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Redundancia modular triple (TMR)

1950
  • John von Neumann
Sala de control aeroespacial con tres módulos informáticos paralelos para tolerancia a fallos.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

TMR (Triple Modular Redundancy) is a hardware fault-tolerance technique that uses three identical modules performing the same operation in parallel. Their outputs are fed into a majority-voting circuit. If one module fails and produces an incorrect output, the voter is still able to determine the correct output based on the other two modules, thus masking the fault and ensuring continuous operation.

Triple Modular Redundancy (TMR) is a classic example of N-modular redundancy, where N=3. The core idea is to replicate a critical component three times and have them all process the same input simultaneously. The results from these three modules are then passed to a voter. The voter implements a majority function; if at least two of the three inputs are identical, that value is selected as the final output. This mechanism effectively masks a single fault in any one of the modules. For instance, if Module A, B, and C produce outputs 1, 1, and 0 respectively, the majority voter will output 1.

La fiabilidad del sistema TMR depende no solo de los módulos, sino también del propio votante. Si el votante falla, todo el sistema falla. Por lo tanto, el votante debe ser significativamente más fiable que los módulos individuales que supervisa. En la práctica, los votantes suelen ser circuitos más simples que los módulos que gestionan, lo que contribuye a lograr esta mayor fiabilidad. La fiabilidad global del sistema puede modelarse matemáticamente. Si la fiabilidad de un solo módulo es [latex]R_m[/latex], la fiabilidad del sistema TMR (suponiendo un votante perfecto) viene dada por la probabilidad de que al menos dos módulos funcionen correctamente: [latex]R_{TMR} = R_m^3 + 3R_m^2(1-R_m) = 3R_m^2 – 2R_m^3[/latex]. Esta fórmula muestra que TMR mejora la fiabilidad solo si la fiabilidad de cada módulo individual [latex]R_m[/latex] es mayor que 0,5.

Históricamente, el trabajo de John von Neumann en la década de 1950 sentó las bases teóricas para la construcción de sistemas fiables a partir de componentes poco fiables, lo que condujo directamente a conceptos como TMR. Se implementó por primera vez en la práctica en sistemas donde el fallo no era una opción, como la computadora digital del cohete Saturno V y los primeros sistemas de control de vuelo fly-by-wire. Si bien TMR aumenta el costo del hardware, el consumo de energía y el peso en más del triple (debido al votante), su simplicidad y eficacia para gestionar fallos aleatorios de hardware individuales lo convierten en un pilar fundamental del diseño de sistemas de alta disponibilidad y críticos para la seguridad.

UNESCO Nomenclature: 1203
Ciencias de la computación

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • La teoría de la información de Claude Shannon y su trabajo sobre circuitos de relés.
  • Las conferencias de John von Neumann sobre computación confiable con componentes no confiables
  • Early concepts of redundancy in biological systems
  • Basic principles of voting and majority logic

Aplicaciones

  • aerospace systems (e.g., flight control computers)
  • satellites
  • nuclear power plant safety systems
  • fault-tolerant computer architectures

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: redundancia modular triple, TMR, enmascaramiento de fallos, redundancia de hardware, redundancia N-modular, votación por mayoría, sistemas críticos para la seguridad, industria aeroespacial, von Neumann, ingeniería de fiabilidad.

Contexto histórico

Redundancia modular triple (TMR)

1940
1943
1950
1950
1953
1960
1960
1939
1940
1950
1950
1952
1956
1960
1967

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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