Redondance modulaire triple (TMR)
La redondance modulaire triple (TMR) est une technique de tolérance aux pannes matérielle qui utilise trois modules identiques effectuant la même opération en parallèle. Leurs sorties sont acheminées vers un circuit de vote majoritaire. Si un module tombe en panne et produit une sortie incorrecte, le circuit majoritaire peut néanmoins déterminer la sortie correcte grâce aux informations fournies par les deux autres modules, masquant ainsi la panne et assurant la continuité de fonctionnement.
La redondance modulaire triple (TMR) est un exemple classique de redondance modulaire N, où N=3. Le principe consiste à répliquer un composant critique trois fois et à faire en sorte que ces trois modules traitent simultanément la même entrée. Les résultats de ces trois modules sont ensuite transmis à un votant. Ce dernier utilise une fonction majoritaire : si au moins deux des trois entrées sont identiques, cette valeur est sélectionnée comme sortie finale. Ce mécanisme masque efficacement une panne dans l'un des modules. Par exemple, si les modules A, B et C produisent respectivement les sorties 1, 1 et 0, le votant majoritaire produira la sortie 1.
La fiabilité du système TMR dépend non seulement des modules, mais aussi du contrôleur lui-même. Si ce dernier tombe en panne, le système entier est hors service. Par conséquent, le contrôleur doit être nettement plus fiable que les modules individuels qu'il surveille. En pratique, les contrôleurs sont souvent des circuits plus simples que les modules qu'ils gèrent, ce qui contribue à atteindre cette fiabilité accrue. La fiabilité globale du système peut être modélisée mathématiquement. Si la fiabilité d'un module est Rm, la fiabilité du système TMR (en supposant un contrôleur parfait) est donnée par la probabilité qu'au moins deux modules fonctionnent correctement : RTMR = Rm3 + 3Rm2(1-Rm) = 3Rm2 - 2Rm3. Cette formule montre que le TMR améliore la fiabilité uniquement si la fiabilité individuelle d'un module, Rm, est supérieure à 0,5.
Historiquement, les travaux de John von Neumann dans les années 1950 ont posé les bases théoriques de la conception de systèmes fiables à partir de composants non fiables, menant directement à des concepts comme la TMR (Tactical Remington Mean). Cette technologie a d'abord été mise en œuvre dans des systèmes où la défaillance était inacceptable, tels que l'ordinateur de bord numérique du lanceur Saturn V et les premiers systèmes de commandes de vol électriques. Bien que la TMR augmente le coût du matériel, la consommation d'énergie et le poids d'un facteur supérieur à trois (en raison du système de contrôle), sa simplicité et son efficacité face aux pannes matérielles aléatoires en font un élément fondamental de la conception des systèmes à haute disponibilité et critiques pour la sécurité.
UNESCO Nomenclature: 1203
- Informatique
Usage
Utilisation généralisée
Précurseurs
- La théorie de l'information et les travaux de Claude Shannon sur les circuits de relais
- Les cours de John von Neumann sur le calcul fiable avec des composants non fiables
- Premiers concepts de redondance dans les systèmes biologiques
- Principes fondamentaux du vote et de la logique majoritaire
Applications
- systèmes aérospatiaux (par exemple, ordinateurs de contrôle de vol)
- satellites
- systèmes de sûreté des centrales nucléaires
- architectures informatiques tolérantes aux pannes
Idées d'innovations potentielles
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