- Vào tháng 2/2015, Peter Onion phát hiện hiện tượng Raspberry Pi 2 mới của mình tắt ngay lập tức mỗi khi đèn flash nổ khi đang chụp bo mạch, và các thử nghiệm tập thể trên diễn đàn đã nhanh chóng thu hẹp nguyên nhân
- Đây không chỉ là vấn đề với camera; hiện tượng chỉ tái hiện được với đèn flash xenon và nguồn sáng mạnh như bút laser, và sẽ biến mất nếu che một linh kiện cụ thể hoặc lật ngược bo mạch
- Điểm dễ tổn thương là bộ điều chỉnh nguồn U16 nằm giữa cổng USB và cổng HDMI; phần silicon bị lộ do đóng gói WL-CSP đã tạo ra hiệu ứng quang điện và làm nhiễu mạch điều chỉnh điện áp
- Cách ứng phó tạm thời là che U16 bằng vật liệu không xuyên sáng như Blu-Tack, băng keo cách điện hoặc bột trám; đến cuối năm 2015, vấn đề được giải quyết trong bản sửa đổi phần cứng Pi 2 revision 1.2 nhờ thay đổi cấu trúc quản lý nguồn
- Trường hợp này cho thấy đóng gói chip scale package tuy có lợi cho thu nhỏ kích thước và giảm chi phí, nhưng cũng có thể tạo ra các chế độ lỗi do nhiễu quang học mà quy trình kiểm chứng truyền thống rất dễ bỏ sót
Raspberry Pi 2 tắt nguồn chỉ sau một lần chớp flash
- Vào tháng 2/2015, Peter Onion gặp hiện tượng Pi tắt ngay lập tức mỗi khi đèn flash máy ảnh nổ trong lúc chụp Raspberry Pi 2 mới của mình
- Ban đầu ông cho rằng đó chỉ là trùng hợp, nhưng sau khi hiện tượng lặp lại ba lần liên tiếp, ông đã đăng bài lên diễn đàn Raspberry Pi với tiêu đề “Why is the PI2 camera-shy?”
- Vì Peter Onion là một thành viên lâu năm của cộng đồng Raspberry Pi và thường xuyên tham gia Raspberry Jam tại Cambridge và Bletchley, cộng đồng đã nhanh chóng bắt tay vào thử nghiệm
Không phải LED mà là flash xenon mới là manh mối
- Người dùng trên diễn đàn đã thay đổi nhiều camera và nguồn sáng khác nhau để thu hẹp điều kiện tái hiện lỗi
- Người dùng “jdb” phát hiện rằng đèn flash LED của Samsung Note2 không gây ra vấn đề, nhưng đèn flash xenon của Samsung K Zoom lại khiến Pi 2 tắt một cách ổn định
- Sự khác biệt này cho thấy nguyên nhân không nằm ở việc dùng camera nói chung, mà ở ánh sáng có cường độ và đặc tính nhất định
Linh kiện gây lỗi là bộ điều chỉnh nguồn U16
- Ban đầu người ta nghi ngờ chip xử lý chính, nhưng việc che bộ xử lý bằng Blu-Tack không giải quyết được vấn đề
- Khi lật ngược Pi, thiết bị không còn bị ảnh hưởng bởi flash, qua đó xác nhận rằng ánh sáng phải chiếu trực tiếp vào một linh kiện cụ thể trên bo mạch thì lỗi mới xảy ra
- Sau các bài kiểm tra có hệ thống, bộ điều chỉnh nguồn U16 nhỏ nằm giữa đầu nối USB và cổng HDMI được xác định là điểm dễ tổn thương
- Chỉ cần che riêng U16 bằng Blu-Tack là hiện tượng sập hoàn toàn biến mất, và vấn đề được kết luận là xuất phát từ phơi sáng quang học chứ không phải tiếp xúc điện
WL-CSP và hiệu ứng quang điện tạo ra điều kiện tắt máy
- Chip U16 sử dụng Wafer-Level Chip Scale Packaging (WL-CSP)
- Các bi hàn được gắn trực tiếp vào đế silicon rồi lắp lên bảng mạch
- Khác với kiểu đóng gói truyền thống được bọc trong nhựa đục, WL-CSP ưu tiên thu nhỏ kích thước nên ít lớp bảo vệ hơn
- Khi ánh sáng cường độ cao chiếu vào silicon bị lộ, hiệu ứng quang điện sẽ xuất hiện
- Các photon năng lượng cao tạo ra dòng điện tử ngoài dự kiến trong chất bán dẫn, làm nhiễu mạch điều chỉnh điện áp và dẫn đến tắt máy ngay lập tức
- Ngưỡng cường độ là điều kiện then chốt
- Đèn flash LED thông thường của camera không tạo đủ photon
- Flash xenon và bút laser đủ mạnh để gây lỗi
- Ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy được cũng có thể gây vấn đề ở cường độ rất cao, nhưng năng lượng vùng cấm cụ thể của silicon là yếu tố quyết định
Những trường hợp nhiễu quang học đã từng tồn tại
- Dù vụ Raspberry Pi 2 thu hút nhiều chú ý, các vấn đề tương tự về nhiễu quang học thực ra đã tồn tại từ trước trong ngành bán dẫn
- Một kỹ sư trên EDN Network cho biết ông từng gặp đúng hiện tượng này cách đó 12 năm trên bộ khuếch đại CSP của nguyên mẫu điện thoại di động
- Khi ánh sáng từ chính đèn flash camera của điện thoại xuyên qua lớp đóng gói chip, đầu ra của bộ khuếch đại sẽ nhảy vọt
- Một sự cố tương tự cũng xảy ra vào năm 1997 tại nhà máy điện hạt nhân Haddam Neck ở Connecticut
- Một thành viên bộ phận đào tạo đã chụp bảng điều khiển phát hiện cháy bằng đèn flash
- Đèn flash máy ảnh đã đánh lừa chip EPROM khiến hệ thống tưởng như có hỏa hoạn, và trong vài giây hệ thống chữa cháy Halon đã được kích hoạt
- Các nhân viên vận hành phải rời phòng điều khiển trong 35 phút cho tới khi khí được xả hết
- Những trường hợp này cho thấy khi chất bán dẫn ngày càng nhỏ hơn và lộ ra nhiều hơn, chúng có thể dễ tổn thương trước nhiễu quang học mà các bài kiểm tra truyền thống không tính đến
Che chắn tạm thời và bản sửa đổi phần cứng
- Giải pháp tức thời là che chip U16 bằng vật liệu không cho ánh sáng xuyên qua
- Raspberry Pi Foundation khuyến nghị dùng Blu-Tack, băng keo cách điện hoặc bột trám đục
- Cách này ngăn ánh sáng chạm vào chất bán dẫn nhạy cảm mà vẫn giữ hoạt động điện bình thường
- Giải pháp triệt để xuất hiện trong Pi 2 hardware revision 1.2 phát hành cuối năm 2015
- Không chỉ là che chắn đơn thuần, thiết kế này đưa vào một cấu trúc quản lý nguồn khác sử dụng SoC BCM2837 vốn cũng được dùng trên Pi 3
- Thiết kế mạch tốt hơn đã loại bỏ độ nhạy với tác động quang học
- Kết quả thử nghiệm cho thấy các mẫu Raspberry Pi trước đó như A, B, A+, B+ không dễ tổn thương trước “xenon death flash”, và đây là vấn đề riêng của thế hệ 2
Một chế độ lỗi mà thiết kế điện tử hiện đại dễ bỏ sót
- Áp lực thiết kế hướng tới linh kiện nhỏ hơn và rẻ hơn có thể tạo ra những chế độ lỗi mà quy trình kiểm thử truyền thống không tính đến
- Các bài kiểm tra tương thích điện từ tiêu chuẩn xử lý nhiễu vô tuyến, nhưng việc xác minh xem chụp ảnh có làm tắt máy tính hay không thì không phải kịch bản phổ biến
- Chip scale packaging như WL-CSP cho phép tạo ra thiết bị nhỏ và mạnh, nhưng về thực chất là đặt đế silicon lên bảng mạch với mức bảo vệ tối thiểu
- Lợi ích về chi phí và kích thước có thể đi kèm với việc giảm độ bền vững trước môi trường
- Sự kết hợp giữa camera flash xenon và chip điều chỉnh nguồn bị lộ nằm ngoài các kịch bản kiểm chứng thông thường
“Lỗi đáng yêu” để lại giá trị giáo dục
- Raspberry Pi Foundation đã xử lý vụ việc một cách minh bạch và gọi đây là “lỗi đáng yêu nhất mà chúng tôi từng thấy”, đồng thời biến nó thành một bài học vật lý về hiệu ứng quang điện
- Lỗ hổng này trở thành một ví dụ dùng trong giảng dạy điện tử, cho thấy các nguyên lý vật lý tác động lên công nghệ thực tế như thế nào
- Học sinh có thể trực tiếp quan sát hiệu ứng quang điện qua cảnh máy tính tắt đi khi bị chụp ảnh
- Đây vẫn là một trường hợp khiến giới thiết kế bán dẫn chú ý hơn tới nhiễu quang học
- Cách cộng đồng Raspberry Pi phản ứng cũng cho thấy khi một lỗi kỳ lạ xuất hiện, các thí nghiệm và sự hợp tác của nhiều người dùng có thể rất hiệu quả trong việc xác định nguyên nhân
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Tính nhạy sáng của linh kiện WLCSP không phải là thứ cộng đồng “phát hiện” ra
Datasheet của linh kiện WLCSP thường ghi rõ tính nhạy sáng, và cũng cung cấp dữ liệu về việc ánh sáng có thể ảnh hưởng đến linh kiện như thế nào
Đây là điều đã được biết từ những ngày đầu của WLCSP, và một kỹ sư có trách nhiệm sẽ xem nó như một tham số thiết kế
Chip silicon về cơ bản được tạo thành từ vô số mối nối pin mặt trời nhỏ, nên nhạy với ánh sáng, còn chip WLCSP gần như là một chip silicon hầu như chưa được đóng gói
Việc tháo nắp transistor để dùng như bộ dò quang hoặc pin mặt trời cũng đã có từ lâu, và các phototransistor đời đầu cũng là linh kiện NPN tiêu chuẩn đặt trong vỏ kim loại có cửa sổ
Nếu đặt linh kiện WLCSP lên PCB không được che chắn trong một thiết kế không cho phép nhạy sáng, thì đó là một sai lầm non tay và cần có kỹ sư cấp cao giám sát
Trước khi đưa linh kiện vào hàng triệu thiết bị, đọc datasheet và hiểu cách hoạt động của các mối nối bán dẫn là trách nhiệm cơ bản
Nói thêm, bản thân bài viết thì thú vị, nhưng nhịp văn dài dòng và các đoạn tóm tắt lặp đi lặp lại khiến tôi có cảm giác đầu ra của LLM đã được dùng, hoặc ít nhất bị pha trộn rất mạnh
Điều được phát hiện không phải là chuyện linh kiện WLCSP nhạy với ánh sáng, mà là Raspberry Pi 2 nhạy với ánh sáng
Vì hầu hết PCB không được phân phối đến người tiêu dùng dưới dạng bo mạch trần lộ ra ngoài, nên những vấn đề như vậy hiếm khi lộ ra với người dùng cuối
Tính nhạy sáng của WLCSP là một hiện tượng hiếm, cần sự kết hợp giữa PCB lộ thiên và một nguồn sáng rất mạnh, rất đặc thù — trong trường hợp này là đèn flash Xenon — nên không đáng để thổi phồng
Cứ hễ nhắc đến Raspberry Pi là lại có bầu không khí muốn gọi các kỹ sư là “trình độ hack” hay “tay mơ”, nhưng đây thực sự là một ca biên rất hiếm
Tôi cũng sẽ không ngạc nhiên nếu datasheet của linh kiện đó hoàn toàn không nhắc đến tính nhạy sáng
“Việc bảo vệ mạch nhạy sáng được nêu trong tài liệu không phải là một mối lo thực tế. Silicon chỉ trong suốt với ánh sáng bước sóng dài, mà điều này hầu như không gặp trong phạm vi ứng dụng rộng của WLCSP”
https://web.archive.org/web/20150210111428/https://www.fairc...
Trước đây cũng từng có trường hợp linh kiện trở nên nhạy sáng vì lớp đóng gói nhựa không có đủ carbon black, và một số linh kiện cũ có vỏ nhựa màu nâu không đủ chắn sáng
Đây là vấn đề đã tồn tại hàng chục năm
[1] https://electronics.stackexchange.com/questions/217423/ics-c...
Hầu hết thiết bị CSP có lớp phủ mặt sau bảo vệ mặt trên của chip khỏi phần lớn ánh sáng, nên tính nhạy sáng chủ yếu còn ở mép thiết bị hoặc do phản xạ từ phía dưới
Một số có vấn đề, nhưng tôi cho rằng nhìn chung đây gần với lỗi thiết kế hơn là vấn đề cố hữu của mọi thiết bị WLCSP
Điều này cũng tùy thuộc vào loại thiết bị đang được chế tạo. Logic số cơ bản, bộ xử lý, linh kiện nguồn lẽ ra không nên gặp vấn đề đáng kể do ánh sáng
Thường thì vấn đề nằm ở tính nhạy sáng của mạch bandgap hoặc bộ dao động, và có thể giảm nhẹ bằng cách thay đổi bố trí trên chip
Tức là chỉ chọn khi linh kiện đó chỉ có gói này, hoặc khi muốn thứ gì đó nhỏ hơn QFN, và chấp nhận việc không thể kiểm tra chân bằng mắt thường
Nếu không xử lý tín hiệu tốc độ cao hay RF, thường chỉ cần đi qua các trừu tượng như sơ đồ mạch và footprint là đủ
Tôi cũng hiểu vì sao vấn đề này có thể bị bỏ sót. Trên một bo mạch có rất nhiều linh kiện, datasheet thì dài, và người ta thường quen chọn đọc các phần quan trọng như mô tả giao thức, sơ đồ chân, bố trí tham chiếu, dung sai điện áp
Nếu đọc cả phần chữ nhỏ thì có thể đã tránh được, nhưng việc bỏ qua cũng có phần có thể biện minh. Dù vậy, với một thiết bị được sản xuất hàng loạt như thế này thì có lẽ khó biện minh hơn
Nếu tác giả đọc HN, tôi muốn nói rằng phong cách viết khá gây khó chịu
Có nhiều chỗ chèn vào những thông tin kỳ lạ không thực sự giúp ích cho phần giải thích, chẳng hạn câu “cùng hiện tượng mà Einstein đã giải thích và nhờ đó nhận Nobel”, và nhiều cách làm cho câu chuyện có vẻ kịch tính hơn thực tế, như “Blu-Tack(thật đấy)” hay mạch truyện về “niềm tin của cộng đồng”
Trang giới thiệu nói rằng có dùng LLM làm trợ lý viết, nên tôi mong tác giả bớt phụ thuộc vào nó, hoặc ít nhất nhìn đầu ra một cách phê phán hơn
Tôi chưa từng thấy bực bội như vậy khi đọc một bài blog, cứ dao động giữa hứng thú và khó chịu
Tôi đọc nó như một câu chuyện hơn là một báo cáo, nên thấy thú vị hơn
Tất cả bài viết đang ngày càng nghe giống nhau và đơn điệu hơn
Phần đầu còn ổn, nhưng đến kết luận thì cực kỳ đơn điệu
Tuy vậy, thay vì chat với LLM, cũng đáng nghĩ đến cách AI hiển thị kết quả tìm kiếm về một chủ đề cụ thể theo định dạng mình muốn
Ví dụ như tùy chỉnh thành dạng bài nhẹ nhàng như thế này, clip kiểu TikTok, YouTube, podcast, hay “chỉ sự kiện”
Nếu rõ ràng đó là thứ do máy móc hoặc UI tạo ra, tôi không ghét đầu ra LLM đến mức đó
Một lỗi phần cứng kinh điển khác là trường hợp iPhone nhạy với heli
[1] https://www.ifixit.com/News/11986/iphones-are-allergic-to-he...
Ngay cả một kỹ sư kiểm tra cẩn thận cũng có thể bỏ sót nếu không am hiểu quy trình chế tạo MEMS, và quy trình đó không được biết đến rộng rãi cho đến khi được công khai
Dù vậy, với nhà sản xuất linh kiện thì có lẽ không có gì đáng ngạc nhiên. Vì việc dùng hỗn hợp khí đã hiệu chuẩn để hiệu chỉnh ban đầu là một bước thiết kế tiêu chuẩn
https://www.youtube.com/watch?v=vvzWaVvB908
Mỗi mẫu Raspberry Pi số chẵn đều có những quirk thú vị phải được “sửa” bằng thay đổi phần cứng
Pi 2 có vấn đề khởi động lại do flash máy ảnh, còn Pi 4 có vấn đề nhiều adapter PD không cấp nguồn được vì lỗi triển khai mạch sạc USB-C
Tôi vẫn còn giữ và dùng cả hai mẫu gốc, nhưng các lỗi phần cứng đó chỉ gây vấn đề trong những tình huống cụ thể
Pi 5 có yêu cầu 5V / 5A hơi đặc biệt, nhưng nếu không dùng phụ kiện USB công suất cao và có adapter nguồn ổn thì 5V / 3A cũng chạy tốt
Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có lỗi đặc thù ở cấp phần cứng ở quy mô như Pi 2/4
Vậy câu hỏi là: với Pi 6 thì sẽ là gì?
[1] https://hackaday.com/2019/07/16/exploring-the-raspberry-pi-4...
Tất cả các mẫu cũng đều có vấn đề về tuổi thọ microSD, và PoE HAT cũng có vấn đề
Điểm chung của mọi mẫu Pi là mạch nguồn onboard khá đơn giản, hoặc thậm chí không có
Hình như tôi từng thấy ở đâu đó rằng điều này có thể liên quan đến quy định của EU/UK. Nội dung là nếu không như vậy thì không thể bán bo mạch trần như một sản phẩm tiêu dùng; không biết có ai từng đọc hoặc nghe điều tương tự không
Theo tôi nhớ thì cần jack có magnetics tích hợp nhưng lại lắp nhầm linh kiện
So với hồi đó thì đã đi được một chặng đường rất xa
Sự thật thú vị: hiệu ứng bán dẫn thường có tính đảo ngược
Diode phát quang là một tấm pin mặt trời kém hiệu quả, và điều ngược lại cũng đúng
Lý do điều này liên quan ở đây là cùng một hiệu ứng cho phép kích thích tiếp giáp bằng hồng ngoại cường độ cao cũng xảy ra theo chiều ngược lại
Một tiếp giáp bị kích thích sẽ phát ra hồng ngoại, và nếu package đủ mỏng thì có thể phát hiện được
Với camera phù hợp, về lý thuyết bạn cũng có thể quay video các tiếp giáp cụ thể trên chip được kích hoạt
Tuy nhiên trên thực tế điều này khó vì hiệu suất; tôi không biết một tiếp giáp phát ra bao nhiêu photon mỗi chu kỳ clock, nhưng chắc là không nhiều
Các photon đó phải thoát ra khỏi package và được cảm biến thu nhận, nên để có tín hiệu hữu ích có lẽ phải chạy chip ở mức quá áp khá lớn hoặc giảm xung nhịp
Vì vậy tôi không rõ đây sẽ là phép kiểm thử “chức năng” đến mức nào. Giá mà tôi nhớ được tên công ty từng muốn thương mại hóa việc này
Nếu bắt đầu suy nghĩ từ máy phát điện thì điều này hợp lý, nhưng với tư cách người lần đầu dùng DC motor theo “chiều ngược lại”, nó khá trái trực giác
Tôi nhớ đến vấn đề hỏng cache CPU SPARC đã làm tôi mất rất nhiều thời gian ở công việc đầu tiên
Nguyên nhân là tạp chất trong packaging của chip gây phân rã phóng xạ
Khi gắn một vỏ bán trong suốt rất đẹp cho máy trợ thính cũng gặp vấn đề tương tự
Khi ánh nắng chiếu vào ở một góc nhất định hoặc khi flash lóe lên, nó phát ra tiếng nhiễu, nhưng không ai tin tôi
Tôi nhớ đến một sự cố kỳ lạ với chiếc DV Cam mang theo trong “tiger cruise”
tiger cruise là sự kiện cho phép gia đình lên thăm tàu khi tàu sân bay đang trên đường trở về sau nhiệm vụ; chúng tôi đi tàu từ Honolulu đến San Diego
Khi ở trên boong, video bị vỡ hình mỗi 3 giây, và chẳng bao lâu tôi phát hiện nó khớp chính xác với vòng quay của mảng radar
Tôi cho rằng nguyên nhân là một loại bức xạ nào đó, và suy luận rằng nếu cầm điện thoại nghiêng sao cho phần chứa pin, tức phần có kim loại nặng, nằm giữa mảng radar và đầu từ thì video sẽ không còn bị ngắt mỗi 3 giây nữa
Và nó thực sự hiệu quả
Thread HN thời điểm đó: https://news.ycombinator.com/item?id=9015663
Ngưỡng cường độ mới là điểm mấu chốt
Flash camera LED thông thường không tạo ra đủ photon, nhưng flash Xenon và bút laser đủ mạnh để gây trục trặc
Điểm thú vị hơn là hiệu ứng này cần năng lượng vùng cấm cụ thể của silicon
Tức là hồng ngoại và ánh sáng khả kiến có thể gây vấn đề, nhưng chỉ ở cường độ cực đoan
Bài viết có vẻ nhầm lẫn giữa cường độ và bước sóng. Trừ khi đang nói về hấp thụ đa photon phi tuyến, vốn chỉ có thể đạt được bằng các xung laser siêu nhanh cường độ mạnh