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世超最近上网冲浪的时候发现个离奇的事儿,说是让你电脑蓝屏的,可能既不是软件也不是硬件,而是“宇宙射线”。
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帖子里网友提到,火狐浏览器崩溃报错的原因中,有 10% 是宇宙射线的锅。
具体来说,就是光年之外的高能宇宙粒子,越过诸多星系,穿过大气层,最后打到了你电脑的内存上,干扰了原来的数据,然后电脑读取出错,宕机了。。。
乍一听,好像还真有几分道理,毕竟之前就有过类似的事件。
比如 2013 年的时候,宇宙射线就帮助了一位玩家速通马里奥。
当时一位叫 DOTA_Teabag 的玩家正在家里直播《超级马里奥 64》,跟另一位叫 MidBoss 的玩家竞速。
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他操控着马里奥正常的落到了一个平台上,但突然毫无征兆的就被传送到了上面一层,跳关了。
这一传直接越过了本来要慢慢走的路线,节省了大量时间,不止观众和对手绷不住了,他自己也懵逼了。
于是社区里的大伙儿都开始尝试复刻这个操作,但显然是触发不了的。
因为这就不是操作的问题,也不是什么游戏彩蛋,而是可遇不可求的随机 BUG。
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两年后,甚至有人拿出 1000 美元作为悬赏,只为找到导致这个 bug 的罪魁祸首。但又几年过去了,还是没人成功。
直到 2020 ,才有人通过细致的内存数据发现,问题的根源是单个的“比特翻转”,就是原来的一位数据突然被修改了。
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其中,宇宙射线的嫌疑最大。根据推测,那天直播的 N64 游戏机里,有射线击中了内存,射线里的粒子撞向了硅原子核,打出了各种带电的碎片。
随后这些碎片在存储区域中沉积电荷,触及了临界值,把这一位的“0”和“1”数据翻转了。
而数据对比显示,只要把马里奥的高度值从 C5837800 变成 C4837800,换一位,刚好就能触发向上的指令,飞到上面的楼层。
YouTube 作者 Veritasium 制作的对比效果
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如果是内存硬件损伤,游戏机制等显性的原因,其实都不用悬赏,这 BUG 早就会被复刻出来,因为这些都是持续而且有痕迹的。
但这次是随机的,单个的比特翻转。相比其他原因,宇宙射线确实更符合这种作案特点:极低概率并且不留痕迹,不得不说太专业了。
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但话说回来,差友们有没有发现这例子距今已经十四年了。没错,这么长时间了,有名的事件基本就这一个。。。
原因无他,概率实在是太小了。不管是速通马里奥的神之一跳,还是帖子里把故障都赖给宇宙射线,其实都带点调侃的成分,毕竟这事儿能成条件太苛刻了。
首先射线里的粒子得穿过大层,和空气中的粒子各种交锋碰撞,碰撞的结果就是层层炸开,产生级联反应,形成像大喇叭一样的空气簇射。
而簇射中的绝大多数其实都到不了地面,一些带电的粒子基本在路上就被磨掉了。
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其次,就算某个穿透力极强的粒子正好命中内存上的某个单元,也不一定能够造成足够大的撞击反应,使比特翻转过来。
最后,就算它把比特翻转了,也还得是运行着关键指令的特定比特位才行,要不根本没影响。
如此一来,才能正好导致这种能感觉到的比特翻转事件。
整件事情太过离奇,甚至有些科幻,大伙儿又都喜欢看乐子,所以才“选择性”的弱化了其他可能性,认准这宇宙射线。
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但其实,很多导致崩溃宕机的“比特翻转”,并不一定是宇宙射线干的。
就比如在开头帖子里讲的火狐浏览器崩溃中,报告其实只说了崩溃有 10% 是比特翻转引起的,至于又是什么导致了比特翻转,人可没说是宇宙射线。
而且根据 2024 年巴塞罗那超级计算中心的一篇论文调查,现代内存比特翻转的原因大头并不是宇宙射线,而是内存颗粒自身的弱点和一些环境因素,比如设备老化,材料辐射,电磁干扰,热效应等等。
所以对咱普通人来说,没必要太担心这天外来客的攻击,毕竟咱平时刮刮乐都难中 10 块钱,与其担心内存被击中宕机,还不如买之前好好挑一挑呢。
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不过,虽然对于普通人没啥大影响,但要是把高度拉到空中,大气层逐渐变薄,就得重新打量它一下了。
因为原理上讲,宇宙射线射向地球,就像子弹射进水里一样,劲儿是越来越小的,虽然地面上它没那么坚挺,但高空中,它的危害比想象的要大很多。
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根据 NASA 的研究资料,对电子设备干扰较大的是簇射里的次级中子,它们在大气里的密度是随着高度上升明显增加的,在大约 18 到 20 千米附近达到峰值。
而飞机巡航的高度大概是 10 到 12 千米,这个高度的中子密度足足是海平面的 300 倍。
所以对于飞机而言,宇宙射线的冲击不得不防。
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比如在去年的 10 月 30 日,路透社报道,一架从墨西哥飞往美国的空客 A320 飞机突然出现了非指令式俯冲,机头向下,7 秒钟内下降了 30 多米,机上多人因此撞向舱顶和座椅而受伤。
根据空客公司的事故调查显示,指令失控很可能就是因为这些外太空的微小高能粒子,穿过电子设备,干扰了控制器的关键数据。
俯冲过程的再现与模拟。来源:Mayday
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其实吧,这也不是空客老大哥第一次遇到这事儿了,早在 2008 年的时候,就有过一次类似的失控俯冲事件,而且受伤人数更多。
当初的调查显示飞机控制的算法确实存在一定局限性,缺乏针对这种意外的特殊措施。
但由于该事件当时是唯一一例,所以升级完飞控的算法,除了加一加抗辐射的保护层, 也没什么更好的招儿了。
但显然,极低的概率也不是不会发生,再加上近些年芯片尺寸越来越小,更容易受到干扰导致比特翻转,这次的事件也就没那么意外了。
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好在后续空客发布紧急通告,让全球约 6000 架 A320 飞机(现役的半数)执行了修复工作,后续再碰到类似情况应该就能够更好的应对了。
当然,就数据来说,倒也不用担心太多,因为这种事件是 2800 万飞行小时才可能出现一例的极罕见情况。
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大气层中尚且如此,没了这面厚厚的盾牌,太空中的卫星和航天设备面临的情况只会更加严峻。
2024 年 12 月,欧洲空间局发布了一份报告,对 3 颗在轨 10 年的卫星进行了数据分析。
结果发现比特翻转在太空不仅已经是常态了,还是破坏任务数据、导致设备功能失效的核心元凶。
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尤其是当卫星位于南大西洋区域时,地球磁场凹陷,无法阻隔更多太空射线,翻转频率激增。
所以太空中的电子设备往往会为了对抗这些辐射多套几层护甲,用铝、钽等材料包裹敏感电子箱体。
当然,除了护甲,内部设计上,电子设备里面也会额外做三模(TMR),四模(QMR)等冗余。
每多一模,就多一条一样的电路作保险,哪怕某一条出错了,还有其他几份并行运行,少数服从多数,从而保证结果更加可靠。
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但回过头仔细想想,地球确实把我们保护得太好了,宇宙射线遍布本来就是太空的常态。
比如有的宇航员在回忆时会提及,在空间站中经常会有眼前闪光的感觉,其实就是这些射线在穿过人脑的视觉神经。
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而随着我们的电子设备越来越多,以前还算稀有的比特翻转,往后肯定会更加频繁。
尤其在一些算力中心,芯片的部署非常密集,这种翻转已经从“理论风险”变成了“日常管理”。
比如服务器中都会配置 ECC 这种自带纠错能力的内存,做更多的冗余设计,或者干脆在外部加固,用种种方式降低宇宙射线或者别的原因导致的宕机损失。
因为当数以万计甚至十万计的显卡共同运行时,一旦忽略这种潜在的翻转风险,就会付出天文级的算力浪费。
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总的来说,地球遭受宇宙射线的轰击已经上亿年了,我们与之战斗不过才区区几百年,经验还是太少。
虽然现在看起来影响不大,但也能看出当前的电子设备还是相当脆弱的,说不定哪天来个密集的射线风暴,咱的设备就得全部 GG。
所以下次当你玩游戏莫名卡死,或者没保存文章蓝屏的时候,你大可以抬起头仰望星空,理直气壮地竖个中指:
“哪儿来的这么不懂事的恒星啊,你没事儿瞎炸什么!”
撰文:风华
编辑:早起 & 江江 & 面线
美编:素描
图片、资料来源:
路透社,纽约时报,YouTube Veritasium,英伟达,欧洲空间局,mayday,bigthink,STCE,FMI,小红书
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