Решение радиационных проблем стало «поворотным моментом в истории космической электроники»
Фобос-Грунт , один из самых амбициозных космических проектов в современной России, упал в океан в начале 2012 года.
Этот космический корабль должен был приземлиться на поверхность разрушенного марсианского спутника Фобоса, собрать образцы почвы и доставить их обратно на Землю.
Но вместо этого он беспомощно дрейфовал несколько недель.
низкая околоземная орбита (LEO) из-за отказа бортового компьютера перед запуском двигателей, которые должны были отправить корабль в сторону Марса.
В последующем отчет Российские власти обвинили в этом тяжелые заряженные частицы галактических космических лучей, которые столкнулись с чипами SRAM и вызвали выход чипа из строя из-за протекания через него чрезмерного тока.
Чтобы справиться с этой проблемой, два процессора, работающие в компьютере ЦВМ22, инициировали перезагрузку.
После этого зонд перешел в безопасный режим ожидания команд с Земли.
К сожалению, инструкции так и не пришли.
Антенны связи должны были выйти на проектный режим работы после выхода корабля на НОО.
Однако никто не предвидел провала, который помешал бы зонду дойти до этой стадии.
После столкновения с частицами «Фобос-Грунт» оказался в странной тупиковой ситуации.
Запуск бортовых двигателей должен был вызвать развертывание антенн.
Запустить двигатели можно было только по команде с Земли.
Но эту команду принять не удалось, поскольку антенны не были развернуты.
Компьютерная ошибка привела к провалу миссии, которую создавали десятилетиями.
В частности, в недосмотре виноваты члены команды НКО.
Лавочкин, производитель устройства.
Во время разработки было проще перечислить, что работало на их компьютере, чем то, что не работало.
Но каждая маленькая ошибка, которую они допустили, была жестоким напоминанием о том, что разработка компьютеров космического уровня чрезвычайно трудна.
Сделайте одну ошибку, и миллиарды долларов будут потеряны.
Те, кто занимался разработкой, просто сильно недооценили трудности эксплуатации компьютеров в космосе.
Почему так медленно?
Curiosity, всеми любимый марсоход, работает на двух процессорах BAE RAD750 с тактовой частотой до 200 МГц.Он имеет 256 МБ оперативной памяти и SSD на 2 ГБ.
В 2020 году RAD750 станет самым передовым одноядерным процессором космического класса.
Это лучшее, что мы можем сегодня отправить в глубокий космос.
Но, к сожалению, по сравнению со смартфоном в нашем кармане производительность RAD750 может вызвать только сожаление.
Его конструкция основана на процессоре PowerPC 750, который IBM и Motorola представили в 1997 году как конкурента Intel Pentium II. Это означает, что самое технологически продвинутое космическое оборудование, доступное сегодня в космосе, вполне может без проблем запустить первый Starcraft (1998 г.
), но столкнется с проблемами перед лицом чего-то более требовательного в вычислительном отношении.
Забудьте об игре в Crysis on Mars. При этом RAD750 стоит около $200 000. Разве ты не можешь просто бросить туда iPhone и положить конец? По производительности iPhone на несколько поколений опережает RAD750 и стоит всего 1000 долларов за штуку, что намного меньше 200 000 долларов.
Примерно это и попыталась сделать команда «Фобос-Грунт».
Они пытались увеличить скорость и сэкономить, но в итоге зашли слишком далеко.
Микросхема памяти SRAM в «Фобос-Грунте», пострадавшая от тяжелых заряженных частиц, получила маркировку WS512K32V20G24M. Он был хорошо известен в космической отрасли, поскольку в 2005 году эти чипы проверено в ускорителе частиц Брукхейвенской национальной лаборатории Т.
Пейдж и Дж.
Бенедетто, чтобы проверить, как они ведут себя под воздействием радиации.
Исследователи описали эти чипы как «чрезвычайно уязвимые», и сбои происходили даже при минимальной потребляемой мощности, доступной в Брукхейвене.
Результат не удивил, поскольку WS512K32V20G24M не предназначался для космоса.
Они были разработаны для военной авиации.
Однако их было проще найти и они дешевле чипов памяти космического класса, поэтому разработчики «Фобос-Грунт» решили воспользоваться ими.
«Открытие различных типов излучения в космосе стало одним из главных поворотных моментов в истории космической электроники, наряду с пониманием влияния этого излучения на электронику и разработкой технологий для упрочнения чипов и уменьшения повреждений», — говорит Тайлер Лавли.
, научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории ВВС.
Основными источниками этого излучения являются космические лучи, солнечные процессы и пояса протонов и электронов, расположенные на границе магнитного поля Земли, известные как Радиационный пояс Ван Аллена .
Из частиц, сталкивающихся с атмосферой Земли, 89% составляют протоны, 9% — альфа-частицы, 1% — более тяжелые ядра и 1% — свободные электроны.
Их энергия может достигать 10 19 эВ.
Использование чипов, не пригодных для космоса, в зонде, который должен путешествовать в космосе в течение нескольких лет, напрашивается на неприятности.
В газете «Красная Звезда» написал что 62% чипов, использованных на «Фобос-Грунте», не предназначались для использования в космосе.
62% схемы зонда состояли из позиции «давайте вкрутим сюда iPhone».
Радиация становится проблемой
Сегодня космические лучи являются одним из ключевых факторов, учитываемых при создании компьютеров космического класса.Но так было не всегда.
Первый компьютер отправился в космос на борту одного из космических кораблей «Джемини» в 1960-х годах.
Чтобы получить разрешение на полет, машине пришлось пройти более сотни различных испытаний.
Инженеры проверили, как он ведет себя в условиях вибрации, вакуума, экстремальных температур и так далее.
Ни один из этих тестов не учитывал радиационное воздействие.
И тем не менее, бортовой компьютер «Джемини» работал вполне исправно, без каких-либо проблем.
И все потому, что он был слишком большим, чтобы отказаться.
Буквально.
В коробке вмещалось целых 19,5 КБ памяти.
.
А весь компьютер весил 26 кг.
В компьютерной индустрии прогресс процессоров обычно связан с меньшими размерами компонентов и более высокими тактовыми частотами.
В современных смартфонах мы делали транзисторы все меньше и меньше: от 240 нм до 65 нм, затем до 14 нм, а уже до 7 нм.
Чем меньше транзистор, тем меньшее напряжение требуется для его включения и выключения.
Поэтому старые процессоры с крупными компонентами практически не подвергались воздействию радиации – точнее, не подвергались воздействию т.н.
Напряжение, создаваемое столкновением частиц, было слишком мало, чтобы повлиять на работу достаточно большого компьютера.
Но когда исследователи космоса начали уменьшать размеры компонентов, чтобы разместить на чипе больше транзисторов, напряжения, создаваемого частицами, стало достаточно, чтобы вызвать проблемы.
Инженеры также обычно повышают тактовую частоту, чтобы улучшить производительность процессора.
Intel 386SX, управлявший автоматикой в кабине управления шаттлом, работал на частоте 20 МГц.
Современные процессоры могут достигать пиковой частоты до 5 ГГц.
Тактовая частота определяет количество циклов обработки, которые процессор способен выполнить за единицу времени.
Проблема с излучением заключается в том, что столкновение с частицей может на короткий период времени повредить данные, находящиеся в памяти процессора (кэш L1 или L2).
Оказывается, в любую секунду заряженная частица имеет ограниченное количество возможностей создавать проблемы.
В процессорах с низкой тактовой частотой эта сумма была совсем небольшой.
Но по мере увеличения частоты количество таких раз в секунду увеличивалось, что делало процессоры более чувствительными к излучению.
Поэтому процессоры с повышенной радиационной стойкостью практически всегда медленнее коммерческих аналогов.
Основная причина того, что космические процессоры работают так медленно, заключается в том, что почти каждая технология, способная ускорить их работу, делает их более уязвимыми.
К счастью, есть обходной путь для этой проблемы.
Борьба с радиацией
«Раньше радиационное воздействие сводилось к минимуму за счет изменения процесса изготовления полупроводников», — говорит Роланд Вейганд, инженер VISI/ASIC Европейского космического агентства.«Достаточно было взять коммерческое процессорное ядро и применить к нему процесс, повышающий радиационную стойкость».
В этой технологии радиационной защиты использовались такие материалы, как сапфир или арсенид галлия, которые не реагировали на радиацию так сильно, как кремний.
Изготовленные таким образом процессоры хорошо работали в средах с высоким уровнем радиации, например в космосе, но их производство требовало переоснащения целого завода.
«Для повышения производительности нам приходилось использовать все более совершенные процессоры.
Учитывая стоимость современного завода по производству полупроводников, индивидуальные изменения производственного процесса больше не практичны для такого нишевого рынка, как космос», — говорит Вейганд. В конечном итоге это вынудило инженеров использовать коммерческие процессоры, чувствительные к одиночным помехам.
«Чтобы уменьшить этот эффект, нам пришлось перейти к другим технологиям для улучшения радиационной стойкости — к тому, что мы называем инженерной радиационной защитой», — добавляет Вейганд. Защита конструкции позволила производителям использовать стандартный процесс производства КМОП.
Такие процессоры космического уровня можно было бы производить на коммерческих заводах, что снизит их стоимость до разумного уровня и позволит разработчикам космических миссий немного догнать коммерческие предложения.
С радиацией боролись с помощью инженерного гения, а не только физических свойств материала.
«Например, тройное модульное резервирование (TMR) — один из самых популярных способов защиты от радиации чипа, который в остальном является совершенно стандартным», — пояснил Вейганд. – В памяти всегда хранятся три идентичные копии каждого фрагмента информации.
На этапе чтения читаются все три и по большинству выбирается правильный вариант».
Если все три копии одинаковы, информация считается верной.
То же самое делается, когда два экземпляра одинаковы, а один отличается от них – большинством голосов выбирается правильный экземпляр.
Но когда все три копии разные, система регистрирует ошибку.
Идея состоит в том, чтобы хранить одну и ту же информацию по трем разным адресам памяти, расположенным в трех разных местах чипа.
Чтобы испортить данные, двум частицам придется одновременно столкнуться с местами, где хранятся две копии одной и той же информации, что крайне маловероятно.
Недостатком такого подхода является наличие избыточной работы процессора.
Каждую операцию ему нужно проделать трижды, а это значит, что он достигнет лишь трети своей скорости.
Так возникла новейшая идея еще больше приблизить производительность процессоров космического класса к коммерческим аналогам.
Вместо радиационной защиты всей системы на кристалле инженеры решают, где защита наиболее актуальна.
И где от этого можно отказаться? Это существенно меняет приоритеты проектирования.
Старые космические процессоры были нечувствительны к радиации.
Новые процессоры чувствительны к нему, но они спроектированы таким образом, чтобы автоматически устранять любые ошибки, которые может вызвать радиация.
Например, LEON GR740 — новейший европейский процессор космического класса.
Ожидается, что на геостационарной орбите Земли он будет испытывать 9 одиночных возмущений в день.
Фишка в том, что все они будут содержаться системой и не приведут к ошибкам в работе.
GR740 сконструирован таким образом, что функциональная ошибка возникает не чаще одного раза в 300 лет. И даже в этом случае он может просто перезагрузиться.
Европа выбирает открытость
Линейка процессоров космического класса LEON с архитектурой SPARC является наиболее популярным выбором в Европе для космических приложений.«В 90-х годах, когда была выбрана спецификация SPARC, она была очень широко принята в отрасли», — говорит Вейганд. «Компания Sun Microsystems использовала его на своих успешных рабочих станциях».
По его словам, ключевыми причинами перехода на SPARC стали существовавшая на тот момент программная поддержка и открытость платформы.
«Открытая архитектура означала, что каждый мог использовать ее без проблем с лицензированием.
Это было важно, потому что в такой узкой нише, как космос, стоимость лицензий распределяется между небольшим количеством устройств, что серьёзно увеличивает их стоимость», — поясняет он.
В результате ЕКА на собственном горьком опыте узнало о вопросах лицензирования.
Первый европейский космический процессор SPARC, ERC32, который используется до сих пор, использовал коммерческие процессоры.
Он был основан на открытой архитектуре, но конструкция процессора была собственной разработки.
«Это привело к проблемам.
Доступа к исходному коду фирменных систем обычно нет, поэтому вносить в конструкцию изменения, необходимые для улучшения радиационной защиты, сложно», — говорит Вейганд. Поэтому следующим шагом ЕКА стало начало работы над собственным процессором LEON. «Его конструкция находилась полностью под нашим контролем, и мы наконец смогли использовать все технологии радиационной защиты, которые хотели».
Последней разработкой в линейке процессоров LEON является четырехъядерный процессор GR740, работающий на частоте около 250 МГц.
(Вейганд говорит, что ожидает, что первые партии оборудования будут поставлены к концу 2019 года.
) GR740 изготовлен по техпроцессу 65 нм .
Это система на кристалле, предназначенная для высокоскоростных вычислений общего назначения на базе архитектуры SPARC32. «Целью создания GR740 было достижение большей производительности и возможности добавления дополнительных устройств в интегральную схему, сохраняя при этом совместимость с предыдущими европейскими процессорами космического класса», — говорит Вейганд. Еще одной особенностью GR740 является усовершенствованная система отказоустойчивости.
Процессор может обрабатывать значительное количество ошибок, вызванных радиацией, и при этом обеспечивать бесперебойную работу программного обеспечения.
Каждый блок и функция GR740 оптимизированы для максимальной скорости.
Это означает, что компоненты, чувствительные к одиночным возмущениям, соседствуют с другими, которые легко с ними справляются.
Все чувствительные компоненты используются в схеме, которая снижает влияние ошибок за счет резервирования.
Например, некоторые триггеры GR740 представляют собой обычные коммерческие CORELIB FF. Они были выбраны для использования на этом чипе, поскольку занимают меньше места, тем самым увеличивая плотность вычислений.
Недостатком является то, что они чувствительны к одиночным помехам, но это удалось решить с помощью блоков TMI. Каждый фрагмент информации, считываемый с этих триггеров, подтверждается голосованием между всеми модулями, расположенными достаточно далеко, чтобы одно событие не затрагивало несколько битов.
Аналогичные схемы реализованы для кэшей процессора L1 и L2, состоящих из ячеек SRAM, также подверженных одиночным возмущениям.
Когда такие схемы стали слишком сильно влиять на производительность, инженеры ESA перешли на устойчивые к помехам триггеры SKYROB. Однако они занимают вдвое больше места, чем CORELIB. Пытаясь увеличить вычислительную мощность компьютеров в космосе, всегда приходится идти на некоторые компромиссы.
На данный момент GR740 с честью прошел несколько радиационных испытаний.
Чип подвергся бомбардировке тяжелыми ионами с линейная передача энергии (LP?), достигающая 125 МэВ*см.
2 /mg, и они работали без единого сбоя.
Чтобы было с чем сравнить, те же самые микросхемы SRAM, из-за которых «Фобос-Грунт» выходили из строя при попадании частиц из ЛП? всего около 0,375 МэВ*см 2 /мг.
GR740 выдержал радиацию в 300 раз более сильную.
Помимо почти полной невосприимчивости к одиночным помехам, GR740 может поглощать до 300 крад радиации в течение своего срока службы.
В ходе тестов команда Вейганда даже облучила один из процессоров до 293 крад, но, несмотря на это, чип работал как обычно, не проявляя никаких признаков деградации.
И тем не менее, испытания, показывающие истинную максимальную дозу ионизации, которую способен получить GR740, еще не проводились.
Все эти цифры вместе говорят о том, что этот процессор, работающий на геостационарной околоземной орбите, должен выдавать одну функциональную ошибку каждые 350 лет. На низкой орбите этот период увеличивается до 1310 лет. И даже такие ошибки не убьют GR740. Ему просто придется перезагрузиться.
Америка выбирает запатентованные решения
«Аэрокосмические процессоры, разрабатываемые в США, традиционно основываются на запатентованных технологиях, таких как PowerPC, потому что у людей больше опыта работы с ними, и они поддерживаются всеми видами программного обеспечения», — говорит Лавли из Исследовательских лабораторий ВВС США.В конце концов, история космических вычислений началась с цифровых процессоров, разработанных IBM для миссий «Джемини» в 1960-х годах.
А IBM работала с собственными технологиями.
По сей день процессоры BAE RAD базируются на базе PowerPC, которая родилась благодаря работе консорциума IBM, Apple и Motorola. Процессоры, которыми питались бортовые компьютеры космического корабля «Шаттл» и телескопа «Хаббл», были основаны на архитектуре x86, представленной Intel. И PowerPC, и x86 были запатентованными технологиями.
Продолжая эту традицию, новейший проект в этой области также основан на фирменной технологии.
Высокоскоростной компьютер для космических полетов ( HPSC ) отличается от PowerPC и x86 тем, что последние были более известны как настольные процессоры.
HPSC основан на архитектуре ARM, которая сегодня используется в большинстве смартфонов и планшетов.
HPSC был разработан НАСА, Исследовательской лабораторией ВВС США и компанией Boeing, которая отвечала за производство.
HPSC основан на четырехъядерных процессорах ARM Cortex A53. Он будет иметь два таких процессора, соединенных шиной AMBA, в результате чего получится восьмиядерная система.
Таким образом, его производительность будет где-то на уровне смартфонов среднего класса 2018 года, таких как Samsung Galaxy J8, или плат для разработки, таких как HiKey Lemaker или Raspberry Pi. Правда, эти показатели приведены перед радиационной защитой – это снизит ее производительность более чем вдвое.
Однако нам больше не придется читать печальные заголовки о том, что 200 процессоров марсохода Curiosity не догонят ни одного iPhone. После запуска HPSC для достижения производительности iPhone потребуются всего три или четыре таких чипа.
«Поскольку у нас пока нет под рукой настоящего HPSC для тестирования, мы можем только делать обоснованные предположения о его производительности», — говорит Лавли.
Первым тщательно изученным параметром была тактовая частота.
Коммерческие восьмиядерные процессоры Cortex A53 обычно работают на частотах от 1,2 ГГц (в случае HiKey Lemaker) до 1,8 ГГц (например, Snapdragon 450).
Чтобы оценить, какой будет тактовая частота HPSC после радиационной защиты, Лавли в сравнении различные процессоры космического уровня с их коммерческими аналогами.
«Мы подумали, что было бы разумно ожидать аналогичного снижения производительности», — говорит он.
Лавли оценил тактовую частоту HPSC в 500 МГц.
И все же это будет исключительно высокая скорость для чипа космического класса.
Если эта частота действительно будет такой, то HPSC станет рекордсменом по тактовой частоте среди процессоров космического класса.
Однако увеличение вычислительной мощности и тактовой частоты в космосе обычно приводит к серьезным проблемам.
На сегодняшний день самым мощным процессором, защищенным от радиации, является БАЕ RAD5545 .
Это 64-битная четырехъядерная машина, выполненная по техпроцессу 45 нм, работающая на тактовой частоте 466 МГц и рассеиваемой мощности до 20 Вт; и 20 Вт вполне прилично.
Четырехъядерный процессор i5 в 13-дюймовом MacBook Pro 2018 рассеивает 28 Вт. Он способен нагревать алюминиевый корпус до очень высоких температур, вплоть до того, что это начинает доставлять проблемы пользователям.
При высоких вычислительных нагрузках вентиляторы сразу включаются для охлаждения.
вся система.
Вот только в космосе вентиляторы вообще не помогут, так как нет воздуха, который мог бы обдувать горячую микросхему.
Единственный возможный способ отвести тепло от космического корабля - через излучение, а это требует времени.
Тепловые трубки помогут отвести тепло от процессора, но это тепло, в конце концов, должно куда-то уходить.
Более того, некоторые миссии имеют очень ограниченный бюджет мощности и просто не могут позволить себе такие мощные процессоры, как RAD5545. Поэтому европейский GR740 имеет мощность.
рассеивание всего 1,5 Вт. Это не самый быстрый из доступных, но самый эффективный.
Он просто дает вам максимальный объем вычислений на ватт с рассеиванием 10 Вт. Это второе место, но не всегда.
«Каждое ядро HPSC имеет свой собственный поток инструкций, несколько потоков данных, ОКМД (Одна инструкция и несколько данных, SIMD).
Технология SIMD часто используется в коммерческих настольных и мобильных компьютерах с 90-х годов.
Это помогает процессорам лучше обрабатывать изображение и звук в видеоиграх.
Допустим, нам нужно осветлить картинку.
В нем много пикселей, и каждый из них имеет яркость, которую нужно увеличить в два раза.
Без ОКМД процессору пришлось бы производить все это суммирование последовательно, по одному пикселю за раз.
С помощью ОКМД эту задачу можно распараллелить.
Процессор берет несколько точек данных — значения яркости всех пикселей изображения — и выполняет над ними одну и ту же инструкцию, добавляя к ним одновременно две.
А поскольку процессор Cortex A53 был разработан для смартфонов и планшетов, обрабатывающих большие объемы медиаконтента, HPSC способен и на это.
«Это особенно полезно для таких задач, как сжатие, обработка изображений или стереовидение», — говорит Лавли.
«В приложениях, которые не используют эту возможность, HPSC работает немного лучше, чем GR740 и другие быстрые космические процессоры.
Но когда его можно использовать, чип серьезно опережает своих конкурентов».
Возвращение научной фантастики в освоение космоса
Американские разработчики чипов тяготеют к более мощным, но в то же время и более энергоемким процессорам, поскольку миссии НАСА, как роботизированные, так и пилотируемые, имеют тенденцию быть более масштабными, чем их европейские коллеги.В обозримом будущем в Европе нет планов по отправке людей или марсоходов размером с автомобиль на Луну или Марс.
Сегодня ЕКА концентрируется на зондах и спутниках, обычно работающих с ограниченным бюджетом энергии, поэтому выбор чего-то более легкого и очень энергоэффективного, такого как GR740, имеет больше смысла.
HPSC изначально был разработан для реализации порой научно-фантастических амбиций НАСА.
Например, в 2011 году Программа развития, меняющая правила игры НАСА, заказала исследование того, как будут выглядеть компьютерные запросы в космосе через 15-20 лет. Команда экспертов из различных агентских центров составила список задач, которые могут быть решены с помощью передовых процессоров в пилотируемых и роботизированных миссиях.
Одной из первых проблем, которые они выявили, был постоянный контроль за состоянием оборудования.
Эта задача сводится к наличию датчиков, постоянно контролирующих состояние ответственных компонентов.
Для получения высокочастотных данных от всех этих датчиков требуются быстрые процессоры.
Медленный компьютер, возможно, справится с задачей, если данные поступят к нему где-то раз в 10 минут, но если вам нужно проверять все оборудование несколько раз в секунду, чтобы добиться эффективности, напоминающей мониторинг в реальном времени, ваш процессор должен работать очень быстро.
.
Все это необходимо разработать так, чтобы астронавты могли сидеть перед панелью управления, отображающей реальное состояние корабля, способной выдавать голосовые предупреждения и красивую графику.
Для поддержки такой графики также необходимы быстрые компьютеры.
Однако научно-фантастические цели не ограничиваются кабинами.
Астронавты, исследующие другие миры, скорее всего, будут иметь в своих шлемах системы дополненной реальности.
Их окружение будет улучшено с помощью компьютерного видео, звуков и данных GPS. Теоретически дополненная реальность повысит эффективность исследователей, отмечая области, которые стоит изучить, и предупреждая о потенциально опасных ситуациях.
Конечно, интеграция дополненной реальности в шлем — лишь одна из нескольких возможностей.
Другие варианты, упомянутые в исследовании, включали портативные устройства, такие как смартфоны, и что-то, что неопределенно называют «другими возможностями дисплея».
Такие вычислительные прорывы потребуют более быстрых процессоров космического уровня.
Такие процессоры также должны улучшить роботизированные миссии.
Один из основных примеров – посадка растений на сложном участке ландшафта.
Выбор места для приземления — это всегда компромисс между безопасностью и научной ценностью.
Самое безопасное место — на ровной местности без камней, холмов, долин и обнажений.
С научной точки зрения наиболее интересным местом будет геологически разнообразное, а значит обилие скал, холмов, долин и обнажений.
Одним из способов решения этой проблемы является т. н.
Навигация по местности (ТБН).
Оснащенные системой HOM вездеходы смогут распознавать важные знаки, видеть потенциальную опасность и избегать ее, а это позволит сузить радиус приземления до 100 м.
Проблема в том, что современные процессоры космического класса слишком медленны, чтобы обрабатывать изображения с такой скоростью.
Команда НАСА провела тест производительности NOM на RAD 750 и обнаружила, что обновление с одной камеры занимает около 10 секунд. К сожалению, если вы упадете на поверхность Марса, 10 секунд — это большой срок.
Для посадки вездехода на площадку радиусом 100 м обновления с камеры должны обрабатываться каждую секунду.
Чтобы точно приземлиться на метровую площадку, вам понадобится 10 обновлений в секунду.
Другие вычислительные пожелания НАСА включают в себя алгоритмы, которые могут предсказывать надвигающиеся катастрофы на основе показаний датчиков, интеллектуальное планирование, расширенную автономность и многое другое.
Все это находится за пределами возможностей нынешних процессоров космического класса.
Поэтому в исследовании инженеры НАСА приводят свои оценки вычислительной мощности, необходимой для поддержки подобных задач.
Они обнаружили, что для мониторинга состояния корабля и посадки в сложных условиях потребуется от 10 до 50 GOPS (гигаопераций в секунду).
Футуристические научно-фантастические летные консоли с модными дисплеями и ультрасовременной графикой потребуют 50–100 GOPS. То же самое касается шлемов дополненной реальности или других устройств; они также потребляют от 50 до 100 GOPS. В идеале будущие космические процессоры смогут легко поддерживать все эти конструкции.
Сегодня HPSC, работающий при рассеиваемой мощности от 7 до 10 Вт, способен выдавать 9-15 GOPS. Это уже сделало бы возможной экстремальную посадку, но HPSC спроектирован так, что этот показатель может значительно увеличиться.
Во-первых, в эти 15 ГОПС не включены преимущества производительности, полученные от ОКМД.
Во-вторых, этот процессор может работать совместно с другими HPSC и внешними устройствами, например, специализированными процессорами FPGA или GPU. Таким образом, будущий космический корабль может иметь несколько распределенных процессоров, работающих параллельно, а специализированные чипы смогут выполнять конкретные задачи, такие как обработка изображений или сигналов.
Независимо от того, куда направляются мечты человечества о глубоком космосе, инженеры уже знают, где находятся нынешние вычислительные мощности.
LEON GR740 должен поступить в распоряжение ЕКА позднее в этом году, и после прохождения нескольких дополнительных испытаний он должен быть готов к полету в 2020 году.
Фаза производства HPSC, в свою очередь, должна начаться в 2012 году и закончиться в 2022 году.
Испытания должны займет несколько месяцев в 2022 году.
НАСА должно иметь готовые к использованию чипы HPSC к концу 2022 года.
Это означает, что, не принимая во внимание другие факторы, осложняющие прогресс, по крайней мере, космический кремний движется в будущее со скоростью, которая позволит ему подготовиться к возвращению.
людей на Луну к 2024 году.
Теги: #Космос #НАСА #Процессоры #GR740 #HPSC
-
Ошибки С++20. Итоги Встречи В Белфасте
19 Oct, 24
