- Şubat 2015'te Peter Onion, yeni Raspberry Pi 2'sini fotoğraflarken flaş her patladığında kartın anında kapandığını fark etti ve forumdaki toplu deneylerle neden daraltıldı
- Bunun basit bir kamera sorunu olmadığı, yalnızca xenon flaş ve lazer işaretçi gibi güçlü ışıklarda yeniden üretilebildiği; belirli bir bileşen kapatıldığında ya da kart ters çevrildiğinde sorunun ortadan kalktığı görüldü
- Zayıf nokta, USB konektörü ile HDMI portu arasındaki U16 güç regülatörü idi; WL-CSP paketleme nedeniyle açığa çıkan silikon fotoelektrik etki oluşturup voltaj düzenleme devresini bozuyordu
- Geçici önlem, U16'yı Blu-Tack, yalıtım bandı, macun gibi opak malzemelerle kapatmak oldu; 2015'in sonlarında Pi 2 donanım revizyonu 1.2'de güç yönetimi yapısının değiştirilmesiyle sorun çözüldü
- Bu olay, minyatürleşme ve maliyet düşürme açısından avantajlı olan chip-scale packaging'in mevcut doğrulama süreçlerinde kolayca gözden kaçan optik girişim kaynaklı arıza modları yaratabildiğini ortaya koydu
Tek bir flaşla kapanan Raspberry Pi 2
- Peter Onion, Şubat 2015'te yeni Raspberry Pi 2'sini fotoğraflarken kamera flaşı her patladığında Pi'nin anında kapandığını yaşadı
- İlk başta bunu tesadüf sandı, ancak aynı şey art arda üç kez olunca Raspberry Pi forumuna “Why is the PI2 camera-shy?” başlıklı bir gönderi yazdı
- Peter Onion, Raspberry Pi topluluğunun eski üyelerinden biri ve Cambridge ile Bletchley'deki Raspberry Jam etkinliklerine sık katılan bir kullanıcı olduğu için, topluluk hızla denemelere başladı
İpucu LED değil xenon flaştı
- Forum kullanıcıları, farklı kameralar ve ışık kaynakları deneyerek yeniden üretim koşullarını daralttı
- “jdb” adlı kullanıcı, Samsung Note2'nin LED flaşı ile sorun olmadığını, ancak Samsung K Zoom'un xenon flaşı ile Pi 2'nin tutarlı biçimde kapandığını fark etti
- Bu fark, nedenin genel olarak kamera kullanımı değil, belirli yoğunluk ve özellikteki ışık olduğunu gösterdi
Sorunlu bileşen U16 güç regülatörüydü
- İlk başta ana işlemci çipinden şüphelenildi, ancak işlemci Blu-Tack ile kapatılsa da sorun çözülmedi
- Pi ters çevrildiğinde flaştan etkilenmediği görüldü; bu da sorunun, ışığın kart üzerindeki belirli bir bileşene doğrudan vurmasıyla oluştuğunu doğruladı
- Sistematik testlerin ardından, USB konektörü ile HDMI portu arasındaki küçük U16 güç besleme regülatörü zayıf nokta olarak belirlendi
- Yalnızca U16 Blu-Tack ile kapatıldığında çökme tamamen durdu ve sorunun elektriksel temastan değil, optik maruziyetten kaynaklandığı anlaşıldı
WL-CSP ve fotoelektrik etkinin yarattığı kapanma koşulu
- U16 çipi Wafer-Level Chip Scale Packaging (WL-CSP) kullanıyordu
- Lehim topları doğrudan silikon die'a bağlanıp devre kartına monte edilen bir yapıydı
- Opak plastikle çevrilen geleneksel paketlemenin aksine, WL-CSP minyatürleşmeyi önceliklendirdiği için daha az koruma sunuyordu
- Açıkta kalan silikona yüksek yoğunluklu ışık çarptığında fotoelektrik etki oluşuyordu
- Yüksek enerjili fotonlar yarıiletkende beklenmedik elektron akışı oluşturuyor, voltaj düzenleme devresini bozuyor ve anında kapanmaya yol açıyordu
- Temel koşul ışık yoğunluğu eşiğiydi
- Sıradan LED kamera flaşları yeterli sayıda foton üretmiyordu
- Xenon flaşlar ve lazer işaretçiler arızaya yol açacak kadar güçlüydü
- Kızılötesi ve görünür ışık da çok yüksek yoğunlukta sorun yaratabilirdi, ancak silikonun belirli bant aralığı enerjisi burada koşul olarak devreye giriyordu
Daha önce de görülen optik girişim vakaları
- Raspberry Pi 2 olayı büyük ilgi çekse de, benzer optik girişim sorunları yarıiletken sektöründe zaten vardı
- EDN Network'ten bir mühendis, 12 yıl önce cep telefonu prototipi için kullanılan bir CSP amplifikatörde aynı sorunu yaşadığını anlattı
- Telefonun kendi kamera flaşından gelen ışık çip paketlemesinden geçtiğinde amplifikatör çıkışında sıçrama oluyordu
- 1997'de Connecticut'taki Haddam Neck nükleer santralinde de benzer bir olay yaşandı
- Eğitim bölümünden bir çalışan yangın algılama panelini flaşla fotoğrafladı
- Kamera flaşı EPROM çiplerini yanıltarak yangın çıkmış gibi gösterdi ve birkaç saniye içinde Halon söndürme sistemi devreye girdi
- Operatörler, gaz tahliye olana kadar 35 dakika boyunca kontrol odasını terk etmek zorunda kaldı
- Bu vakalar, yarıiletkenler küçülüp daha açık hale geldikçe, geleneksel testlerin hesaba katmadığı optik girişime karşı daha savunmasız olabileceklerini gösteriyor
Geçici kalkanlama ve donanım revizyonu
- Anlık çözüm, U16 çipini ışık geçirmeyen bir malzemeyle kapatmaktı
- Raspberry Pi Foundation, Blu-Tack, yalıtım bandı ve macun gibi opak malzemeleri önerdi
- Amaç, ışığın hassas yarıiletkene ulaşmasını engellerken normal elektriksel çalışmayı korumaktı
- Kalıcı çözüm, 2015'in sonlarında çıkan Pi 2 donanım revizyonu 1.2 ile geldi
- Bu yalnızca bir kalkanlama değil, Pi 3'te de kullanılan BCM2837 system-on-chip ile birlikte farklı bir güç yönetimi yapısının benimsenmesiydi
- Daha iyi devre tasarımı sayesinde optik hassasiyet ortadan kaldırıldı
- Testler, önceki Raspberry Pi modelleri olan A, B, A+ ve B+'ın “xenon death flash” sorununa açık olmadığını; bunun 2. nesle özgü bir sorun olduğunu gösterdi
Modern elektronik tasarımın gözden kaçırabildiği bir arıza modu
- Daha küçük ve daha ucuz bileşenlere yönelik tasarım baskısı, geleneksel testlerin hesaba katmadığı arıza modları yaratabiliyor
- Standart elektromanyetik uyumluluk testleri kablosuz girişimi ele alır, ancak fotoğraf çekmenin bilgisayarı kapatıp kapatmadığını doğrulamak yaygın bir test değildir
- WL-CSP gibi chip-scale packaging yöntemleri küçük ve güçlü cihazları mümkün kılar, ancak pratikte silikon die'ı minimum korumayla doğrudan devre kartına yerleştirir
- Maliyet ve boyut avantajları, çevresel dayanıklılığın azalmasıyla birlikte gelebilir
- Xenon flaşlı bir kameranın, açıkta duran bir güç düzenleme çipine yönelmesi kombinasyonu, tipik doğrulama senaryolarının dışındaydı
“Sevimli bir bug”ın bıraktığı eğitsel değer
- Raspberry Pi Foundation bu olayı şeffaf biçimde ele aldı ve buna “gördüğümüz en sevimli bug” dedi; olayı fotoelektrik etki üzerine bir fizik dersine dönüştürdü
- Bu zafiyet, fizik ilkelerinin gerçek teknolojide nasıl işlediğini gösteren bir elektronik mühendisliği ders örneğine dönüştü
- Öğrenciler, bilgisayarın fotoğrafı çekildiğinde kapanmasını izleyerek fotoelektrik etkiyi doğrudan görebiliyordu
- Olay, yarıiletken tasarımında optik girişim konusuna daha fazla dikkat çekilmesine yol açan bir örnek olarak kaldı
- Raspberry Pi forumunun tepkisi, tuhaf bir bug ortaya çıktığında birçok kullanıcının deney ve iş birliğinin nedenin ortaya çıkarılmasında etkili olabileceğini gösterdi
1 yorum
Hacker News yorumları
WLCSP bileşenlerin ışığa duyarlılığı topluluğun “keşfettiği” bir şey değil
WLCSP bileşen veri sayfalarında genellikle ışığa duyarlılık belirtilir ve ışığın bileşeni nasıl etkileyebileceği de verilerle sunulur
Bu, WLCSP’nin ilk dönemlerinden beri bilinen bir konu ve sorumlu bir mühendis bunu bir tasarım parametresi olarak ele alır
Silikon çipler aslında çok sayıda küçük güneş pili ekleminden oluştuğu için ışığa duyarlıdır; WLCSP çipleri de neredeyse paketlenmemiş silikon çiplere yakındır
Transistör kapaklarını çıkarıp onları fotodedektör ya da güneş pili gibi kullanma işi de uzun zamandır var; ilk fototransistörler de pencereli bir kutu içinde bulunan standart NPN bileşenlerdi
Korunmayan bir PCB’ye WLCSP bileşen yerleştirip ışığa duyarlılığın kabul edilemez olduğu bir tasarım yapıyorsanız, bu acemi işi bir hata olur ve kıdemli bir mühendisin gözetimi gerekir
Bir bileşeni milyonlarca cihaza koymadan önce veri sayfasını okumak ve yarı iletken eklemlerin nasıl çalıştığını anlamak temel sorumluluktur
Ayrıca yazının kendisi ilginç olsa da, lafı uzatan ritmi ve sürekli özetleri nedeniyle LLM çıktısı kullanılmış ya da yoğun biçimde karıştırılmış gibi hissettiriyor
Keşfedilen şey WLCSP bileşenlerin ışığa duyarlı olduğu değil, Raspberry Pi 2’nin ışığa duyarlı olduğuydu
Çoğu PCB tüketiciye açıkta kalmış çıplak PCB biçiminde dağıtılmadığı için böyle sorunların son kullanıcıya görünmesi nadirdir
WLCSP ışığa duyarlılığı; açıkta bir PCB ile çok güçlü ve belirli bir ışık kaynağının, bu örnekte Xenon flaşın, birleşmesini gerektiren nadir bir durumdur; büyütülecek bir şey değil
Raspberry Pi söz konusu olunca mühendisleri “hack düzeyi” ya da “acemi” diye adlandırmak isteyen bir hava var ama bu gerçekten nadir bir sınır vakası
Söz konusu bileşenin veri sayfasında ışığa duyarlılık hiç yer almasaydı bile şaşırmazdım
“Literatürde öne sürülen ışığa duyarlı devre koruması gerçekçi bir endişe değildir. Çünkü silikon yalnızca uzun dalga boylu ışığa karşı geçirgendir ve bu da WLCSP’nin geniş uygulama alanlarında neredeyse hiç karşılaşılmayan bir durumdur”
https://web.archive.org/web/20150210111428/https://www.fairc...
Geçmişte de plastik kapsüllemede yeterince karbon siyahı bulunmadığı için ışığa duyarlı bileşene dönüşen örnekler vardı; bazı eski bileşenlerin kahverengi plastik paketleri de yeterince opak değildi
Onlarca yıldır var olan bir sorun
[1] https://electronics.stackexchange.com/questions/217423/ics-c...
Çoğu CSP cihazda çipin üstünü ışığın büyük bölümünden koruyan arka yüzey kaplaması bulunur; bu yüzden ışığa duyarlılık çoğunlukla cihazın kenarlarında ya da alttan yansımalarda kalır
Bazılarında sorun var, ama bunu tüm WLCSP cihazların doğasında olan bir problemden çok genel olarak tasarım kusuru gibi görüyorum
Yapılan cihazın türüne de bağlı. Temel dijital lojik, işlemciler ve güç bileşenleri ışık yüzünden anlamlı bir sorun yaşamamalı
Sorun genellikle bandgap devrelerinin ya da osilatörlerin ışığa duyarlılığıdır ve çip yerleşimini değiştirerek azaltılabilir
Yani ilgili bileşen yalnızca o paketle geliyorsa ya da QFN’den daha küçük bir şey istiyorsanız ve pinleri gözle inceleyememeyi göze alabiliyorsanız seçilecek bir şey sanıyordum
Yüksek hızlı sinyal ya da RF ile uğraşmıyorsanız genelde devre şeması ve footprint soyutlamasıyla ilerleyebiliyorsunuz
Böyle bir sorunun neden gözden kaçabileceğini de anlıyorum. Bir kartta çok sayıda bileşen olur, veri sayfaları uzundur ve genelde protokol açıklamaları, pin haritaları, referans yerleşim, voltaj toleransları gibi önemli bölümleri seçerek okumaya alışırız
Küçük yazıları da okusaydınız önlenebilirdi, ama atlamak da bir ölçüde gerekçelendirilebilir. Yine de bu kadar seri üretilen bir cihazda daha az savunulabilir görünüyor
Yazar HN okuyorsa, yazı stilinin epey rahatsız edici olduğunu söylemek isterim
Açıklamaya aslında pek katkısı olmayan garip bilgiler, örneğin “Einstein’ın açıklayıp Nobel aldığı aynı olgu” gibi ifadeler araya giriyor; “Blu-Tack(gerçekten)” ya da “topluluk güveni” anlatısı gibi, olayı olduğundan daha dramatik gösteren çok şey vardı
Tanıtım sayfasında LLM’i yazma yardımcısı olarak kullandığı yazıyordu; keşke daha az bağımlı olsa ya da en azından çıktılara daha eleştirel baksa
Bir blog yazısını ilgi ile sinir arasında gidip gelerek okurken hiç bu kadar bunaldığımı hatırlamıyorum
Rapor gibi değil, hikâye gibi okuduğum için daha çok keyif aldım
Bütün yazılar giderek birbirine benziyor ve tekdüzeleşiyor
Baş kısım fena değildi ama sonuca gelindiğinde inanılmaz tekdüzeydi
Ancak LLM ile sohbet etmek yerine, yapay zekanın belirli bir konudaki arama sonuçlarını istenen formatta göstermesi düşünülebilir
Örneğin böyle hafif bir yazı, TikTok tarzı klip, YouTube, podcast, “sadece gerçekler” gibi formatlara uydurması
Bir makine ya da UI tarafından üretildiği açıksa LLM çıktısından o kadar da rahatsız olmuyorum
Bir başka klasik donanım kusuru örneği de iPhone’ların helyuma duyarlı olması
[1] https://www.ifixit.com/News/11986/iphones-are-allergic-to-he...
MEMS üretim sürecine hâkim olmayan titiz bir mühendis bile bunu gözden kaçırabilirdi; söz konusu süreç de kamuya açıklanana kadar yaygın olarak bilinmiyordu
Yine de bileşen üreticisi açısından şaşırtıcı olmazdı. İlk ayarlama için kalibre edilmiş gaz karışımları kullanmak standart bir tasarım aşaması olduğundan
https://www.youtube.com/watch?v=vvzWaVvB908
Çift numaralı her Raspberry Pi modelinde, donanım değişikliğiyle “düzeltilmesi” gereken ilginç tuhaflıklar vardı
Pi 2’de kamera flaşıyla yeniden başlama sorunu vardı; Pi 4’te ise USB-C şarj devresinin hatalı uygulanması yüzünden birçok PD adaptörünün güç sağlayamaması sorunu vardı
İki orijinal modeli de hâlâ elimde tutuyor ve kullanıyorum, ama donanım kusurları yalnızca belirli durumlarda sorun oluyordu
Pi 5’in kendine özgü bir 5V / 5A gereksinimi var, ama yüksek güçlü USB aksesuarları kullanmıyorsanız ve düzgün bir güç adaptörünüz varsa 5V / 3A ile de gayet iyi çalışıyor
Ancak Pi 2/4 ölçeğinde donanım seviyesinde tuhaf bir kusur henüz olmadı
O yüzden soru şu: Pi 6’da ne olacak?
[1] https://hackaday.com/2019/07/16/exploring-the-raspberry-pi-4...
Tüm modellerde microSD ömrü sorunu da vardı, PoE HAT’te de sorunlar yaşandı
Tüm Pi modellerinin ortak noktası, yerleşik güç devresinin epey basit olması ya da hiç bulunmaması
Bir yerde bunun EU/UK düzenlemeleriyle ilgili olabileceğini görmüş gibiyim. Aksi hâlde çıplak kartı tüketici ürünü olarak satamayacaklarına dair bir düzenlemeydi; benzer bir şey okuyan ya da duyan var mı merak ediyorum
Hatırladığım kadarıyla entegre manyetik bileşenleri olan bir jak gerekiyordu ama yanlış parça takılmıştı
O zamana kıyasla gerçekten çok yol kat edildi
İlginç bilgi: yarı iletken etkileri çoğu zaman tersinirdir
Işık yayan diyotlar verimsiz güneş panelleridir; tersi de geçerlidir
Bunun burada ilgili olmasının nedeni, yüksek yoğunluklu kızılötesiyle eklemleri uyarmanızı sağlayan aynı etkinin ters yönde de gerçekleşebilmesi
Uyarılmış eklem kızılötesi yayar ve paket yeterince inceyse bu algılanabilir
Uygun bir kamerayla, teorik olarak çipte belirli eklemlerin etkinleştiği bir video çekmek bile mümkün olabilir
Ancak pratikte verimlilik yüzünden bu zor; tek bir eklemin saat çevrimi başına kaç foton yaydığını bilmiyorum ama çok fazla olmayacaktır
Bu fotonların paketin dışına çıkıp sensör tarafından yakalanması gerektiğinden, işe yarar bir sinyal almak için çipi epey aşırı voltajla çalıştırmak ya da saat hızını düşürmek gerekebilir gibi geliyor
Bu yüzden bunun ne kadar “işlevsel” bir test olacağını bilmiyorum. Bunu ticarileştirmeye çalışan şirketin adını hatırlayabilsem keşke
Jeneratörden başlayıp düşününce mantıklı geliyor, ama DC motoru önce “ters yönde” kullanmış biri olarak bana epey sezgiye aykırı gelmişti
İlk işimde çok zamanımı alan SPARC CPU önbellek bozulması sorununu hatırlatıyor
Çip paketlemesindeki safsızlıkların radyoaktif bozunma yapmasından kaynaklanmıştı
İşitme cihazlarına güzel yarı saydam kapaklar takıldığında da aynı sorun vardı
Güneş ışığı belirli bir açıdan geldiğinde ya da flaş patladığında parazit oluyordu, ama kimse inanmıyordu
Bir “tiger cruise”a götürdüğüm DV Cam’de yaşadığım tuhaf bir sorunu hatırlatıyor
tiger cruise, bir uçak gemisi görevden dönerken ailelerin gemiye alınıp ziyaret etmesini sağlayan bir etkinlik; biz Honolulu’dan San Diego’ya kadar gemideydik
Güvertedeyken görüntü her 3 saniyede bir bozuluyordu ve kısa süre sonra bunun radar dizisinin dönüşüyle tam olarak örtüştüğünü anladık
Bunun bir tür radyasyondan kaynaklandığını düşündüm ve cep telefonunu, radar dizisi ile manyetik kafa arasına batarya, yani ağır metal içeren kısım gelecek şekilde eğik tutarsam görüntünün artık her 3 saniyede bir kesilmeyeceği sonucuna vardım
Gerçekten çok iyi işe yaradı
O dönemdeki HN başlığı: https://news.ycombinator.com/item?id=9015663
Asıl mesele yoğunluk eşiğiydi
Sıradan LED kamera flaşı yeterli foton üretemiyordu, ama Xenon flaş ve lazer pointer arızaya yol açacak kadar güçlüydü
Daha ilginç olan, bu etkinin silisyumun belirli bant aralığı enerjisini gerektirmesiydi
Yani kızılötesi ve görünür ışık potansiyel olarak sorun yaratabilir, ama ancak aşırı yoğunluklarda
Yazı yoğunluk ile dalga boyunu karıştırıyor gibi. Doğrusal olmayan çok fotonlu soğurmadan bahsetmiyorsa, o ancak güçlü ultra hızlı lazer darbeleriyle elde edilebilir