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.
The reliability of the TMR system depends not only on the modules but also on the voter itself. If the voter fails, the entire system fails. Therefore, the voter must be significantly more reliable than the individual modules it is monitoring. In practice, voters are often simpler circuits than the modules they manage, which helps in achieving this higher reliability. The overall system reliability can be modeled mathematically. If the reliability of a single module is [latex]R_m[/latex], the reliability of the TMR system (assuming a perfect voter) is given by the probability that at least two modules work correctly: [latex]R_{TMR} = R_m^3 + 3R_m^2(1-R_m) = 3R_m^2 – 2R_m^3[/latex]. This formula shows that TMR improves reliability only if the individual module reliability [latex]R_m[/latex] is greater than 0.5.
Historically, John von Neumann’s work in the 1950s laid the theoretical groundwork for building reliable systems from unreliable components, which directly led to concepts like TMR. It was first implemented in practice in systems where failure was not an option, such as the Saturn V launch vehicle’s digital computer and early fly-by-wire flight control systems. While TMR increases hardware cost, power consumption, and weight by a factor of more than three (due to the voter), its simplicity and effectiveness in handling single random hardware faults make it a cornerstone of high-availability and safety-critical system design.
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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Lié à : redondance modulaire triple, TMR, masquage des défauts, redondance matérielle, redondance N-modulaire, vote majoritaire, systèmes critiques pour la sécurité, aérospatiale, von Neumann, ingénierie de la fiabilité.