Počítače EAFTC ve vesmírném letovém podvozku. Obrazový kredit: NASA / Honeywell. Klikni pro zvětšení
Bohužel záření, které prostupuje vesmírem, může takové závady vyvolat. Když se vysokorychlostní částice, jako jsou kosmické paprsky, střetnou s mikroskopickými obvody počítačových čipů, mohou způsobit chyby čipů. Pokud by tyto chyby poslaly kosmickou loď letící špatným směrem nebo narušily systém podpory života, mohla by to být špatná zpráva.
Aby byla zajištěna bezpečnost, většina vesmírných misí používá radiačně kalené počítačové čipy. „Rad-hard“ chips jsou v mnoha ohledech na rozdíl od běžných čipů. Například obsahují extra tranzistory, které potřebují více energie k zapnutí a vypnutí. Kosmické paprsky je nemohou spustit tak snadno. Rad-hard chips stále provádějí přesné výpočty, když by se běžné žetony „mohly poškodit“.
NASA spoléhá téměř výhradně na tyto mimořádně odolné čipy, díky nimž jsou počítače hodné místa. Ale tyto čipy vyrobené na míru mají některé nevýhody: Jsou drahé, hladově náročné a pomalé - až desetkrát pomalejší než ekvivalentní procesor v moderním stolním počítači pro spotřebitele.
Když NASA posílá lidi zpět na Měsíc a na Mars - viz Vize pro průzkum vesmíru - plánovači misí by rádi dali své kosmické lodi více výpočetního výkonu.
Vyšší výpočetní výkon na palubě by pomohl kosmické lodi zachránit jeden z jejich omezených zdrojů: šířku pásma. Šířka pásma, která je k dispozici pro přenos dat zpět na Zemi, je často úzkým hrdlem a přenosové rychlosti jsou dokonce pomalejší než staré modemy vytáčení. Pokud by mohly být na palubě „rozdrceny“ řady surových dat shromážděných senzory kosmické lodi, mohli by vědci přenést zpět pouze výsledky, což by zabralo mnohem menší šířku pásma.
Na povrchu Měsíce nebo Marsu mohli průzkumníci používat rychlé počítače k analýze svých dat hned po jejich shromáždění, rychle identifikovat oblasti s velkým vědeckým zájmem a možná shromáždit další data před tím, než uplyne prchavá příležitost. Rovers by měl také prospěch z další inteligence moderních procesorů.
Použití stejných levných a výkonných čipů Pentium a PowerPC, které se nacházejí ve spotřebitelských počítačích, by pomohlo ohromně, ale za tímto účelem je třeba vyřešit problém radiačně indukovaných chyb.
To je místo, kde přichází projekt NASA nazvaný Environmentally Adaptive Fault-Tolerant Computing (EAFTC). Vědci pracující na projektu experimentují s způsoby využití spotřebitelských CPU ve vesmírných misích. Zvláště se zajímají o „rozrušení jedné události“, o nejběžnější druh závad způsobených jednotlivými částečkami záření, které se valí do čipů.
Člen týmu Raphael Někteří z JPL vysvětlují: „Jedním ze způsobů, jak používat rychlejší, spotřebitelské CPU ve vesmíru, je jednoduše mít třikrát tolik CPU, kolik potřebujete: Tři CPU provádějí stejný výpočet a hlasují o výsledku. Pokud jeden z CPU udělá chybu způsobenou zářením, další dva budou stále souhlasit, čímž získají hlas a dají správný výsledek. “
Funguje to, ale často je to zbytečné, plýtvá drahocennou elektřinou a výpočetním výkonem při výpočtech trojité kontroly, které nejsou kritické.
"Abychom to mohli chytřejší a efektivnější, vyvíjíme software, který vezme v úvahu důležitost výpočtu," pokračuje Some. "Pokud je to velmi důležité, jako je navigace, musí hlasovat všechny tři procesory." Pokud je to méně důležité, jako je měření chemického složení skály, může být zapojen pouze jeden nebo dva CPU. “
Toto je pouze jedna z desítek technik opravy chyb, které EAFTC spojuje do jednoho balíčku. Výsledkem je mnohem lepší účinnost: Bez softwaru EAFTC potřebuje počítač založený na spotřebitelských procesorech 100-200% redundanci, aby byl chráněn před chybami způsobenými zářením. (100% redundance znamená 2 CPU; 200% znamená 3 CPU). U EAFTC je pro stejný stupeň ochrany potřeba pouze 15-20% redundance. Veškerý uložený čas CPU lze místo toho použít produktivně.
„EAFTC nenahradí rad hardwarové procesory,“ varuje některé. "Některé úkoly, jako je podpora života, jsou tak důležité, že vždy budeme chtít, aby byly spuštěny žáruvzdorné čipy." Algoritmy EAFTC však v pravý čas mohou z těchto čipů odebrat část datového zpracování, čímž se budoucím misím zpřístupní mnohem větší počítačový výkon.
První test EAFTC bude na palubě satelitu s názvem Space Technology 8 (ST-8). V rámci nového programu tisíciletí NASA bude ST-8 testovat letové nové experimentální vesmírné technologie, jako je EAFTC, což umožní jejich použití v budoucích misích s větší jistotou.
Satelit, naplánovaný na spuštění v roce 2009, bude na každém z jeho eliptických drah prolézat radiační pásy Van Allen a testovat EAFTC v tomto prostředí s vysokým zářením podobným hlubokému vesmíru.
Pokud vše půjde dobře, kosmické sondy, které se odvádějí přes sluneční soustavu, mohou brzy používat přesně stejné čipy, které se nacházejí na vašem stolním počítači - jen bez závad.
Původní zdroj: NASA News Release
