Хабрахабр

[Перевод] Процессоры космического класса: как отправить в космос побольше вычислительной мощности?

Решение проблем с радиацией стало «поворотным моментом в истории космической электроники»

Этот космический корабль должен был сесть на поверхность потрёпанной марсианской луны Фобос, собрать образцы почвы, и привезти их обратно на Землю. Фобос-Грунт, один из наиболее амбициозных космических проектов современной России, упал в океан в начале 2012-го. Чтобы справиться с этой проблемой, два процессора, работавшие в компьютере ЦВМ22, запустили перезагрузку. Но вместо этого он несколько недель беспомощно дрейфовал на низкой околоземной орбите (НОО) из-за отказа бортового компьютера перед запуском двигателей, которые должны были отправить корабль в сторону Марса.
В последовавшем отчёте российские власти возложили вину на тяжёлые заряженные частицы в составе галактических космических лучей, столкнувшиеся с чипами SRAM и вызвавшие отказ чипа из-за чрезмерной силы проходящего через него тока. К сожалению, инструкции так и не поступили. После этого зонд перешёл в безопасный режим ожидания команд с Земли.

Однако никто не предусмотрел отказа, из-за которого зонд бы не дошёл до этого этапа. Антенны связи должны были выйти на расчётный режим работы уже после того, как корабль покинул бы НОО. Запуск бортовых двигателей должен был запустить развёртывание антенн. После столкновения с частицами Фобос-Грунт оказался в странном патовом состоянии. А эта команда не могла поступить, поскольку антенны не были развёрнуты. Двигатели можно было запустить только при помощи команды с Земли. В частности в недосмотре виновны члены команды НПО им. Компьютерная ошибка привела к краху миссии, готовившейся несколько десятилетий. Во время разработки легче было перечислить то, что в их компьютере работало, чем то, что не работало. Лавочкина, производителя аппарата. Один раз оступишься, и миллиарды долларов сгорают. Однако каждая малая из сделанных ими ошибок стала жестоким напоминанием о том, что разработка компьютеров космического класса ужасно сложна.

Участники разработки просто очень сильно недооценили трудности работы компьютеров в космосе.

Что так медленно?

«Кьюриосити», всеми любимый марсианский вездеход, работает на двух процессорах BAE RAD750 с тактовой частотой до 200 МГц. У него 256 Mb RAM и SSD на 2 Gb. Накануне 2020 года RAD750 является самым передовым одноядерным процессором космического класса. На сегодня это лучшее, что мы можем отправить в глубокий космос.

Его схема основана на PowerPC 750, процессоре, который IBM и Motorola представили в 1997 в качестве конкурента Intel Pentium II. Но, к сожалению, по сравнению со смартфоном в нашем кармане, быстродействие RAD750 может вызвать только жалость. Забудьте о том, чтобы поиграть на Марсе в «Crysis». Это значит, что самое технологически совершенное космическое оборудование, имеющееся в космосе на сегодня, вполне сможет запустить первый Starcraft (1998 года) без проблем, однако столкнётся с проблемами перед лицом чего-то более требовательного к вычислительной мощности.

А нельзя просто закинуть туда iPhone и закончить на этом? При этом стоит RAD750 порядка $200 000. Примерно так и пыталась поступить команда Фобос-Грунт. С точки зрения быстродействия, айфоны на несколько поколений ушли от RAD750 и стоят всего по $1000 за штуку, что гораздо меньше, чем $200 000. Они пытались увеличить быстродействие и сэкономить, но в итоге перегнули палку.

Он был хорошо известен в космической индустрии, поскольку в 2005 году эти чипы протестировали в ускорителе частиц Брукхейвенской национальной лаборатории Т. Чип памяти SRAM в Фобос-Грунт, пострадавший от тяжёлых заряженных частиц, имел маркировку WS512K32V20G24M. Бенедетто, чтобы проверить, как они ведут себя под воздействием излучения. Пейдж и Дж. Результат не был удивительным, поскольку WS512K32V20G24M не предназначались для космоса. Исследователи описали эти чипы как «чрезвычайно уязвимые», и их отказы случались даже под минимальным энергетическим воздействием, доступным в Брукхейвене. Однако их было легче найти и они были дешевле чипов памяти космичесого класса, поэтому разработчики Фобос-Грунт решили взять их. Их разрабатывали для военной авиации.

Основные источники этого излучения – космические лучи, солнечные процессы и пояса протонов и электронов, находящиеся на границе магнитного поля Земли, известные, как радиационный пояс Ван Аллена. «Открытие наличия в космосе излучения различных типов стало одним из важнейших поворотных моментов в истории космической электроники, наряду с пониманием влияния этого излучения на электронику и разработкой технологий укрепления чипов и уменьшения вреда», — говорит Тайлер Лавли, исследователь исследовательской лаборатории ВВС США. Их энергия может достигать 1019 эВ. Из частиц, сталкивающихся с атмосферой Земли, 89% — это протоны, 9% — альфа-частицы, 1% — более тяжёлые ядра, 1% — свободные электроны. В газете «Красная звезда» писали, что 62% чипов, использовавшихся на Фобос-Грунте, не были предназначены для использования в космосе. Использовать чипы, не подходящие для космоса, в зонде, который должен несколько лет путешествовать по космосу – значит, напрашиваться на неприятности. Схема зонда на 62% состояла из настроя «давайте прикрутим туда айфон».

Излучение становится проблемой

Сегодня космические лучи – один из ключевых факторов, учитываемых при создании компьютеров космического класса. Но так было не всегда. Первый компьютер вышел в космос на борту одного из аппаратов «Джемини» в 1960-х. Для получения разрешения на полёт машине пришлось пройти более сотни разных тестов. Инженеры проверяли, как она ведёт себя в ответ на вибрации, вакуум, экстремальные температуры, и так далее. Ни один из этих тестов не учитывал воздействие излучения. И всё же бортовой компьютер «Джемини» работал весьма неплохо, без всяких проблем. Всё потому, что он был слишком большим для того, чтобы отказать. Буквально. Целых 19,5 Кб памяти содержались в коробке объёмом в 11 л и весом в 12 кг. А весь компьютер весил 26 кг.

Мы делали транзисторы всё меньше и меньше, идя от 240 нм к 65 нм, затем к 14 нм, и уже к 7 нм, к современным смартфонам. В индустрии компьютеров прогресс процессоров обычно заключался в уменьшении размера компонентов и увеличении тактовой частоты. Поэтому на старые процессоры с крупными компонентами излучение практически не влияло – точнее, не влияли т.н. Чем меньше транзистор, тем меньше напряжение, необходимое для того, чтобы его включать и выключать. Создаваемое столкновением с частицей напряжение было слишком маленьким для того, чтобы повлиять на работу достаточно большого компьютера. одиночные возмущения. Но когда стремящиеся в космос люди начали уменьшать размер компонентов, чтобы впихнуть побольше транзисторов на чип, создаваемых частицами напряжений стало хватать для причинения проблем.

У Intel 386SX, под управлением которого работала автоматика в кабине управления космическим шатлом, работал на частоте 20 МГц. Ещё обычно инженеры для улучшения показателей процессоров поднимают их тактовую частоту. Тактовая частота определяет количество циклов обработки, на которые способен процессор в единицу времени. Современные процессоры в пике могут доходить до 5 ГГц. Получается, что в каждую отдельную секунду у заряженной частицы есть ограниченное количество возможностей создать проблемы. Проблема с излучением в том, что столкновение с частицей может испортить хранящиеся в памяти процессора (кэш L1 или L2) небольшой промежуток времени. Но с увеличением частоты количество этих моментов времени в секунде возросло, что сделало процессоры более чувствительными к излучению. В процессорах с небольшой тактовой частотой это количество было достаточно малым. Основная причина того, что космические процессоры работают так медленно, состоит в том, что практически все методы, способные их ускорить, делают их более уязвимыми. Поэтому процессоры с повышенной устойчивостью к излучению почти всегда работают медленнее коммерческих двойников.

К счастью, эту проблему можно обойти.

Разбираемся с радиацией

«Раньше воздействие излучения минимизировали благодаря изменённому полупроводниковому процессу, — говорит Роланд Вейганд, инженер VISI/ASIC из Европейского космического агентства. – Было достаточно взять коммерческое ядро процессора и применить к нему процесс, повышающий стойкость к излучению». Эта технология производственной защиты от излучения использовала такие материалы, как сапфир или арсенид галлия, не так сильно реагировавшие на излучение, в отличие от кремния. Процессоры, произведённые таким способом, хорошо работали в средах с повышенным излучением, например, в космосе, но для их производства требовалось переоснастить целую фабрику.

Учитывая стоимость современной полупроводниковой фабрики, специальные изменения в процессе производства перестали быть практичными для такого нишевого рынка, как космос», — говорит Вейганд. «Чтобы увеличить быстродействие, приходилось использовать всё более и более продвинутые процессоры. «Для уменьшения этого эффекта нам пришлось перейти на другие технологии повышения устойчивости к излучению – то, что мы называем проектной защитой от излучения», — добавляет Вейганд. В итоге это заставило инженеров использовать коммерческие процессоры, подверженные воздействию одиночных возмущений.

Такие процессоры космического класса можно было производить на коммерческих фабриках, уменьшая их стоимость до разумной, и позволяя разработчикам космических миссий немного догонять коммерческие предложения. Проектная защита позволила производителям использовать стандартный процесс производства CMOS. «К примеру, тройная модульная избыточность (ТМИ) – один из самых популярных способов защитить от излучения чип, в других отношениях совершенно стандартный, — пояснил Вейганд. С излучением справлялись при помощи инженерного гения, а не просто физических свойств материала. На стадии считывания читаются все три и верный вариант выбирается по большинству». – В памяти всё время хранятся три идентичных копии каждой частицы информации.

Так же поступают, когда две копии одинаковые, а одна отличается от них – правильная копия выбирается большинством голосов. Если все три копии одинаковы, информация считается правильной. Идея в том, чтобы хранить одну и ту же информацию по трём разным адресам памяти, расположенным на трёх разных местах чипа. Но когда все три копии разные, система регистрирует ошибку. Минус такого подхода в наличии избыточной работы для процессора. Для того, чтобы испортить данные, двум частицам нужно одновременно столкнуться с теми местами, где хранятся две копии одной и той же частицы информации, что чрезвычайно маловероятно. Ему нужно проделать каждую операцию трижды, а значит, он достигнет лишь трети своего быстродействия.

Вместо защиты от излучения всей системы на чипе целиком, инженеры решают, где эта защита наиболее актуальна. Так появилась самая новая идея довести быстродействие процессоров космического класса ещё ближе к их коммерческим аналогам. Это значительно меняет приоритеты проектирования. А где от неё можно отказаться. Новые процессоры чувствительны к нему, но они спроектированы так, чтобы автоматически справляться со всеми ошибками, которые может вызвать излучение. Старые космические процессоры были нечувствительны к излучению.

Ожидается, что он будет испытывать по 9 одиночных возмущений в день, находясь на геостационарной орбите Земли. К примеру, LEON GR740, — последний европейский процессор космического класса. GR740 спроектирован так, чтобы функциональная ошибка на нём происходила не чаще, чем раз в 300 лет. Фокус в том, что все они будут сдерживаться системой и не приведут к ошибкам в работе. И даже в этом случае он сможет просто перезагрузиться.

Европа выбирает открытость

Линейка процессоров космического класса LEON с архитектурой SPARC – наиболее популярный в Европе выбор для работы в космосе. «В 90-х, когда была выбрана спецификация SPARC, она была очень глубоко внедрена в промышленность, — говорит Вейганд. — Sun Microsystems использовала её на своих успешных рабочих станциях». По его информации, ключевыми причинами перехода на SPARC были существовавшие тогда поддержка ПО и открытость платформы. «Открытая архитектура означала, что все могут пользоваться ей без проблем с лицензиями. Это было важно, поскольку в такой узкой нише, как космос, стоимость лицензий распределяется среди небольшого количества устройств, что серьёзно увеличивает их стоимость», — поясняет он.

Первый европейский космический SPARC-процессор – ERC32, используемый и по сей день – использовал коммерческие процессоры. В итоге, ЕКА на горьком опыте познакомилась с проблемами лицензирования. «Это привело к проблемам. Он основывался на открытой архитектуре, но схема процессора была проприетарной. Поэтому на следующем шаге ЕКА начала работать над собственным процессором, LEON. Доступа к исходным кодам проприетарных систем обычно нет, поэтому тяжело вносить в проект изменения, необходимые для усиления защиты от излучения», — говорит Вейганд. «Его проект был полностью под нашим контролем, и мы, наконец, получили возможность использовать все технологии защиты от излучения, которые хотели».

(Вейганд говорит, что ожидает поставок первых партий оборудования к концу 2019). Последняя разработка в линейке процессоров LEON – четырёхъядерный GR740, работающий на частоте около 250 МГц. Это система на чипе, спроектированная для высокоскоростных вычислений общего назначения на основе архитектуры SPARC32. GR740 изготавливают по техпроцессу 65 нм. Ещё одна особенность GR740 – передовая система устойчивости к отказам. «Цель в создании GR740 состояла в том, чтобы достичь большего быстродействия и возможности добавить дополнительные устройства в интегральную схему, при этом оставляя совместимость с предыдущими европейскими процессорами космического класса», — говорит Вейганд. Каждый блок и функция GR740 оптимизированы для наибольшей скорости работы. Процессор может справиться со значительным количеством ошибок, вызванных излучением, и при этом всё равно обеспечить беспрерывное функционирование ПО. И все чувствительные компоненты используются в схеме, уменьшающей влияние ошибок посредством избыточности. Это означает, что компоненты, чувствительные к одиночным возмущениям, соседствуют с другими, способными с лёгкостью справляться с этим.

Их выбрали для использования на этом чипе потому, что они занимают меньше места, увеличивая тем самым вычислительную плотность. К примеру, некоторые триггеры у GR740 – это обычные коммерческие CORELIB FF. Каждый считываемый фрагмент информации с этих триггеров подтверждается путём голосования между всеми модулями, расположенными достаточно далеко, чтобы одно событие не влияло на несколько битов. Минус в том, что они подвержены воздействию одиночных возмущений, но с этим разобрались при помощи блоков ТМИ. Когда такие схемы стали слишком сильно влиять на быстродействие, инженеры ЕКА перешли на устойчивые к возмущениям триггеры SKYROB. Сходные схемы реализованы для кэшей процессора L1 и L2, состоящих из ячеек SRAM, тоже подвершенных одиночным возмущениям. При попытках увеличить вычислительную мощность компьютеров в космосе всегда приходится идти на какие-либо компромиссы. Однако те занимают в два раза больше места, чем CORELIB.

Чип обстреливали тяжёлыми ионами с линейной передачей энергии (ЛПЭ), достигавшей 125 МэВ*см2/мг, и они работали без единого отказа. Пока что GR740 прекрасно прошли несколько проверок на воздействие излучения. GR740 выдержал в 300 раз более сильное излучение. Чтобы было с чем сравнивать, те самые SRAM-чипы, из-за которых упал Фобос-Грунт, отказывали при попадании частиц с ЛПЭ всего около 0,375 МэВ*см2/мг. Во время тестов команда Вейганда даже облучила один из процессоров до 293 крад, но несмотря на это, чип работал, как обычно, не выказывая признаков деградации. Кроме практически полного иммунитета к единичным возмущениям, GR740 может поглотить до 300 крад излучения за время своей жизни.

Все эти цифры вместе говорят о том, что этот процессор, работая на геостационарной орбите Земли, должен выдавать одну функциональную ошибку каждые 350 лет. И всё же, тесты, показывающие истинную максимальную дозу ионизации, которую способен воспринять GR740, ещё только предстоит провести. И даже такие ошибки не убьют GR740. На низкой орбите этот период увеличивается до 1310 лет. Ему лишь придётся перезагрузиться.

Америка выбирает запатентованные решения

«Процессоры космического класса, разрабатываемые в США, традиционно основывались на патентованных технологиях типа PowerPC, поскольку у людей было больше опыта работы с ними, и их поддерживало всевозможное ПО», — говорит Лавли из исследовательских лабораторий ВВС США. Ведь история космических вычислений началась с цифровых процессоров, разработанных в IBM для миссий «Джемини» в 1960-х. А IBM работала с проприетарными технологиями.

Процессоры, работавшие в компьютерах кабины пилотов космического шатла и телескопа Хаббла были сделаны на базе архитектуры х86, представленной Intel. По сей день процессоры BAE RAD основаны на PowerPC, который появился на свет благодаря работе консорциума IBM, Apple и Motorola. Продолжая эту традицию, новейший проект в этой области тоже основан на закрытой технологии. Как PowerPC, так и x86 были закрытыми технологиями. А HPSC основан на архитектуре ARM, работающей сегодня в большинстве смартфонов и планшетов. Высокоскоростной компьютер для космических полётов (HPSC) отличается от PowerPC и x86 тем, что последние были больше известны, как процессоры для настольных компьютеров.

HPSC основан на четырёхъядерных процессорах ARM Cortex A53. HPSC разработали НАСА, исследовательская лаборатория ВВС США и Boeing, отвечавший за производство. Его быстродействие, таким образом, будет находиться где-то в районе смартфонов среднего ценового диапазона 2018 года типа Samsung Galaxy J8 или плат для разработки вроде HiKey Lemaker или Raspberry Pi. У него будет два таких процессора, связанных шиной AMBA, что в итоге даст восьмиядерную систему. Тем не менее, нам уже не придётся читать унылые заголовки о том, что 200 процессоров марсохода Кьюриосити не догонят один айфон. Правда, эти показатели приведены до защиты от излучения – она уменьшит его быстродействие более, чем в два раза. После запуска HPSC потребуется всего три-четыре таких чипа, чтобы сравниться по быстродействию с айфоном.

Первым тщательно изученным параметром стала тактовая частота. «Поскольку у нас пока нет на руках реального HPSC для тестов, мы можем делать лишь обоснованные предположения по поводу его быстродействия», — говорит Лавли. Чтобы прикинуть, какой будет тактовая частота HPSC после защиты от излучения, Лавли сравнил различные процессоры космического класса с их коммерческими двойниками. Коммерческие восьмиядерные процессоры Cortex A53 обычно работают на частотах от 1,2 ГГц (в случае HiKey Lemaker) до 1,8 ГГц (как Snapdragon 450). Лавли оценил тактовую частоту HPSC в 500 МГц. «Мы решили, что разумно будет ожидать сходного уменьшения быстродействия», — говорит он. Если эта частота действительно будет такой, то HPSC окажется рекордсменом по тактовой частоте среди процессоров космического класса. И всё равно это будет исключительно большая скорость для чипа космического класса. Однако увеличение вычислительной мощности и тактовой частоты в космосе обычно оборачиваются серьёзными проблемами.

Это 64-битная четырёхъядрная машина, сделанная по техпроцессу 45 нм, работающая с тактовой частотой в 466 МГц и рассеиваемой мощностью до 20 Вт; а 20 Вт — это порядочно. Сегодня самым мощным процессором, защищённым от воздействия излучения, является BAE RAD5545. Он может разогреть алюминиевый корпус до очень высоких температур, вплоть до таких, которые начинают причинять пользователям проблемы. Quad Core i5 в 13" MacBook Pro 2018 рассеивает 28 Вт. Вот только в космосе вентиляторы совсем не помогут, поскольку там нет воздуха, способного подуть на горячий чип. Во время высокой вычислительной нагрузки сразу же включаются вентиляторы, охлаждающие всю систему. Конечно, тепловые трубки помогут отвести тепло от процессора, но это тепло в итоге должно куда-то деться. Единственный возможный способ отвести тепло от космического аппарата – это излучение, а на это нужно время. Поэтому у европейского GR740 рассеиваемая мощность энергии равняется всего 1,5 Вт. Более того, у некоторых миссий очень ограничен энергетический бюджет, и они просто не могут позволить себе такие мощные процессоры, как RAD5545. Он просто даёт вам максимальный объём вычислений на ватт. Он не самый быстрый из имеющихся, но наиболее эффективный. HPSC с рассеиванием в 10 Вт находится недалеко от него на втором месте, но не всегда.

Технологию ОКМД часто используют в коммерческих настольных и мобильных компьютерах с 90-х годов. «У каждого ядра HPSC есть свой модуль одиночного потока команд, множественного потока данных, ОКМД (Single Instruction Multiple Data, SIMD). Допустим, нам нужно осветлить картинку. Она помогает процессорам лучше справляться с обработкой изображений и звука в видеоиграх. Без ОКМД процессору нужно будет провести всё это суммирование последовательно, один пиксель за другим. У неё есть множество пикселей, и у каждого из них есть яркость, которую нужно увеличить на два. Процессор принимает несколько точек данных – значений яркости всех пикселей изображения – и выполняет с ними одну и ту же инструкцию, добавляя ко всем двойку одновременно. С использованием ОКМД эту задачу можно распараллелить. А поскольку процессор Cortex A53 разрабатывался для смартфонов и планшетов, обрабатывающих большое количество медиаконтента, HPSC тоже способен на это.

– В приложениях, не использующих эту возможность, HPSC работает чуть лучше, чем GR740 и другие быстрые космические процессоры. »Это особенно выгодно в таких задачах, как сжатие изображений, обработка или стереозрение, — говорит Лавли. Но когда её можно использовать, чип серьёзно опережает своих соперников".

Возвращаем научную фантастику в изучение космоса

Разработчики чипов из США тяготеют к более мощным, но и более требовательным к энергии процессорам, поскольку миссии НАСА, как роботизированные, так и пилотируемые, имеют обычно больший масштаб, чем у их европейских коллег. В Европе пока нет планов на обозримое будущее по отправке людей или вездеходов размером с автомобиль на Луну или Марс. Сегодня ЕКА концентрируется на зондах и спутниках, обычно работающих с ограниченным энергетическим бюджетом, поэтому выбор чего-то более лёгкого и очень энергоэффективного, как, например, GR740, имеет больше смысла. HPSC изначально разрабатывался для того, чтобы претворить в жизнь местами научно-фантастические амбиции НАСА.

Команда экспертов из различных центров агентства составила список задач, которые могли бы решать передовые процессоры в пилотируемых и роботизированных миссиях. К примеру, в 2011 году программа Game Changing Development Program от НАСА заказала исследование на тему того, как будут выглядеть вычислительные запросы в космосе через 15-20 лет. Эта задача сводится к наличию датчиков, постоянно отслеживающих состояние критически важных компонентов. Одной из первых выявленных ими задач было постоянное слежение за состоянием оборудования. Медленный компьютер, возможно, справился бы с задачей, если бы данные поступали к нему где-нибудь раз в 10 минут, но если вам нужно проводить проверку всего оборудования по нескольку раз в секунду, чтобы достичь эффективности, напоминающей мониторинг в реальном времени, ваш процессор должен работать очень быстро. Для получения данных с высокой частотой со всех этих датчиков требуются быстрые процессоры. Для поддержки такой графики тоже требуются быстрые компьютеры. Всё это нужно разработать, чтобы астронавты могли сидеть перед панелью управления, на которой отображалось бы реальное состояние корабля, способной на выдачу голосовых предупреждений и красивой графики.

У астронавтов, исследующих иные миры, скорее всего в шлемы будет встроена система дополненной реальности. Однако научно-фантастические цели не заканчиваются кабинами пилотов. В теории, дополненная реальность улучшит эффективность исследователей, будет отмечать стоящие для изучения области и предупреждать о потенциально опасных ситуациях. Окружающая их среда будет дополнена сгенерированным компьютером видео, звуками и данными с GPS. Среди других упомянутых в исследовании вариантов – переносные устройства по типу смартфонов, и нечто, туманно описанное, как «иные возможности демонстрации информации». Конечно, встроить дополненную реальность в шлем – это только одна из нескольких возможностей. Для таких вычислительных прорывов потребуются более быстрые процессоры космического класса.

Один из основных примеров – посадка на сложный участок ландшафта. Также такие процессоры должны усовершенствовать и роботизированные миссии. Самое безопасное место – это ровная плоскость без камней, холмов, долин и обнажения пород. Выбор участка для посадки на поверхность – всегда компромисс между безопасностью и научной ценностью. Один из способов решить эту проблему – т.н. С научной же точки зрения самое интересное место будет геологически разнообразным, что означает обилие камней, холмов, долин и обнажения пород. Оснащённые системой НОМ вездеходы смогут распознавать важные приметы, видеть потенциальную опасность и объезжать её, и это может сузить посадочный радиус до 100 м. навигация на основе местности (НОМ). Команда из НАСА запустила тест быстродействия НОМ на RAD 750 и обнаружила, что обновление с единственной камеры проходит за время около 10 секунд. Проблема в том, что существующие сегодня процессоры космического класса слишком медленные для обработки изображений с такой скоростью. Для посадки вездехода на площадку радиусом 100 м обновления с камеры должны обрабатываться ежесекундно. К сожалению, если вы падаете на марсианскую поверхность, 10 секунд – это очень много. Для точной посадки на площадку в метр понадобится 10 обновлений в секунду.

Всё это находится за пределами возможностей текущих процессоров космического класса. Среди других вычислительных пожеланий от НАСА – алгоритмы, способные предсказывать надвигающиеся катастрофы на основе показаний датчиков, интеллектуальное построение графика, продвинутая автономность, и т.д. Они обнаружили, что мониторинг состояния корабля и посадка в сложных условиях потребует от 10 до 50 GOPS (гигаопераций в секунду). Поэтому в исследовании инженеры НАСА приводят свои оценки вычислительной мощности, необходимой для поддержки подобных задач. То же касается шлемов дополненной реальности или других устройств; они тоже потребляют от 50 до 100 GOPS. Футуристичные научно-фантастические полётные консоли с модными дисплеями и передовой графикой потребуют 50-100 GOPS.

Сегодня HPSC, работающий в режиме рассеиваемой мощности от 7 до 10 Вт, способен выдавать 9-15 GOPS. В идеале, будущие космические процессоры смогут влёгкую поддерживать все эти проекты. Во-первых, в эти 15 GOPS не входят преимущества по быстродействию, получаемые от ОКМД. Это уже могло бы сделать возможной экстремальную посадку, однако HPSC спроектирован так, что эта цифра может значительно возрастать. Поэтому у космического корабля будущего может быть несколько распределённых процессоров, работающих параллельно, а специализированные чипы могут заниматься определёнными задачами вроде обработки изображений или сигналов. Во-вторых, этот процессор может работать в связке с другими HPSC и внешними устройствами, например, специализированными процессорами FPGA или GPU.

LEON GR740 должен поступить в распоряжение ЕКА в конце этого года, и после прохождения нескольких дополнительных тестов, он должен быть готов к полёту в 2020-м. Вне зависимости от того, куда направятся мечты человечества о глубоком космосе, инженерам уже известно, на какой ступени развития находится текущие вычислительные мощности. На тестирование должно уйти несколько месяцев в 2022-м. Производственная фаза HPSC, в свою очередь, должна начаться в 2012 году и закончиться в 2022.

Это означает, что, без учёта других факторов, усложняющих прогресс, по крайней мере, космический кремний движется в будущее со скоростью, которая позволит ему подготовиться к возвращению людей на Луну к 2024 году. НАСА должна получить готовые к использованию чипы HPSC к концу 2022 года.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть