EAFTC arvutid kosmosevalmis lennukehas. Pildikrediit: NASA / Honeywell. Pilt suuremalt
Kahjuks võib kosmosesse tungiv kiirgus selliseid tõrkeid esile kutsuda. Kui kiire osakesed, näiteks kosmilised kiired, põrkuvad arvutikiipide mikroskoopilise vooluringiga, võivad need põhjustada kiipide vea. Kui need vead saadavad kosmoselaeva lennates vales suunas või häirivad elu toetavat süsteemi, võib see olla halb uudis.
Ohutuse tagamiseks kasutavad enamik kosmoseülesandeid kiirgusega karastatud arvutikiibid. Rad-hard kiibid erinevad mitmeti tavalistest kiipidest. Näiteks sisaldavad need lisatransistore, mis võtavad sisse- ja väljalülitamiseks rohkem energiat. Kosmilised kiired ei saa neid nii kergesti käivitada. Rad-hard kiibid teevad endiselt täpseid arvutusi, kui tavalised kiibid võivad n-ö muutuda.
NASA tugineb peaaegu eranditult neile eriti vastupidavatele kiipidele, et muuta arvutid ruumi vääriliseks. Kuid nendel eritellimusel valmistatud kiipidel on ka varjukülgi: need on kallid, võimsusega näljased ja aeglased - koguni kümme korda aeglasemad kui samaväärne keskseade tänapäevases tavaarvutis.
Kui NASA saadab inimesi tagasi Kuule ja Marsile - vaata kosmoseuuringute visiooni -, sooviksid missioonide kavandajad oma kosmoselaevadele rohkem arvutuslikku hobujõudu anda.
Kui pardal oleks rohkem arvutusvõimsust, aitaks kosmoselaevadel säästa ühte nende kõige piiratud ressursist: ribalaiust. Andmete Maale tagasi saatmiseks saadaolev ribalaius on sageli kitsaskoht, edastuskiirus on isegi aeglasem kui vanade sissehelistamismodemite puhul. Kui kosmoseaparaadi andurite kogutud töötlemata andmete kogused saaks pardal „krigistada“, saaksid teadlased tagasi anda ainult tulemusi, mis võtab palju vähem ribalaiust.
Kuu või Marsi pinnal võiksid maadeavastajad kasutada kiireid arvuteid, et analüüsida oma andmeid kohe pärast nende kogumist, tuvastades kiiresti teaduslikult olulised piirkonnad ja võib-olla koguda rohkem andmeid, enne kui põgus võimalus avaneb. Ka Rovers saaks kasu kaasaegsete protsessorite lisaintellektist.
Sama odavate, võimsate Pentium- ja PowerPC-kiipide kasutamine, mis on tavatarbijatele mõeldud arvutites, aitaks tohutult, kuid selleks tuleb kiirguse põhjustatud vigade probleem lahendada.
Siit saabub NASA projekt nimega Environmentally Adaptive Fault-tolerant Computing (EAFTC). Projektiga tegelevad teadlased katsetavad viise, kuidas kasutada kosmoseülesannetes tarbijaprotsessoreid. Neid huvitab eriti üksikjuhtumite häirimine - kõige levinumad tõrked, mille põhjustavad kiibidesse torgatud kiirguse üksikud osakesed.
Meeskonna liige Raphael Mõned JPL-ist selgitavad: „Üks viis kiiremate tarbijaprotsessorite kasutamiseks kosmoses on lihtsalt kolm korda rohkem protsessoreid kui vaja: Kolmel protsessoril on sama arvutus ja tulemuse üle hääletatakse. Kui üks protsessoritest teeb kiirgusest põhjustatud tõrke, nõustuvad ülejäänud kaks ikkagi sellega, et võidavad hääle ja annavad õige tulemuse. ”
See töötab, kuid sageli on see liiga suur, kulutades väärtuslikku elektrienergiat ja arvutusvõimsust, et kontrollida kolmekordselt arvutusi, mis pole kriitilised.
“Selle nutikamaks ja tõhusamaks tegemiseks arendame tarkvara, mis kaalub arvutuse olulisust,” jätkab Mõni. „Kui see on väga oluline, näiteks navigeerimine, peavad kõik kolm protsessorit hääletama. Kui see pole nii oluline, nagu kivi keemilise meigi mõõtmine, võib see olla seotud ainult ühe või kahe protsessoriga. ”
See on vaid üks kümnetest veaparandusmeetoditest, mille EAFTC koondab ühte paketti. Tulemuseks on palju parem efektiivsus: ilma EAFTC tarkvarata vajab tarbijaprotsessoritel põhinev arvuti kiirgusest põhjustatud vigade eest kaitsmiseks 100-200% koondamist. (100% koondamine tähendab 2 protsessorit; 200% tähendab 3 protsessorit.) EAFTC puhul on sama kaitseastme jaoks vaja ainult 15-20% koondamist. Kogu säästetud protsessori aega saab selle asemel produktiivselt kasutada.
“EAFTC ei kavatse asendada radikaalseid protsessoreid,” hoiatab mõni. "Mõned ülesanded, näiteks elu toetamine, on nii olulised, et soovime nende käitamiseks alati kiirguskindlusega kiibid." Kuid õigel ajal võivad EAFTC algoritmid võtta osa kiipidest ära andmetöötluskoormuse, muutes tulevasteks missioonideks märkimisväärselt suurema arvuti võimsuse.
EAFTC esimene test toimub satelliidil nimega Space Technology 8 (ST-8). NASA uue aastatuhande programmi osana proovib ST-8 katsetada uusi eksperimentaalseid kosmosetehnoloogiaid, näiteks EAFTC, võimaldades neid suurema usaldusega järgmistes missioonides kasutada.
Satelliidil, mis on kavandatud stardiks 2009. aastal, hakatakse Van Alleni kiirgusvöösid libisema igal selle elliptilisel orbiidil, katsetades EAFTC-d selles kõrgkiirguse keskkonnas sarnaselt süvakosmosega.
Kui kõik läheb hästi, võivad päikesesüsteemis õhku levivad kosmosesondid peagi kasutada täpselt samu kiipisid, mis teie lauaarvutist - ainult ilma tõrgeteta.
Algne allikas: NASA pressiteade
