- Pada Februari 2015, Peter Onion menemukan bahwa saat memotret Raspberry Pi 2 barunya, papan langsung mati setiap kali flash menyala, dan eksperimen kolektif di forum mempersempit penyebabnya
- Ternyata ini bukan sekadar masalah kamera, melainkan hanya dapat direproduksi dengan flash xenon dan cahaya kuat seperti laser pointer; masalah hilang jika komponen tertentu ditutupi atau papan dibalik
- Titik rentannya adalah regulator daya U16 di antara konektor USB dan port HDMI; silikon yang terekspos karena kemasan WL-CSP memicu efek fotolistrik dan mengganggu rangkaian pengatur tegangan
- Penanganan sementara dilakukan dengan menutupi U16 memakai bahan opak seperti Blu-Tack, isolasi listrik, atau dempul, dan masalah diselesaikan pada akhir 2015 melalui perubahan arsitektur manajemen daya di revisi perangkat keras Pi 2 1.2
- Kasus ini menunjukkan bahwa chip scale packaging yang menguntungkan untuk miniaturisasi dan penghematan biaya dapat menciptakan mode kegagalan akibat interferensi optik yang mudah terlewat dalam pengujian konvensional
Raspberry Pi 2 yang mati hanya karena sekali flash
- Pada Februari 2015, Peter Onion mengalami gejala aneh saat memotret Raspberry Pi 2 barunya: setiap kali flash kamera menyala, Pi langsung mati
- Awalnya ia mengira itu kebetulan, tetapi setelah hal yang sama terjadi tiga kali berturut-turut, ia menulis posting di forum Raspberry Pi berjudul “Why is the PI2 camera-shy?”
- Karena Peter Onion adalah anggota lama komunitas Raspberry Pi dan sering ikut Raspberry Jam di Cambridge dan Bletchley, komunitas pun cepat bergerak melakukan eksperimen
Bukan LED, melainkan flash xenon yang menjadi petunjuk
- Para pengguna forum mengganti-ganti kamera dan sumber cahaya untuk mempersempit kondisi reproduksi masalah
- Pengguna “jdb” menemukan perbedaan penting: flash LED Samsung Note2 tidak menimbulkan masalah, tetapi flash xenon Samsung K Zoom secara konsisten membuat Pi 2 mati
- Dari perbedaan ini, penyebabnya dipersempit bukan pada penggunaan kamera itu sendiri, melainkan pada cahaya dengan intensitas dan karakteristik tertentu
Komponen bermasalah adalah regulator daya U16
- Pada awalnya chip prosesor utama sempat dicurigai, tetapi menutupi prosesor dengan Blu-Tack tidak menyelesaikan masalah
- Saat Pi dibalik, flash tidak lagi memengaruhinya, sehingga dipastikan bahwa masalah terjadi hanya jika cahaya mengenai komponen tertentu di papan secara langsung
- Setelah pengujian sistematis, regulator catu daya U16 yang kecil di antara konektor USB dan port HDMI ditunjuk sebagai titik rentan
- Jika hanya U16 yang ditutupi dengan Blu-Tack, crash benar-benar berhenti, sehingga disimpulkan bahwa masalah ini bukan berasal dari kontak listrik, melainkan dari paparan optik
WL-CSP dan efek fotolistrik yang memicu kondisi mati
- Chip U16 menggunakan Wafer-Level Chip Scale Packaging (WL-CSP)
- Bola solder dipasang langsung pada die silikon lalu ditempelkan ke papan sirkuit
- Berbeda dari kemasan tradisional yang dibungkus plastik opak, WL-CSP memprioritaskan ukuran kecil dengan perlindungan yang lebih minim
- Jika cahaya berintensitas tinggi mengenai silikon yang terekspos, terjadilah efek fotolistrik
- Foton berenergi tinggi menciptakan aliran elektron tak terduga di semikonduktor, mengganggu rangkaian pengatur tegangan dan menyebabkan sistem langsung mati
- Ambang intensitas adalah syarat kuncinya
- Flash kamera LED biasa tidak menghasilkan foton yang cukup
- Flash xenon dan laser pointer cukup kuat untuk memicu malfungsi
- Inframerah dan cahaya tampak juga bisa menjadi masalah pada intensitas yang sangat tinggi, meski energi bandgap tertentu pada silikon ikut menentukan kondisi tersebut
Kasus interferensi optik serupa ternyata sudah pernah ada
- Meski insiden Raspberry Pi 2 ini mendapat banyak perhatian, masalah interferensi optik serupa sebenarnya sudah pernah muncul di industri semikonduktor
- Seorang insinyur di EDN Network menceritakan bahwa 12 tahun sebelumnya ia mengalami masalah yang sama pada penguat CSP untuk prototipe ponsel
- Saat cahaya dari flash kamera ponsel menembus kemasan chip, keluaran penguat melonjak tiba-tiba
- Insiden serupa juga pernah terjadi pada 1997 di PLTN Haddam Neck di Connecticut
- Seorang anggota departemen pelatihan memotret panel deteksi kebakaran dengan flash
- Flash kamera menipu chip EPROM hingga sistem mengira terjadi kebakaran, dan dalam hitungan detik sistem pemadam Halon aktif
- Para operator harus meninggalkan ruang kendali selama 35 menit sampai gasnya keluar
- Contoh-contoh ini menunjukkan bahwa semakin kecil dan terbukanya semikonduktor, semakin rentan ia terhadap interferensi optik yang mungkin tidak dipertimbangkan dalam pengujian lama
Pelindung sementara dan revisi perangkat keras
- Solusi langsung saat itu adalah menutup chip U16 dengan bahan yang tidak tembus cahaya
- Raspberry Pi Foundation merekomendasikan bahan opak seperti Blu-Tack, isolasi listrik, atau dempul
- Tujuannya adalah mencegah cahaya mencapai semikonduktor sensitif sambil tetap mempertahankan operasi listrik normal
- Solusi mendasar hadir pada revisi perangkat keras Pi 2 1.2 yang dirilis pada akhir 2015
- Bukan sekadar penutup, melainkan arsitektur manajemen daya yang berbeda diperkenalkan bersama penggunaan system-on-chip BCM2837 yang juga dipakai di Pi 3
- Desain rangkaian yang lebih baik menghilangkan sensitivitas optik tersebut
- Hasil pengujian menunjukkan bahwa model Raspberry Pi sebelumnya seperti A, B, A+, dan B+ tidak rentan terhadap “xenon death flash”, sehingga masalah ini merupakan masalah khusus Generasi 2
Mode kegagalan yang mudah terlewat dalam desain elektronik modern
- Tekanan desain untuk membuat komponen yang lebih kecil dan lebih murah dapat menciptakan mode kegagalan yang tidak dipertimbangkan dalam pengujian tradisional
- Uji kompatibilitas elektromagnetik standar menangani interferensi nirkabel, tetapi verifikasi apakah memotret komputer bisa mematikannya jelas bukan skenario umum
- Chip scale packaging seperti WL-CSP memungkinkan perangkat yang kecil dan bertenaga, tetapi pada praktiknya berarti die silikon dipasang ke papan sirkuit dengan perlindungan minimum
- Keuntungan dari sisi biaya dan ukuran bisa datang bersamaan dengan berkurangnya ketahanan terhadap lingkungan
- Kombinasi kamera flash xenon yang mengarah ke chip pengatur daya yang terekspos berada di luar skenario verifikasi yang lazim
“Bug yang menggemaskan” dan nilai edukasinya
- Raspberry Pi Foundation menangani insiden ini secara terbuka dan menyebutnya sebagai “bug paling menggemaskan yang pernah kami lihat”, lalu mengubahnya menjadi pelajaran fisika tentang efek fotolistrik
- Kerentanan ini menjadi contoh bahan ajar teknik elektronika yang menunjukkan bagaimana prinsip fisika bekerja pada teknologi nyata
- Para pelajar bisa melihat efek fotolistrik secara langsung melalui adegan komputer yang mati saat dipotret
- Kasus ini juga menjadi pengingat pentingnya lebih menyadari interferensi optik dalam desain semikonduktor
- Respons forum Raspberry Pi menunjukkan bahwa saat bug aneh muncul, eksperimen dan kolaborasi banyak pengguna bisa sangat efektif untuk menemukan penyebabnya
1 komentar
Opini Hacker News
Fotosensitivitas komponen WLCSP bukan sesuatu yang “ditemukan” oleh komunitas
Datasheet komponen WLCSP biasanya mencantumkan fotosensitivitas, dan juga menyediakan data tentang bagaimana cahaya dapat memengaruhi komponen
Ini sudah diketahui sejak masa awal WLCSP, dan insinyur yang bertanggung jawab akan memperlakukannya sebagai parameter desain
Chip silikon pada dasarnya terdiri dari sangat banyak sambungan sel surya kecil, sehingga sensitif terhadap cahaya, dan chip WLCSP hampir seperti chip silikon yang nyaris tanpa kemasan
Membuka penutup transistor lalu menggunakannya seperti fotodetektor atau sel surya juga sudah dilakukan sejak lama, dan fototransistor awal pun merupakan komponen NPN standar dalam kaleng berjendela
Jika Anda memasang komponen WLCSP pada PCB yang tidak terlindungi, sementara fotosensitivitas tidak dapat diterima dalam desain tersebut, itu adalah kesalahan pemula dan perlu pengawasan insinyur senior
Sebelum memasukkan komponen ke jutaan perangkat, membaca datasheet dan memahami cara kerja sambungan semikonduktor adalah tanggung jawab dasar
Sebagai tambahan, tulisannya sendiri menarik, tetapi ritmenya yang bertele-tele dan rangkuman yang terus-menerus membuatnya terasa seperti keluaran LLM digunakan atau sangat bercampur di dalamnya
Yang ditemukan bukan fakta bahwa komponen WLCSP sensitif terhadap cahaya, melainkan fakta bahwa Raspberry Pi 2 sensitif terhadap cahaya
Karena sebagian besar PCB tidak didistribusikan kepada konsumen dalam bentuk PCB telanjang yang terekspos, masalah seperti ini jarang terlihat oleh pengguna akhir
Fotosensitivitas WLCSP adalah fenomena langka yang membutuhkan kombinasi PCB terekspos dan sumber cahaya yang sangat kuat serta spesifik—dalam kasus ini, flash Xenon—jadi tidak perlu dibesar-besarkan
Setiap kali Raspberry Pi muncul, ada kecenderungan orang ingin menyebut para insinyurnya “setingkat peretas” atau “pemula”, tetapi ini benar-benar kasus tepi yang jarang
Saya tidak akan terkejut sekalipun datasheet komponen itu sama sekali tidak mencantumkan fotosensitivitas
“Perlindungan terhadap rangkaian fotosensitif yang diklaim dalam literatur bukanlah kekhawatiran praktis. Silikon hanya transparan terhadap cahaya berpanjang gelombang panjang, dan hal ini hampir tidak dijumpai dalam penerapan WLCSP yang luas”
https://web.archive.org/web/20150210111428/https://www.fairc...
Di masa lalu juga pernah ada kasus ketika enkapsulasi plastik tidak memiliki cukup carbon black sehingga komponennya menjadi fotosensitif, dan beberapa komponen lama memakai kemasan plastik cokelat yang tidak cukup opak
Ini masalah yang sudah ada selama puluhan tahun
[1] https://electronics.stackexchange.com/questions/217423/ics-c...
Sebagian besar perangkat CSP memiliki pelapis belakang yang melindungi bagian atas chip dari sebagian besar cahaya, sehingga fotosensitivitas biasanya tersisa di tepi perangkat atau akibat pantulan dari bawah
Sebagian memang bermasalah, tetapi saya melihatnya lebih sebagai cacat desain daripada masalah bawaan semua perangkat WLCSP
Ini juga bergantung pada jenis perangkat yang dibuat. Logika digital dasar, prosesor, dan komponen daya seharusnya tidak mengalami masalah berarti akibat cahaya
Biasanya masalahnya adalah fotosensitivitas pada rangkaian bandgap atau osilator, dan ini bisa dikurangi dengan mengubah tata letak chip
Maksudnya, saya memilihnya jika komponen itu hanya tersedia dalam paket tersebut, atau jika ingin yang lebih kecil daripada QFN, dan siap menerima kenyataan bahwa pin tidak bisa diperiksa dengan mata telanjang
Jika tidak menangani sinyal berkecepatan tinggi atau RF, biasanya kita bisa cukup mengandalkan abstraksi jaringan rangkaian dan footprint
Saya juga bisa memahami mengapa masalah seperti ini bisa terlewat. Dalam satu papan ada banyak komponen, datasheet panjang, dan kita biasanya terbiasa memilih bagian penting seperti penjelasan protokol, peta pin, tata letak referensi, dan toleransi tegangan
Jika membaca sampai tulisan kecil-kecilnya, ini mungkin bisa dicegah, tetapi melewatkannya juga sampai taraf tertentu bisa dibenarkan. Namun untuk perangkat yang diproduksi massal seperti ini, pembenarannya tampaknya lebih lemah
Jika penulisnya membaca HN, saya ingin menyampaikan bahwa gaya tulisannya cukup mengganggu
Ada banyak sisipan informasi aneh yang sebenarnya tidak banyak membantu penjelasan, misalnya frasa seperti “fenomena yang sama yang dijelaskan Einstein hingga mendapat Nobel”, dan banyak cara penyajian yang membuatnya tampak lebih dramatis daripada kenyataannya, seperti “Blu-Tack(benar-benar)” atau narasi “kepercayaan komunitas”
Di halaman perkenalan tertulis bahwa ia memakai LLM sebagai bantuan menulis; saya harap ia lebih sedikit bergantung padanya, atau setidaknya menilai keluarannya dengan lebih kritis
Saya belum pernah merasa sefrustrasi ini saat membaca posting blog, bolak-balik antara tertarik dan kesal
Saya membacanya lebih sebagai cerita daripada laporan, jadi saya lebih menikmatinya
Semua tulisan makin lama makin terdengar mirip dan monoton
Bagian awalnya lumayan, tetapi saat sampai ke kesimpulan, tulisannya menjadi sangat monoton
Namun alih-alih mengobrol dengan LLM, ada baiknya membayangkan cara AI menampilkan hasil pencarian tentang topik tertentu dalam format yang kita inginkan
Misalnya disesuaikan menjadi tulisan ringan seperti ini, klip ala TikTok, YouTube, podcast, atau format “fakta saja”
Jika jelas bahwa itu dibuat oleh mesin atau UI, saya tidak terlalu membenci keluaran LLM
Cacat perangkat keras klasik lainnya adalah kasus iPhone sensitif terhadap helium
[1] https://www.ifixit.com/News/11986/iphones-are-allergic-to-he...
Bahkan engineer yang meninjau dengan cermat bisa saja melewatkannya jika tidak memahami proses manufaktur MEMS, dan proses tersebut belum dikenal luas sebelum dipublikasikan
Meski begitu, bagi produsen komponen hal ini mungkin tidak mengejutkan. Menggunakan campuran gas yang dikalibrasi untuk penyesuaian awal adalah tahap desain standar
https://www.youtube.com/watch?v=vvzWaVvB908
Setiap model Raspberry Pi bernomor genap punya quirks menarik yang harus “diperbaiki” lewat perubahan perangkat keras
Pi 2 punya masalah reboot akibat flash kamera, sedangkan Pi 4 punya masalah banyak adaptor PD tidak bisa memasok daya karena kesalahan implementasi pada rangkaian pengisian USB-C
Saya masih punya dan memakai kedua model orisinal itu, tetapi cacat perangkat kerasnya hanya menjadi masalah dalam kondisi tertentu
Pi 5 punya kebutuhan 5V / 5A yang tidak biasa, tetapi selama tidak memakai aksesori USB berdaya tinggi dan punya adaptor daya yang layak, ia juga berjalan baik dengan 5V / 3A
Namun sejauh ini belum ada keanehan tingkat perangkat keras sebesar Pi 2/4
Jadi pertanyaannya adalah: di Pi 6, apa yang akan terjadi?
[1] https://hackaday.com/2019/07/16/exploring-the-raspberry-pi-4...
Semua model juga punya masalah umur microSD, dan PoE HAT juga bermasalah
Kesamaan semua model Pi adalah rangkaian daya onboard-nya cukup sederhana atau bahkan tidak ada
Seingat saya pernah melihat di suatu tempat bahwa ini mungkin terkait regulasi EU/UK. Isinya kira-kira karena kalau tidak begitu, board mentah tidak bisa dijual sebagai produk konsumen; saya penasaran apakah ada yang pernah membaca atau mendengar hal serupa
Kalau tidak salah, mereka membutuhkan jack dengan magnetics terintegrasi, tetapi komponen yang salah dipasang
Dibandingkan masa itu, perkembangannya sudah jauh sekali
Fakta menarik: efek semikonduktor sering kali bersifat reversibel
Light-emitting diode adalah panel surya yang tidak efisien, dan sebaliknya juga berlaku
Alasan ini relevan di sini adalah karena efek yang sama yang memungkinkan sambungan distimulasi dengan inframerah berintensitas tinggi juga dapat terjadi sebaliknya
Sambungan yang distimulasi memancarkan inframerah, dan jika paketnya cukup tipis, emisi itu bisa dideteksi
Dengan kamera yang tepat, secara teori Anda bahkan bisa merekam video sambungan tertentu yang aktif di dalam chip
Namun dalam praktiknya ini sulit karena efisiensi, dan saya tidak tahu berapa banyak foton yang dipancarkan satu sambungan per siklus clock, tetapi kemungkinan tidak banyak
Foton-foton itu harus keluar dari paket dan tertangkap sensor, jadi untuk mendapatkan sinyal yang berguna sepertinya chip harus dijalankan dengan overvoltage yang cukup besar atau clock-nya diturunkan
Jadi saya tidak tahu seberapa “fungsional” pengujian itu nantinya. Andai saya ingat nama perusahaan yang mencoba mengomersialkannya
Jika memikirkannya mulai dari generator, itu masuk akal, tetapi bagi saya yang pertama kali memakai motor DC “ke arah sebaliknya”, hal itu cukup berlawanan dengan intuisi
Ini mengingatkan saya pada masalah korupsi cache CPU SPARC yang menghabiskan banyak waktu saya di pekerjaan pertama
Penyebabnya adalah pengotor dalam packaging chip yang mengalami peluruhan radioaktif
Ada masalah yang sama ketika alat bantu dengar diberi penutup semi-transparan yang keren
Kalau sinar matahari masuk dari sudut tertentu atau flash menyala, muncul noise, tetapi tidak ada yang percaya
Saya teringat masalah aneh yang saya alami pada DV Cam yang saya bawa saat “tiger cruise”
tiger cruise adalah acara ketika keluarga dibawa naik ke kapal induk saat kapal pulang setelah menyelesaikan misi; kami ikut berlayar dari Honolulu ke San Diego
Saat berada di dek, video rusak setiap 3 detik, dan kami segera mengetahui bahwa waktunya persis bertepatan dengan putaran susunan radar
Kami menganggap penyebabnya semacam radiasi, lalu menyimpulkan bahwa jika ponsel dipegang miring sehingga bagian yang berisi baterai, yaitu logam berat, berada di antara susunan radar dan head magnetik, video tidak akan lagi terputus setiap 3 detik
Ternyata benar-benar berhasil
Thread HN saat itu: https://news.ycombinator.com/item?id=9015663
Ambang intensitas adalah kuncinya
Flash kamera LED biasa tidak menghasilkan cukup banyak foton, tetapi flash Xenon dan laser pointer cukup kuat untuk memicu malfungsi
Yang lebih menarik, efek ini membutuhkan energi bandgap tertentu dari silikon
Artinya, inframerah dan cahaya tampak berpotensi menimbulkan masalah, tetapi hanya pada intensitas ekstrem
Tulisan itu tampaknya mencampuradukkan intensitas dan panjang gelombang. Kecuali yang dimaksud adalah absorpsi multifoton nonlinier, itu hanya bisa dicapai dengan pulsa laser ultracepat yang kuat