Компьютеры EAFTC в космическом шасси. Изображение предоставлено NASA / Honeywell. нажмите, чтобы увеличить
К сожалению, излучение, которое пронизывает пространство, может вызвать такие глюки. Когда высокоскоростные частицы, такие как космические лучи, сталкиваются с микроскопической схемой компьютерных микросхем, они могут привести к ошибкам микросхем. Если из-за этих ошибок космический корабль улетит в неправильном направлении или нарушит систему жизнеобеспечения, это может быть плохой новостью.
Для обеспечения безопасности в большинстве космических миссий используются компьютерные чипы с радиационной стойкостью. «Рад-хард» чипы во многом отличаются от обычных чипов. Например, они содержат дополнительные транзисторы, которые требуют больше энергии для включения и выключения. Космические лучи не могут вызвать их так легко. Рад-хард-чипы продолжают делать точные вычисления, когда обычные чипы могут «сбиться».
НАСА полагается почти исключительно на эти сверхпрочные чипы, чтобы сделать компьютеры пригодными для использования в космосе. Но у этих нестандартных микросхем есть свои недостатки: они дорогие, требуют много энергии и работают медленнее - в 10 раз медленнее, чем эквивалентный процессор в современном настольном ПК.
Поскольку НАСА отправляет людей обратно на Луну и на Марс - см. «Видение для исследования космоса» - планировщики миссий хотели бы предоставить своим космическим кораблям больше вычислительной мощности.
Наличие большей вычислительной мощности на борту поможет космическому кораблю сохранить один из своих наиболее ограниченных ресурсов: пропускную способность. Пропускная способность, доступная для передачи данных обратно на Землю, часто является узким местом, а скорость передачи даже ниже, чем у старых модемов удаленного доступа. Если бы на борту могли «хрустеть» стопки необработанных данных, собранных датчиками космического корабля, ученые могли бы передавать только результаты, которые потребовали бы гораздо меньшую полосу пропускания.
На поверхности Луны или Марса исследователи могли бы использовать быстрые компьютеры для анализа своих данных сразу после их сбора, быстрого выявления областей, представляющих большой научный интерес, и, возможно, сбора большего количества данных до того, как упустится мимолетная возможность. Rovers также выиграют от дополнительного интеллекта современных процессоров.
Использование тех же недорогих, мощных чипов Pentium и PowerPC, которые есть в потребительских ПК, очень помогло бы, но для этого нужно решить проблему ошибок, связанных с излучением.
Здесь начинается проект НАСА под названием «Экологически адаптивные отказоустойчивые вычисления» (EAFTC). Исследователи, работающие над проектом, экспериментируют со способами использования потребительских процессоров в космических полетах. Их особенно интересуют «расстройства одного события», наиболее распространенный вид глюков, вызванных одиночными частицами радиации, нарастающими в микросхемы.
Член команды Рафаэль Некоторые из JPL объясняют: «Один из способов использования более быстрых процессоров-потребителей в космосе - просто иметь в три раза больше процессоров, сколько вам нужно: три процессора выполняют одинаковые вычисления и голосуют за результат. Если один из процессоров совершит радиационную ошибку, два других все равно согласятся, тем самым выиграв голос и получив правильный результат ».
Это работает, но часто это излишне, тратя драгоценное электричество и вычислительную мощность на тройную проверку вычислений, которые не являются критическими.
«Чтобы сделать это умнее и эффективнее, мы разрабатываем программное обеспечение, которое учитывает важность расчетов», - продолжает некоторые. «Если это очень важно, например, навигация, все три процессора должны голосовать. Если это менее важно, например, для измерения химического состава камня, может быть задействован только один или два процессора ».
Это всего лишь один из десятков методов исправления ошибок, которые EAFTC объединяет в один пакет. В результате достигается гораздо более высокая эффективность: без программного обеспечения EAFTC компьютер на базе потребительских ЦП нуждается в 100-200% избыточности для защиты от ошибок, вызванных излучением. (Избыточность 100% означает 2 ЦП; 200% означает 3 ЦП.) С EAFTC для такой же степени защиты требуется только 15-20% избыточности. Все это сэкономленное процессорное время можно использовать продуктивно.
«EAFTC не собирается заменять радиолокационные процессоры», - предупреждают некоторые. «Некоторые задачи, такие как жизнеобеспечение, настолько важны, что мы всегда хотим, чтобы их выполняли радиационно-стойкие чипы». Но со временем алгоритмы EAFTC могут снять часть нагрузки по обработке данных с этих микросхем, делая значительно большую вычислительную мощность доступной для будущих миссий.
Первое испытание EAFTC будет на борту спутника Space Technology 8 (ST-8). В рамках программы НАСА «Новое тысячелетие» ST-8 проведет летные испытания новых экспериментальных космических технологий, таких как EAFTC, что позволит с большей уверенностью использовать их в будущих миссиях.
Спутник, намеченный к запуску в 2009 году, будет снимать радиационные пояса Ван Аллена во время каждой из его эллиптических орбит, испытывая EAFTC в этой среде с высокой радиацией, подобной глубокому космосу.
Если все пойдет хорошо, космические зонды, путешествующие по всей солнечной системе, могут вскоре использовать те же микросхемы, что и на вашем настольном ПК, - но без сбоев.
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
