtual bagi produsen yang akan membantu mereka menguji rakitan yang lebih besar dalam simulator. Bukan hanya micro-controller  misalnya, dan unit kontrol secara keseluruhan. Untuk mencapai hal ini, para mitra dalam proyek ini sedang mengembangkan semacam kotak hitam mikrokontroler yang dapat diintegrasikan dalam komponen virtual.

Alih-alih transistor nyata, komponen ini akan memuat formula-formula matematika yang meniru perilaku chip di bawah tekanan elektromagnetik – dan ini juga membutuhkan algoritma yang kuat.

“Tentu saja kami membangun chip nyata untuk tujuan ini, sehingga kami bisa menguji gangguan di bawah kondisi nyata,” kata ahli Werner John. “Hasil tes ini selanjutnya dimasukkan dalam algoritma.”

Ada juga satu masalah lain: Mikrokontroler dengan struktur nanometer yang halus bahkan dapat terganggu oleh radiasi alam seperti neutron. John: “Sebuah neutron dapat dengan mudah menembus semua lapisan dan penutup pelindung pada sebuah chip dan memiliki energi yang cukup untuk memicu operasi peralihan acak pada transistor.”

Sifat-sifat seperti ini membuat hampir tidak mungkin menghitung radiasi latar belakang atmosfer. Oleh karena itu, peserta proyek bekerjasama dengan para ilmuwan dari EADS CCR di Perancis untuk merancang semacam unit pengawas untuk chip yang akan mampu mengidentifikasi dan menafsirkan kejadian tersebut. John dan rekan-rekannya telah mendedikasikan waktu bertahun-tahun untuk reliabilitas sistem chip.

Padahal beberapa tahun yang lalu – terutama pada sektor komunikasi mobile – penekanan utama diberikan pada faktor-faktor seperti kualitas sinyal listrik dan dengan demikian juga hubungan radio, permintaan dewasa ini terutama untuk realibilitas dan berbagai fungsi. Untuk memastikan ini, tidaklah cukup hanya melihat gangguan yang disebabkan oleh dampak emisi, yang ini itulah sebabnya mengapa Yohanes telah menghabiskan waktu mempelajari emisi dari sistem chip dalam sebuah proyek awal.

Proyek PARACHUTE akan terus fokus pada aspek ini, yang terutama bertujuan untuk menghasilkan semacam “detektif” listrik-detektor medan dekat. Perangkat ini akan melakukan perjalanan di seluruh permukaan mikrokontroler berskala nano dalam langkah-langkah presisi, merasakan posisi dan kekuatan medan gangguan.

John yakin bahwa metode seperti ini akan memungkinkan untuk menghasilkan sistem mikroelektronik yang keandalannya belum pernah terjadi sebelumnya hingga saat ini hanya dalam beberapa tahun ke depan–seberapa kecil pun sistem tersebut. (Diolah dari tulisan Tim Schröder ; www.fraunhofer.de/magazine)

Incoming search terms:

Advertisement

Tulis Opini Anda