Bu ajablanarli, ammo zamonaviy kosmik kemalar 20-asrda ishlab chiqilgan eskirgan protsessorlar bilan jihozlangan. Ushbu maqolada biz sizga ushbu holatning sababi nima ekanligini aytib beramiz.
Kosmik kemalar texnologiyaning haqiqiy mo''jizasi bo'lib, barcha turdagi elektronika bilan jihozlangan. Albatta, bu protsessorlarni ham o'z ichiga oladi, buning yordamida uskunalar juda murakkab hisob-kitoblarni amalga oshirishi mumkin. Biroq, NASA va boshqa kosmik agentliklarni ishlab chiqishda ishlatiladigan chiplar ko'pincha ishlab chiqarilmagan eskirgan qurilmalarga o'xshab qolishi mumkin.
Protsessor haqida gapirganda, ish stoli kompyuterlarimiz bloklari, ehtimol, darhol esga tushadi. Ko'pgina chiplar texnologiya sanoatiga ta'sir ko'rsatdi. Hozirgi vaqtda juda katta hisoblash quvvatiga ega kuchli superkompyuterlar allaqachon ishlab chiqilgan. Kosmik tadqiqotlar kabi murakkab texnologik sohada shunga o'xshash uskunalardan foydalanish mantiqan to'g'ri bo'ladi. Oyga qo‘nish yoki sayyoramizdan millionlab kilometr uzoqlikdagi kosmik zondni uchirish va manevr qilish, albatta, katta hisoblash quvvatini talab qiladi. Ma'lum bo'lishicha, bu unchalik emas va ko'pchiligingiz, aytaylik, kosmik stantsiyani boshqarish uchun qanchalik oz narsa kerakligidan hayratda qolasiz. Aytgancha, yaqinda Qizil sayyoraga muvaffaqiyatli qo‘ngan yangi Perseverance roveri PowerPC 750 ning maxsus versiyasi bo‘lgan RAD750 protsessoriga asoslangan - 3 yildan ko‘proq vaqt oldin chiqqan iMac G20 kompyuterlarining yuragi. . Hozirda Marsda ham ishlayotgan Ingenuity vertolyoti esa Snapdragon 801 protsessori bilan jihozlangan.Eng murakkab hisoblash operatsiyalarini bajaruvchi bu kosmik apparatlar ana shunday “oddiy” yoki hatto eskirgan mikroprotsessorlarda ishlaydi. Ammo bu holat kelajakda ham o'zgarishi dargumon. Keling, NASA va boshqa kosmik agentliklarning olimlari nima uchun bunday zaif SoC'lardan foydalanishga majbur bo'lganini bilib olaylik.
Shuningdek o'qing: Terraforming Mars: Qizil sayyora yangi Yerga aylanishi mumkinmi?
Kosmik protsessorlar hayratlanarli darajada sekin ishlaydi
Keling, hammaga yaxshi ma'lum bo'lishi kerak bo'lgan misoldan boshlaylik. Gap 16 yil 1969 iyulda yuz bergan voqea haqida ketmoqda. Shu kuni “Apollon-11” missiyasi doirasida SA-506 raketasi “Apollon” kosmik kemasini Yer atmosferasidan olib chiqdi. 4 kundan keyin esa amerikalik astronavtlar Bazz Oldrin va Nil Armstrong insoniyat tarixida birinchi marta oy yuzasiga qadam qo'ydi. Missiya 1966 yilda ishlab chiqilgan AGC (Apollon Guidance Computer) yordamida muvaffaqiyatli amalga oshirildi. Dizayn kompyuter texnologiyalari nuqtai nazaridan juda qiziqarli edi, ammo ushbu qurilmaning texnik xususiyatlariga qarab, missiya umuman muvaffaqiyatli bo'lganiga hayron bo'lish mumkin. O'ylab ko'ring, bortdagi chip atigi 2,048 MGts takt chastotasi bilan ishlagan va atigi 2048 so'zdan iborat operativ xotiraga ega edi. Ha, aniq so'zlar. Ya'ni, hozir bu shunchaki aql bovar qilmaydigan ko'rinadi, lekin o'sha paytda u eng zamonaviy kompyuterlardan biri edi.
Shuni ta'kidlash kerakki, uy kompyuteri shunga o'xshash ishlashni taklif qildi Apple II, bir necha yil o'tib ozod qilindi. Boshqacha aytganda, o'sha paytda kosmik kemada o'z vaqtidan oldinroq bo'lgan texnik jihozlar mavjud edi.
Biroq, bu holat ma'lum bir nuqtaga qadar davom etdi, tezroq samaraliroq qurilma eng yaxshi yechim emasligi va ba'zida u yanada xavfli bo'lishi mumkinligi aniq bo'ldi. Kosmik elektronika tarixidagi burilish nuqtasi kosmik nurlanishning aniq qiymatlarini va uning texnologiyaga ta'sirini aniqlash edi. Ammo radiatsiya protsessorning o'ziga qanday ta'sir qiladi?
Oddiy bort kompyuteri bilan jihozlangan Gemini kosmik kemasi kosmosga uchirilganda, uni yaratishda foydalanilgan texnologiyalar bugungi kunga qadar juda ibtidoiy edi. Biroq, kosmosda bu katta afzallik bo'lib chiqdi.
Hozirgi vaqtda yangi protsessorlarni yaratishda ko'proq zamonaviy texnologik jarayonlar qo'llanilsa, endi biz 7 nm litografiya yordamida ishlab chiqarilgan mikroskopik protsessorlarni osongina sotib olishimiz mumkin. Chip qanchalik kichik bo'lsa, uni yoqish va o'chirish uchun kamroq kuchlanish kerak bo'ladi. Kosmosda bu jiddiy muammolarni keltirib chiqarishi mumkin. Haqiqat shundaki, radiatsiya zarralari ta'siri ostida tranzistor bo'ladigan holatni rejadan tashqari almashtirish imkoniyati mavjud. Bu, o'z navbatida, ikkinchisining eng kutilmagan daqiqada ishlamay qolishiga olib kelishi mumkin yoki bunday protsessor yordamida amalga oshirilgan hisob-kitoblar noto'g'ri bo'ladi. Va kosmosda bu qabul qilinishi mumkin emas va fojiali oqibatlarga olib kelishi mumkin.
Qiziqarli misol, masalan, Intel 386SX protsessori (Intel 80386 ning qisqartirilgan versiyasi), u shisha idishni deb ataladigan narsalarni boshqaradi. U taxminan 20 MGts soat tezligida ishladi, ya'ni u sekundiga 20 000 tsiklda vazifalarni bajarishi mumkin edi. Koinot qurilishida debyuti paytida chip juda yuqori tezlikka ega emas edi, lekin eng muhimi, past soat chastotasi tufayli protsessor xavfsiz edi.
Radiatsiya ta'sirida uning zarralari protsessorning kesh xotirasida saqlangan ma'lumotlarga zarar etkazishi mumkin. Bu juda qisqa oynada mumkin - kam vaqt uni sezilarli darajada kamaytiradi, ya'ni tezroq sxemalar radiatsiyaga ko'proq ta'sir qiladi. Oddiy qilib aytganda, radiatsiya oxir-oqibat ma'lumotlarni saqlashga ta'sir qilishi va protsessorning o'ziga zarar etkazishi mumkin. Bu kosmik stantsiya, raketa yoki zondning ish sharoitida qabul qilinishi mumkin emas. Hech kim million dollarlik loyihani xavf ostiga qo'ymaydi.
Shuningdek o'qing: Marsni mustamlaka qilishimizga nima xalaqit berishi mumkin?
Vayron qiluvchi radiatsiya
Bir vaqtlar radiatsiya ta'siri ishlab chiqarish jarayonidagi o'zgarishlar bilan qoplangan, masalan, galyum arsenid kabi materiallar ishlatilgan. Biroq, har bir modifikatsiya juda qimmatga tushdi. Bundan tashqari, kosmik kemalar uchun tizimlar ixtisoslashgan zavodlarda kichik hajmda yaratiladi. Faqat RHBD texnologiyasidan foydalanish radiatsiyaga chidamli mikrosxemalarni ishlab chiqarishda standart CMOS jarayonidan foydalanish imkonini berdi. Bundan tashqari, bir xil bitning uchta bir xil nusxasini har doim saqlashga imkon beruvchi uch marta ortiqchalik kabi usullar qo'llanilgan. Ular kerak bo'lganda, eng yaxshisi tanlanadi.
Radiatsiyaning kosmik kemalar tizimlariga halokatli ta'siri bir vaqtlar Rossiyaning Phobos-Grunt missiyasining muvaffaqiyatsizligiga olib keldi. Harbiy samolyotlar uchun moʻljallangan WS512K32V20G24M chipi kosmik nurlarning ogʻir ionlari taʼsirida shikastlangan. Haddan tashqari oqim kompyuterga zarar yetkazdi va u xavfsiz rejimga o'tdi. Aloqa muammolari tufayli qayta ishga tushirishning imkoni bo‘lmadi, bu esa zondning atmosferaga kirib ketishiga va uning yonishiga olib keldi.
Shuning uchun, uzoq xizmat muddati bo'lgan loyihalar uchun chindan ham bardoshli bloklar qo'llaniladi. Masalan, Hubble teleskopi dastlab 8 MGts taktli chastotali 224 bitli Rockwell Autonetics DF-1,25 bloki bilan jihozlangan. Tez orada bu noto'g'ri g'oya ekanligi ma'lum bo'ldi va NASA chipni Intel chipiga almashtirish jarayonidan o'tishi kerak edi. 1993 yilda teleskop Intel 386 ni qo'llab-quvvatlash uchun moslashtirildi va 3 yilda 1999A xizmat missiyasi paytida DF-224 va Intel 386 juft chiplari Intel 486 chipiga almashtirildi.
Biz allaqachon bu yerda kosmik stansiya misolini keltirgan edik. Bunday katta va murakkab tuzilma bortida juda samarali tizimga ega bo'lishi kerakdek tuyuladi. Biroq, bunday emas. Ma'lumki, Xalqaro kosmik stansiyadagi (XKS) asosiy kompyuter yuqorida aytib o'tilgan Intel 386 blokida ishlaydi.Asosan, uchta kompyuterdan iborat ikkita komplekt - bitta rus va bitta amerikalik kompyuter ishlatiladi. Keling, 2015-yilda Pluton tomonidan parvoz qilgan va Kuiper kamarini nishonga olgan ancha yangi “New Horizons” kosmik kemasini ham ko‘rib chiqaylik. 15 MGts taktli chastotali radiatsiyaga chidamli Mongoose-V chipi, vazifalarni soniyasiga 40 000 sikl tezlikda bajarishga qodir, ushbu qurilmadagi funktsiyalarning aksariyati uchun javobgar edi. Uning ishlashi konsol ishlaydigan protsessorning ishlashiga yaqin PlayStation.
Hatto juda zamonaviy kosmik kemalarga qaraganimizda, dizaynerlar ko'pincha bir necha o'n yilliklar eskirgan echimlardan foydalanayotganini ko'ramiz. Yaqinda butun dunyo Curosity roverining Marsga qo‘nganini tomosha qildi. IBM PowerPC 750 chipining takomillashtirilgan versiyasi — atigi 200 MGts chastotali BAE RAD750 protsessori borligini ko‘pchilik taxmin qilgan bo‘lardi. Apple, bu protsessorni iMac seriyasidan bilishingiz mumkin. Bundan tashqari, u Nintendo Wii konsolidan kamroq samarali mikroprotsessordan ham foydalangan. Radiatsiyaning kuchayishi sharoitida ishlash talablari bilan bog'liq holda, uning takt chastotasi uch baravardan ko'proq kamaydi.
Perseverance rover ham 20 yildan ko'proq vaqt oldin chiqarilgan protsessorda ishlashini aytib o'tgan edik. Boshqacha aytganda, hech narsa o'zgarmadi va millionlab dollarga tushadigan kosmik kemalar o'tgan asrda chiqarilgan mikroprotsessorlardan foydalanmoqda. Bu qanday eshitilmasin, lekin bu haqiqat.
Shuningdek o'qing: Kompyuteringizda bo'sh joy. 5 ta eng yaxshi astronomiya ilovalari
Crew Dragon, Falcon va Starlink bilan ishlaydigan dasturiy ta'minot va kompyuterlar
Biz mashhur Crew Dragon, Falcon va Starlink misollaridan foydalanib, dasturiy ta'minot sifatida nima ishlatilishini batafsilroq aniqlashga qaror qildik.
Crew Dragon kosmik kemasining nomini eshitganimizda, ko'pchilik biz eshittirishlar paytida ko'rgan uchta sensorli ekran va ko'k boshqaruv interfeysi haqida o'ylashadi. Kosmik kemani tugmalar, kalitlar va joystiklar o'rniga sensorli ekranlar yordamida boshqarishning maqsadga muvofiqligi haqida hali ham ko'p munozaralar mavjud. SpaceX ushbu variantni tanladilar, chunki ularning maqsadi kemani hech qanday nazoratni talab qilmaydigan va shu bilan birga ekipaj har doim imkon qadar ko'proq ma'lumotga ega bo'ladigan tarzda loyihalash edi. Kema butunlay avtonomdir va astronavtlar nazorat qilishlari kerak bo'lgan yagona narsa faqat ichki kabina tizimlari, masalan, audio tizimning ovozi bilan cheklangan. Kema parvozini va uning eng muhim tizimlarini astronavtlar tomonidan boshqarish faqat favqulodda holatlarda amalga oshirilishi kerak va SpaceX astronavtlarning o‘zlari yordamida ushbu vazifalar uchun eng yaxshi grafik interfeysni ishlab chiqishga harakat qildi.
Ammo shuni ta'kidlash kerakki, kemaning asosiy funktsiyalari displey ostida joylashgan tugmalar yordamida boshqarilishi mumkin. Ekipaj yong'inni o'chirish tizimini ishga tushirish, atmosferaga qayta kirishda parashyutlarni ochish, XKSga parvozni to'xtatish, orbitadan favqulodda tushishni boshlash, bort kompyuterlarini qayta tiklash va boshqa favqulodda vazifalarni bajarish qobiliyatiga ega. O'rta displey ostidagi tutqich kosmonavtlarga evakuatsiya tizimini ishga tushirishga imkon beradi. Ularda displeylar yordamida kiritilgan buyruqlarni ishga tushirish va bekor qilish tugmalari ham mavjud. Shunday qilib, agar astronavt displeyda buyruqni bajarsa va u bajarilmasa, u hali ham displey ostidagi tugmani bosib buyruqni bekor qilish imkoniyatiga ega. Displeylarning ravshanligi va boshqarilishi tebranish sharoitida ham sinovdan o'tkazildi va sinov guruhlari va astronavtlar qo'lqop va muhrlangan skafandrlarda ko'plab sinovlarni o'tkazdilar.
Ehtimol, raketa va kemalarni boshqarish tizimi uchun eng muhim talab, albatta, ishonchlilikdir. SpaceX raketalariga kelsak, bu, birinchi navbatda, tizimning ortiqcha bo'lishi, ya'ni birgalikda ishlaydigan va bir-birini takrorlashi va to'ldirishi mumkin bo'lgan bir nechta bir xil komponentlardan foydalanish tufayli ta'minlanadi. Xususan, Falcon 9 jami uchta alohida bort kompyuteriga ega. Ushbu kompyuterlarning har biri raketaning sensorlari va tizimlaridan ma'lumotlarni o'qiydi, kerakli hisob-kitoblarni amalga oshiradi, keyingi harakatlar haqida qaror qabul qiladi va bu qarorlarni qabul qilish uchun buyruqlar ishlab chiqaradi. Uchala kompyuter ham bir-biriga bog'langan bo'lib, olingan natijalar solishtiriladi va tahlil qilinadi.
Kompyuterlar ikki yadroli PowerPC protsessorlariga asoslangan. Shunga qaramay, ikkala yadro ham bir xil hisob-kitoblarni amalga oshiradi, ularni bir-biri bilan taqqoslaydi va mustahkamlikni tekshiradi. Shunday qilib, apparat zaxirasi uch barobar bo'lsa, dasturiy ta'minot-hisoblash ortiqcha olti barobar. Shu bilan birga, siz noto'g'ri kompyuterni ish holatiga qaytarishingiz mumkin, masalan, qayta ishga tushirish orqali. Agar asosiy kompyuter ishlamay qolsa, qolgan kompyuterlardan biri o'z zimmasiga oladi.
Kompyuterlar yoki boshqa tizimlar bilan bog'liq muammolar yuzaga kelgan taqdirda, missiya taqdiri Avtonom parvozlar xavfsizligi tizimining (AFSS) qaroriga bog'liq. Bu bir nechta mikrokontrollerlar (kichik kompyuterlar) to'plamida ishlaydigan, sensorlardan bir xil ma'lumotlarni, hisoblash natijalarini va bort kompyuterlaridan buyruqlarni oladigan va parvozning xavfsiz yo'nalishini boshqaradigan mutlaqo mustaqil bort kompyuter tizimi.
Barcha kompyuterlar har doim eng ishonchli ma'lumotlarga ega bo'lishini ta'minlash uchun ko'pchilik sensorlar, shuningdek, ushbu ma'lumotlarni o'qiydigan va keyin bort kompyuterlariga yuboradigan kompyuterlar ortiqcha. Xuddi shu tarzda, alohida raketa quyi tizimlarini (dvigatellar, rullar, manevr nozullari va boshqalar) boshqaradigan kompyuterlar bort kompyuterining buyruqlari bilan takrorlanadi. Shunday qilib, Falcon 9 kamida 30 ta kompyuterdan iborat butun daraxt tomonidan boshqariladi. Daraxtning yuqori qismida bo'ysunuvchi kompyuterlar tarmog'ini boshqaradigan bort kompyuterlari joylashgan. Har birida har bir bort kompyuteri bilan alohida aloqa kanali mavjud. Shunday qilib, barcha jamoalar uning oldiga uch marta kelishadi.
Ammo ko'rib turganingizdek, barcha bort kompyuterlari zamonaviy superkompyuterlarning murakkab mikrosxemalariga emas, balki oddiy mikrochiplarga asoslangan.
Shuningdek o'qing: Koinot: eng noodatiy kosmik ob'ektlar
Kosmik chiplarning kelajagi
Nisbatan eski protsessorlardan foydalanish yangilari yaratilmayapti degani emas. Faqat ularni yaratish jarayoni juda qiyin va ko‘p vaqt talab etadi. Shuni ham tushunish kerakki, kosmosda qo'llaniladigan har bir tuzilma MIL-STD-883 sinfining talablariga javob berishi kerak. Bu AQSh Mudofaa vazirligi tomonidan ishlab chiqilgan 100 dan ortiq sinovlardan, jumladan, termal, mexanik, elektr va boshqa chip sinovlaridan o'tishni anglatadi. Ushbu sinovdan o'tgan protsessorlarning aksariyati faqat kremniy gofretning markaziy qismidan tayyorlangan. Buning sababi shundaki, bu erda chekka nuqsonlar eng kam uchraydi.
Kelajakdagi kosmik kemalar uchun loyihalar ro'yxati, boshqalar qatori, NASA tomonidan ishlab chiqilgan HPSC tizimlarini o'z ichiga oladi. Kutilganidek, protsessorlar 2023 va 2024 yillar oralig'ida tayyor bo'lishi kerak. Ularning ishlashi hozirgi vaqtda kosmik kemalarda qo'llaniladigan eng tezkor tizimlardan 100 baravar yuqori bo'lishi kerak. Amerikaliklar Oy va Marsni zabt etishga yordam beradigan chiplarni ishlab chiqishga e'tibor qaratishgan. Ammo hozircha bu faqat loyihalar.
Uzoq vaqt davomida ochiq kodli SPARK arxitekturasi asosida chiplarni ishlab chiqqan Yevropa kosmik agentligi biroz boshqacha yondashuvni qo‘llaydi. Eng so'nggi bunday mahsulot LEON740FT oilasidan GR4 modelidir. Gigabit tarmoq adapteri va 250 MB L2 kesh bilan jihozlangan ushbu to'rt yadroli 1000 MGts protsessor uchuvchisiz kosmik kemalar va sun'iy yo'ldoshlar uchun mos platforma bo'lishi kerak. Olimlarning hisob-kitoblariga ko'ra, protsessorning dizayni va xususiyatlari uning 300 yildan keyin ham normal ishlashini kafolatlashi kerak. Olimlar chipning 250 yillik ishlashidan keyingina kamida bitta xatolik yuz berishi mumkinligini kafolatlaydi. Bu kosmik kemalarning mustahkamligi va chidamliligiga ishonchni uyg'otadi, chunki o'sha Marsga parvoz taxminan 300-XNUMX kun davom etadi va bu faqat qulay traektoriya. Zondlar ba'zan kosmosda yillar davomida kezib yuradi.
Shunisi qiziqki, 2017-yilda HPE va NASA SpaceX Falcon 9 raketasi bortida birinchi tijoriy yuqori unumdor kompyuterni ishga tushirganini eslatib o‘tish joiz.Intel Broadwell protsessorlari va tez tezligi 40 Gbit/ga ega ikki soketli HPE Apollo 56 serveri. ning interfeysi Xalqaro kosmik stansiyaga yetib keldi. Agar olimlarning fikriga ko'ra, uning ishlashi bor-yo'g'i 1 TFLOPS edi, ammo bu kosmik sharoit uchun juda ko'p edi.
Bu bizning sayyoramizdan tashqarida foydalanish uchun chiplarni loyihalash qanchalik qiyinligini va hech bo'lmaganda asosiy uy kompyuteri protsessorlariga yetib olish uchun qancha ish qilish kerakligini ko'rsatadi.
Ammo olimlar nafaqat kosmik kemalarning ishlashini qo'llab-quvvatlaydigan, balki kosmik nurlanish va nurlanishdan ishonchli himoyalanadigan eng kuchli mikrochiplarni yaratish uchun katta sa'y-harakatlarni amalga oshirmoqdalar. Ehtimol, kvant kompyuterlari vaziyatni o'zgartiradi, ammo bu boshqa voqea.
Shuningdek o'qing:
Optoelektronika/kvant kompyuterlari?
20 MGts - soniyada 20000000 operatsiya.20000 - 20 KHz.
"Ushbu to'rt yadroli protsessor 250 MGts chastotali, gigabit chip va 2 MB LXNUMX kesh bilan jihozlangan."
Qanday chip?
Bu mening e'tiborim. E'tibor berganingiz uchun rahmat. Bu gigabit tarmoq adapteri haqida edi. Tuzatilgan.
"Ko'pchiligingiz, masalan, kosmik stantsiyani boshqarish uchun juda oz narsa kerakligidan hayratda qolasiz" - Zamonaviy kompyuterlar eng oddiy vazifalarni bajarish uchun qancha resurslarni iste'mol qilishi ajablanarli. Masalan, Internetda sahifa ochish uchun sizga kosmik stantsiyani boshqarishdan ko'ra kuchliroq protsessor va ko'proq xotira kerak bo'ladi.