Thesis defence of Luiz Henrique Laurini (AMfoRS team): Assessment of radiation-induced soft errors in resource-constrained computing systems and real-time applications

Luiz Henrique LAURINI - AMfoRS team

Thesis direction
Rodrigo POSSAMAI BASTOS - Thesis director - HDR Associate professor - UGA / TIMA Laboratory

Rapporteurs
Angeliki KRITIKAKOU - Rapporteur - Research director - Centre Inria de l'Université de Rennes
Frank SILL TORRES - Rapporteur - Full professor - University of Bremen (Germany)

Composition of the jury
Rodrigo POSSAMAI BASTOS - Thesis director - HDR Associate professor - UGA / TIMA Laboratory
Angeliki KRITIKAKOU - Rapporteur - Research director - Centre Inria de l'Université de Rennes
Frank SILL TORRES - Rapporteur - Full professor - University of Bremen (Germany)
Laurent ARTOLA - Examinator - Research engineer - ONERA
Hacheme AYASSO - Examinator - Associate professor - Université Grenoble Alpes (UGA)

Title: Assessment of radiation-induced soft errors in resource-constrained computing systems and real-time applications
Keywords: radiation effects, radiation tests, hardware and software, computing systems,
Abstract: Accurately assessing the resilience of processor-based computing systems to radiation-induced soft errors is crucial in both safety-critical and hazardous environments. This thesis presents an extensive method for system-level radiation testing targeting a wide range of architectures, from resource-constrained microcontrollers to high-performance processors under both 14-MeV neutron and thermal neutron radiation. Designed from years of practical experience, this method was applied to investigate the effects of radiation on edge computing systems implementing machine learning algorithms, revealing the related impact of memory integration and algorithm parameters. Furthermore, the thesis presents an evaluation of three cross-compatible real-time operating systems (Linux, NetBSD, and VxWorks) under neutron radiation, identifying workload-dependent correlations between operating system features and soft-error reliability. Findings highlight the importance of a comprehensive testing method in uncovering complex interactions between hardware and the various software layers under radiation effects.

Titre : Évaluation d'effets radiatifs sur des systèmes informatiques et des applications temps réel
Mots-clés : systèmes informatiques, tests de radiation, effets des radiations, matériel et logiciel
Résumé : L'évaluation précise de la résilience des systèmes informatiques basés sur des processeurs face aux erreurs transitoires induites par les radiations est essentielle dans les environnements critiques pour la sécurité et dangereux. Cette thèse présente une méthode extensif de test au niveau système pour l'étude des effets des radiations, ciblant une large gamme d'architectures, des microcontrôleurs aux ressources limitées aux processeurs haute performance, sous irradiation de neutrons à 14 MeV et neutrons thermiques. Fruit de plusieurs années d'expérience pratique, cette méthode a été appliquée pour étudier les effets des radiations sur les systèmes d'informatique en périphérie implémentant des algorithmes d'apprentissage automatique, révélant l'impact associé de l'intégration de la mémoire et des paramètres des algorithmes. De plus, la thèse présente une évaluation de trois systèmes d'exploitation temps réel intercompatibles (Linux, NetBSD et VxWorks) sous irradiation de neutrons, identifiant des corrélations dépendant de la charge de travail entre les fonctionnalités des systèmes d'exploitation et la fiabilité face aux erreurs transitoires. Les résultats mettent en évidence l'importance d'une méthode de test complète pour mettre en évidence les interactions complexes entre le matériel et les différentes couches logicielles sous effets radiatifs.