EAFTC-tietokoneet avaruusvalmiissa lentorungossa. Kuvahyvitys: NASA / Honeywell. Klikkaa suurentaaksesi
Valitettavasti tilaa läpäisevä säteily voi laukaista tällaisia häiriöitä. Kun suurten nopeuksien hiukkaset, kuten kosmiset säteet, törmäävät tietokonepiirien mikroskooppiseen piiriin, ne voivat aiheuttaa siruihin virheitä. Jos nämä virheet lähettävät avaruusaluksen lentämään väärään suuntaan tai häiritsevät elämän tukijärjestelmää, se voi olla huono uutinen.
Turvallisuuden takaamiseksi useimmat avaruusoperaatiot käyttävät säteilykarkaistuja tietokonepiirejä. Rad-hard-sirut ovat monin tavoin erilaisia kuin tavalliset sirut. Ne sisältävät esimerkiksi ylimääräisiä transistoreita, jotka vievät enemmän energiaa päälle ja pois päältä. Kosmiset säteet eivät voi laukaista niitä niin helposti. Rad-hard-sirut tekevät edelleen tarkkoja laskelmia, kun tavalliset sirut saattavat “häiriintyä”.
NASA luottaa melkein yksinomaan näihin erittäin kestäviin siruihin tietokoneiden tekemiseksi avaruusarvoisiksi. Mutta näillä räätälöityillä siruilla on joitain haittapuolia: Ne ovat kalliita, virtaa nälkäisiä ja hitaita - jopa 10 kertaa hitaampia kuin vastaava suoritin nykyaikaisessa kuluttajapöytätietokoneessa.
Kun NASA lähettää ihmisiä takaisin kuuhun ja eteenpäin Marsille - katso vision avaruuden tutkimiseen -, operaation suunnittelijat haluaisivat antaa avaruusaluksilleen enemmän hevosvoimaa.
Jos tietokoneella olisi enemmän laskentatehoa, avaruusalukset auttaisivat säästämään yhtä rajallisimmista resursseistaan: kaistanleveyttä. Kaistanleveys, joka on käytettävissä tietojen lähettämiseen takaisin Maahan, on usein pullonkaula, ja siirtonopeudet ovat jopa hitaampia kuin vanhojen modeemien kanssa. Jos avaruusaluksen antureiden keräämät raakatiedot voidaan rikkoa aluksella, tutkijat voisivat palauttaa vain tulokset, mikä vie paljon vähemmän kaistanleveyttä.
Kuun tai Marsin pinnalla tutkimusmatkailijat voisivat käyttää nopeita tietokoneita analysoidakseen tietojaan heti sen keräämisen jälkeen, tunnistaakseen nopeasti tieteellisesti kiinnostavat alueet ja ehkä kerätä enemmän tietoja ennen ohikiitävän mahdollisuuden ohi. Rovers hyötyisi myös nykyaikaisten prosessorien ylimääräisestä älykkyydestä.
Samojen edullisten, tehokkaiden Pentium- ja PowerPC-sirujen käyttäminen, jotka löytyvät kuluttaja-tietokoneista, auttaisi valtavasti, mutta säteilyn aiheuttamien virheiden ongelma on ratkaistava.
Tässä kohtaa tulee NASA: n ympäristöä mukauttava vikasietoinen tietojenkäsittely (EAFTC) -hanke. Projektin parissa työskentelevät tutkijat kokeilevat tapoja käyttää kuluttajien suorittimia avaruustehtävissä. Heitä kiinnostavat erityisesti ”yksittäisten tapahtumien häiriöt”, yleisimmät häiriöt, joita säteilyn yksittäiset hiukkaset aiheuttavat siruiksi.
Tiimin jäsen Raphael Some JPL: stä selittää: ”Yksi tapa käyttää nopeampia, kuluttajien CPU: ita avaruudessa on yksinkertaisesti olla kolme kertaa niin monta prosessoria kuin tarvitset: Kolme CPU: ta suorittavat saman laskelman ja äänestävät tuloksesta. Jos toinen CPU: sta tekee säteilyn aiheuttaman virheen, kaksi muuta ovat edelleen yhtä mieltä, voittaen äänen ja antamalla oikean tuloksen. "
Tämä toimii, mutta usein se on ylenmääräistä, hukkaan kallisarvoista sähköä ja laskentatehoa kolminkertaistettaessa laskelmia, jotka eivät ole kriittisiä.
"Jotta tämä toimisi älykkäämmin ja tehokkaammin, kehitämme ohjelmistoja, jotka painavat laskelman tärkeyttä", Jotkut jatkaa. ”Jos se on erittäin tärkeää, kuten navigointi, kaikkien kolmen prosessorin on äänestettävä. Jos se on vähemmän tärkeä, kuten kallion kemiallisen mekaanisuuden mittaaminen, kyseessä voi olla vain yksi tai kaksi prosessoria. "
Tämä on vain yksi kymmenistä virheenkorjaustekniikoista, jotka EAFTC kokoaa yhteen pakettiin. Tuloksena on paljon parempi tehokkuus: Ilman EAFTC-ohjelmistoa kuluttajien suorittimiin perustuva tietokone tarvitsee 100-200%: n redundanssin suojautuakseen säteilyn aiheuttamilta virheiltä. (100% redundanssi tarkoittaa 2 CPU: ta; 200% tarkoittaa 3 CPU: ta.) EAFTC: llä tarvitaan vain 15-20% redundanssia samalle suojaustasolle. Koko säästää prosessorin aikaa voidaan käyttää tuottavasti sen sijaan.
"EAFTC ei tule korvaamaan rad-hard-suorittimia", varoittaa Jotkut. "Jotkut tehtävät, kuten elämäntuki, ovat niin tärkeitä, että haluamme aina säteilykarkaistujen sirujen suorittavan ne." Mutta myöhemmin EAFTC-algoritmit saattavat viedä osan tietojenkäsittelykuormasta pois näistä siruista, mikä tekee huomattavasti suuremman tietokonetehon tulevien operaatioiden käyttöön.
EAFTC: n ensimmäinen testi tapahtuu satelliitissa nimeltään Space Technology 8 (ST-8). Osana NASA: n uutta Millennium-ohjelmaa, ST-8 testaa uusia, kokeellisia avaruustekniikoita, kuten EAFTC, ja mahdollistaa niiden käytön tulevissa operaatioissa entistä luottavaisemmin.
Satelliitti, jonka on tarkoitus käynnistää vuonna 2009, kuormittaa Van Allen -säteilyvyöt jokaisen sen elliptisen kiertoradan aikana testaamalla EAFTC: tä tässä korkea säteilyympäristössä, joka on samanlainen kuin syvä avaruus.
Jos kaikki menee hyvin, aurinkojärjestelmän kautta ilmaantuvat avaruusanturit saattavat pian käyttää täsmälleen samoja siruja, jotka löytyvät pöytätietokoneeltasi - ilman häiriöitä.
Alkuperäinen lähde: NASA: n lehdistötiedote
