Υπολογιστές EAFTC σε διαστημικό πλαίσιο πτήσης. Πιστωτική εικόνα: NASA / Honeywell. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Δυστυχώς, η ακτινοβολία που διαπερνά το χώρο μπορεί να προκαλέσει τέτοιες δυσλειτουργίες. Όταν τα σωματίδια υψηλής ταχύτητας, όπως οι κοσμικές ακτίνες, συγκρούονται με το μικροσκοπικό κύκλωμα των τσιπ υπολογιστή, μπορούν να προκαλέσουν σφάλματα στα τσιπ. Εάν αυτά τα σφάλματα στείλουν το διαστημικό σκάφος που πετάει προς τη λάθος κατεύθυνση ή διαταράξουν το σύστημα υποστήριξης της ζωής, θα μπορούσε να είναι άσχημα νέα.
Για να διασφαλιστεί η ασφάλεια, οι περισσότερες διαστημικές αποστολές χρησιμοποιούν τσιπ υπολογιστών με ακτινοβολία. Οι μάρκες "Rad-hard" είναι αντίθετες με τις συνηθισμένες μάρκες με πολλούς τρόπους. Για παράδειγμα, περιέχουν επιπλέον τρανζίστορ που χρειάζονται περισσότερη ενέργεια για ενεργοποίηση και απενεργοποίηση. Οι κοσμικές ακτίνες δεν μπορούν να τις προκαλέσουν τόσο εύκολα. Τα σκληρά τσιπ συνεχίζουν να κάνουν ακριβείς υπολογισμούς όταν οι συνηθισμένες μάρκες ενδέχεται να «δυσλειτουργούν».
Η NASA βασίζεται σχεδόν αποκλειστικά σε αυτά τα εξαιρετικά ανθεκτικά τσιπ για να καταστήσει τους υπολογιστές άξιες χώρου. Ωστόσο, αυτά τα ειδικά κατασκευασμένα τσιπ έχουν κάποια μειονεκτήματα: Είναι ακριβά, πεινασμένα για ενέργεια και αργά - έως και 10 φορές πιο αργά από μια αντίστοιχη CPU σε έναν σύγχρονο επιτραπέζιο υπολογιστή για καταναλωτές.
Με τη NASA να στέλνει τους ανθρώπους πίσω στο φεγγάρι και στον Άρη - δείτε το όραμα για την εξερεύνηση του διαστήματος - οι σχεδιαστές αποστολής θα ήθελαν να δώσουν στο διαστημικό σκάφος τους περισσότερη υπολογιστική ιπποδύναμη.
Έχοντας περισσότερη υπολογιστική ισχύ επί του σκάφους θα βοηθούσε το διαστημικό σκάφος να διατηρήσει έναν από τους πιο περιορισμένους πόρους τους: το εύρος ζώνης. Το εύρος ζώνης που διατίθεται για την ακτινοβολία δεδομένων πίσω στη Γη είναι συχνά ένα σημείο συμφόρησης, με ταχύτητες μετάδοσης ακόμη πιο αργές από τα παλιά μόντεμ μέσω τηλεφώνου. Εάν οι δέσμες ανεπεξέργαστων δεδομένων που συλλέχθηκαν από τους αισθητήρες του διαστημικού σκάφους θα μπορούσαν να «καταστραφούν» στο πλοίο, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να επιστρέψουν μόνο τα αποτελέσματα, τα οποία θα είχαν πολύ μικρότερο εύρος ζώνης.
Στην επιφάνεια του φεγγαριού ή του Άρη, οι εξερευνητές θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν γρήγορους υπολογιστές για να αναλύσουν τα δεδομένα τους αμέσως μετά τη συλλογή τους, προσδιορίζοντας γρήγορα περιοχές υψηλού επιστημονικού ενδιαφέροντος και ίσως συλλέγοντας περισσότερα δεδομένα πριν περάσει μια φευγαλέα ευκαιρία. Οι Rovers θα επωφεληθούν επίσης από την επιπλέον ευφυΐα των σύγχρονων CPU.
Η χρήση των ίδιων φθηνών, ισχυρών τσιπ Pentium και PowerPC που βρέθηκαν σε υπολογιστές καταναλωτών θα βοηθούσε πάρα πολύ, αλλά για να γίνει αυτό, το πρόβλημα των σφαλμάτων που προκαλούνται από ακτινοβολία πρέπει να λυθεί.
Εδώ έρχεται ένα έργο της NASA με την ονομασία Environmental Adaptive Fault-Tolerant Computing (EAFTC). Ερευνητές που εργάζονται στο έργο πειραματίζονται με τρόπους χρήσης CPU καταναλωτών σε διαστημικές αποστολές. Ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για "απλή αναστάτωση γεγονότων", το πιο συνηθισμένο είδος δυσλειτουργιών που προκαλούνται από μεμονωμένα σωματίδια ακτινοβολίας που συνδέονται με μάρκες.
Μέλος της ομάδας Raphael Μερικά από τα JPL εξηγούν: «Ένας τρόπος για να χρησιμοποιήσετε γρηγορότερα, οι καταναλωτές CPU στο διάστημα είναι απλά να έχετε τρεις φορές περισσότερες CPU όπως χρειάζεστε: Οι τρεις CPU εκτελούν τον ίδιο υπολογισμό και ψηφίζουν για το αποτέλεσμα. Εάν μία από τις CPU κάνει λάθος που προκαλείται από ακτινοβολία, οι άλλοι δύο θα συνεχίσουν να συμφωνούν, κερδίζοντας έτσι την ψηφοφορία και δίνοντας το σωστό αποτέλεσμα. "
Αυτό λειτουργεί, αλλά συχνά είναι υπερβολικό, σπαταλά πολύτιμο ηλεκτρικό ρεύμα και υπολογιστική ισχύ σε τριπλούς ελέγχους που δεν είναι κρίσιμοι.
"Για να το κάνουμε πιο έξυπνο και πιο αποτελεσματικό, αναπτύσσουμε λογισμικό που ζυγίζει τη σημασία ενός υπολογισμού", συνεχίζει ορισμένοι. "Αν είναι πολύ σημαντικό, όπως η πλοήγηση, και οι τρεις CPU πρέπει να ψηφίσουν. Εάν είναι λιγότερο σημαντικό, όπως η μέτρηση της χημικής σύνθεσης ενός βράχου, μπορεί να εμπλέκονται μόνο μία ή δύο CPU. "
Αυτή είναι μόνο μία από τις δεκάδες τεχνικές διόρθωσης σφαλμάτων που ο EAFTC συγκεντρώνει σε ένα μόνο πακέτο. Το αποτέλεσμα είναι πολύ καλύτερη απόδοση: Χωρίς το λογισμικό EAFTC, ένας υπολογιστής που βασίζεται σε CPU καταναλωτών χρειάζεται πλεονασμό 100-200% για προστασία από σφάλματα που προκαλούνται από ακτινοβολία. (100% πλεονασμός σημαίνει 2 CPU, 200% σημαίνει 3 CPU.) Με τον EAFTC, απαιτείται μόνο πλεονασμός 15-20% για τον ίδιο βαθμό προστασίας. Όλος αυτός ο εξοικονομημένος χρόνος CPU μπορεί να χρησιμοποιηθεί παραγωγικά.
«Το EAFTC δεν πρόκειται να αντικαταστήσει σκληρούς επεξεργαστές», προειδοποιεί ορισμένοι. "Ορισμένες εργασίες, όπως η υποστήριξη ζωής, είναι τόσο σημαντικές που θα θέλουμε πάντα να τα τρέχουν τσιπ με ακτινοβολία." Αλλά, εν ευθέτω χρόνω, οι αλγόριθμοι EAFTC ενδέχεται να πάρουν μέρος της φόρτωσης επεξεργασίας δεδομένων από αυτά τα τσιπ, καθιστώντας την πολύ μεγαλύτερη ισχύ υπολογιστών διαθέσιμη σε μελλοντικές αποστολές.
Η πρώτη δοκιμή του EAFTC θα πραγματοποιηθεί σε δορυφόρο που ονομάζεται Space Technology 8 (ST-8). Μέρος του Προγράμματος Νέας Χιλιετίας της NASA, το ST-8 θα δοκιμάσει πτήσεις νέων, πειραματικών διαστημικών τεχνολογιών όπως το EAFTC, καθιστώντας δυνατή τη χρήση τους σε μελλοντικές αποστολές με μεγαλύτερη εμπιστοσύνη.
Ο δορυφόρος, που έχει προγραμματιστεί για εκτόξευση το 2009, θα απομακρύνει τους ιμάντες ακτινοβολίας Van Allen κατά τη διάρκεια καθεμιάς από τις ελλειπτικές τροχιές του, δοκιμάζοντας το EAFTC σε αυτό το περιβάλλον υψηλής ακτινοβολίας παρόμοιο με το βαθύ διάστημα.
Αν όλα πάνε καλά, οι διαστημικοί ανιχνευτές που διατρέχουν το ηλιακό σύστημα ενδέχεται σύντομα να χρησιμοποιούν τα ίδια ίδια τσιπ που βρέθηκαν στον επιτραπέζιο υπολογιστή σας - χωρίς τις δυσλειτουργίες.
Αρχική πηγή: Δελτίο Τύπου της NASA
