TMR（トリプルモジュラー冗長）は、同一のモジュール3つを並列に動作させることで、ハードウェアの耐障害性を実現する技術です。これらのモジュールの出力は多数決回路に入力されます。1つのモジュールが故障して誤った出力を生成した場合でも、他の2つのモジュールに基づいて正しい出力を判定できるため、故障を隠蔽し、継続的な動作を保証します。
トリプルモジュラー冗長性（TMR）
1950
- John von Neumann
（画像はイメージです）
トリプルモジュラー冗長（TMR）は、N=3のNモジュラー冗長の典型的な例です。その核心となる考え方は、重要なコンポーネントを3つ複製し、それらすべてが同じ入力を同時に処理することです。これら3つのモジュールからの結果が投票器に渡されます。投票器は多数決関数を実行します。3つの入力のうち少なくとも2つが同じであれば、その値が最終出力として選択されます。このメカニズムにより、いずれかのモジュールに単一の障害が発生した場合でも、効果的にその障害を隠蔽できます。たとえば、モジュールA、B、Cがそれぞれ1、1、0の出力を生成する場合、多数決投票器は1を出力します。
TMR システムの信頼性は、モジュールだけでなく投票器自体にも依存します。投票器が故障すると、システム全体が故障します。したがって、投票器は監視対象の個々のモジュールよりもはるかに高い信頼性を備えている必要があります。実際には、投票器は管理対象のモジュールよりも単純な回路であることが多く、これが高い信頼性の実現に役立ちます。システム全体の信頼性は数学的にモデル化できます。単一モジュールの信頼性が [latex]R_m[/latex] の場合、TMR システムの信頼性 (投票器が完全であると仮定) は、少なくとも 2 つのモジュールが正しく動作する確率で与えられます。[latex]R_{TMR} = R_m^3 + 3R_m^2(1-R_m) = 3R_m^2 – 2R_m^3[/latex]。この式は、TMR が信頼性を向上させるのは、個々のモジュールの信頼性 [latex]R_m[/latex] が 0.5 より大きい場合のみであることを示しています。
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 飛行制御 TMRは（投票装置のために）ハードウェアのコスト、消費電力、重量を3倍以上に増加させますが、そのシンプルさと単一のランダムなハードウェア障害を処理する有効性から、高可用性および安全性が重要なシステムの設計の基盤となっています。
UNESCO Nomenclature: 1203
コンピュータサイエンス
タイプ
抽象システム
混乱
実質的な
使用法
広く普及している
前駆物質
- クロード・シャノンの情報理論とリレー回路に関する研究
- ジョン・フォン・ノイマンによる、信頼性の低い部品を用いた信頼性の高い計算に関する講義
- 生物システムにおける冗長性の初期概念
- 投票の基本原則と多数決の論理
アプリケーション
- 航空宇宙システム（例：飛行制御コンピュータ）
- 衛星
- 原子力発電所の安全システム
- 耐障害性コンピュータアーキテクチャ
特許:
NA
潜在的なイノベーションのアイデア
- quadruple modular redundancy for handling two simultaneous faults
- self-healing integrated circuits with reconfigurable TMR cells
- adaptive TMR systems that can power down redundant modules to save energy when fault risk is low
- TMR implementation in software for critical process validation
- distributed TMR across networked microcontrollers for IoT device clusters
- TMR for securing quantum computing qubits against decoherence errors
- dynamic TMR where spare modules are activated only upon failure detection
- hybrid TMR-ECC memory systems for enhanced data integrity
- TMR-based ニューラルネットワーク architectures for robust AI decision-making
- verifiable TMR systems using formal methods for certified safety applications
関連キーワード：トリプルモジュラー冗長、TMR、フォールトマスキング、ハードウェア冗長、Nモジュラー冗長、多数決、安全性が重要なシステム、航空宇宙、フォン・ノイマン、信頼性工学。
歴史的背景
トリプルモジュラー冗長性（TMR）
（日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。）
