Memecahkan masalah radiasi adalah "titik balik dalam sejarah elektronik luar angkasa"
Phobos-Grunt , salah satu proyek ruang angkasa paling modern di Rusia modern, jatuh ke lautan pada awal 2012. Pesawat luar angkasa ini seharusnya mendarat di permukaan Phobos bulan Mars yang lusuh, mengumpulkan sampel tanah, dan membawanya kembali ke Bumi. Tetapi sebagai gantinya, dia hanyut tak berdaya selama beberapa minggu di
orbit Bumi rendah (DOE) karena kegagalan komputer di atas kapal sebelum menghidupkan mesin, yang seharusnya mengirim kapal ke Mars.
Dalam
laporan berikutnya
, pihak berwenang Rusia menyalahkan partikel bermuatan besar dalam sinar kosmik galaksi yang bertabrakan dengan chip SRAM dan menyebabkan chip gagal karena arus berlebihan yang mengalir melaluinya. Untuk mengatasi masalah ini, kedua prosesor yang berjalan di komputer, komputer, memulai reboot. Setelah itu, probe beralih ke mode siaga aman untuk perintah dari Bumi. Sayangnya, tidak ada instruksi yang diterima.
Antena komunikasi seharusnya mencapai mode desain operasi setelah kapal meninggalkan DOE. Namun, tidak ada yang meramalkan penolakan tersebut, karena itu penyelidikan tidak akan mencapai tahap ini. Setelah tabrakan dengan partikel, Phobos-Grunt berada di jalan buntu yang aneh. Mulai mesin onboard seharusnya memicu penyebaran antena. Mesin hanya bisa dimulai dengan perintah dari Bumi. Dan perintah ini tidak bisa datang, karena antena tidak dikerahkan. Kesalahan komputer menyebabkan runtuhnya misi, yang sedang dipersiapkan selama beberapa dekade. Khususnya, anggota tim LSM LSM yang harus disalahkan atas pengawasan tersebut. Lavochkin, produsen perangkat. Selama pengembangan, lebih mudah untuk membuat daftar apa yang berfungsi pada komputer mereka daripada apa yang tidak berfungsi. Namun, setiap kesalahan kecil yang mereka buat menjadi pengingat brutal bahwa mengembangkan komputer kelas ruang sangat rumit. Begitu Anda tersandung, dan miliaran dolar dibakar.
Pengembang hanya meremehkan kesulitan komputer di luar angkasa.
Apa yang sangat lambat?
Curiosity, kendaraan serba guna Mars tercinta, beroperasi pada dua prosesor BAE RAD750 dengan frekuensi clock hingga 200 MHz. Ini memiliki 256 Mb RAM dan 2 Gb SSD. Pada malam tahun 2020, RAD750 adalah prosesor ruang kelas single-core paling canggih. Hari ini adalah yang terbaik yang bisa kami kirim ke ruang angkasa.
Tapi, sayangnya, dibandingkan dengan smartphone di saku kami, kinerja RAD750 hanya dapat menyebabkan iba. Sirkuitnya didasarkan pada PowerPC 750, prosesor yang diperkenalkan IBM dan Motorola pada 1997 sebagai saingan Intel Pentium II. Ini berarti bahwa peralatan ruang paling canggih yang tersedia di luar angkasa saat ini dapat meluncurkan Starcraft (1998) pertama tanpa masalah, namun, itu akan mengalami masalah dalam menghadapi sesuatu yang lebih menuntut daya komputasi. Lupakan bermain Mars di Crysis.
Pada saat yang sama, RAD750 harganya sekitar $ 200.000. Tapi Anda tidak bisa begitu saja membuang iPhone Anda dan berakhir dengan itu? Dalam hal kecepatan, iPhone untuk beberapa generasi meninggalkan RAD750 dan harganya hanya $ 1.000 masing-masing, yang jauh lebih sedikit dari $ 200.000. Tim Phobos-Grunt mencoba melakukan hal serupa. Mereka mencoba meningkatkan kecepatan dan menghemat, tetapi pada akhirnya mereka terlalu jauh.
Chip memori Phobos Grunt SRAM, rusak oleh partikel bermuatan berat, diberi label WS512K32V20G24M. Dia terkenal di industri luar angkasa karena pada tahun 2005 chip ini
diuji dalam akselerator partikel di Brookhaven National Laboratory oleh T. Page dan J. Benedetto untuk menguji bagaimana mereka berperilaku ketika terkena radiasi. Para peneliti menggambarkan chip ini sebagai "sangat rentan," dan kegagalan mereka terjadi bahkan di bawah paparan energi minimum yang tersedia di Brookhaven. Hasilnya tidak mengejutkan, karena WS512K32V20G24M tidak dirancang untuk ruang. Mereka dikembangkan untuk penerbangan militer. Namun, mereka lebih mudah ditemukan dan mereka lebih murah daripada chip memori kelas-ruang, sehingga pengembang Phobos-Grunt memutuskan untuk mengambilnya.
"Penemuan kehadiran berbagai jenis radiasi di ruang angkasa telah menjadi salah satu titik balik paling penting dalam sejarah elektronik ruang angkasa, bersama dengan pemahaman tentang efek radiasi ini pada elektronik dan pengembangan teknologi penguatan chip dan pengurangan bahaya," kata Tyler Lovely, seorang peneliti di laboratorium penelitian Angkatan Udara AS. Sumber utama radiasi ini adalah sinar kosmik, proses matahari dan sabuk proton dan elektron yang terletak di batas medan magnet bumi, yang dikenal sebagai
sabuk radiasi Van Allen . Dari partikel-partikel yang bertabrakan dengan atmosfer Bumi, 89% adalah proton, 9% adalah partikel alfa, 1% adalah inti yang lebih berat, 1% adalah elektron bebas. Energi mereka bisa mencapai 10
19 eV. Menggunakan chip yang tidak cocok untuk ruang dalam probe yang harus melakukan perjalanan melalui ruang selama beberapa tahun berarti meminta masalah. Surat kabar Krasnaya Zvezda
menulis bahwa 62% dari chip yang digunakan pada Phobos-Grunt tidak dimaksudkan untuk digunakan di luar angkasa. Skema probe untuk 62% terdiri dari sentimen "mari kita pasang iPhone di sana".
Radiasi menjadi masalah
Saat ini, sinar kosmik adalah salah satu faktor utama yang dipertimbangkan ketika membuat komputer kelas-ruang. Tapi itu tidak selalu terjadi.
Komputer pertama masuk ke ruang angkasa di atas salah satu kendaraan Gemini di tahun 1960-an. Untuk mendapatkan izin menerbangkan mobil, saya harus melalui lebih dari seratus tes berbeda. Insinyur menguji bagaimana berperilaku sebagai respons terhadap getaran, kekosongan, suhu ekstrem, dan sebagainya. Tak satu pun dari tes ini memperhitungkan efek radiasi. Namun, komputer on-board "Gemini" bekerja dengan sangat baik, tanpa masalah. Itu karena dia terlalu besar untuk menolak. Secara harfiah. Memori sebanyak 19,5 KB terkandung dalam kotak
11 liter dan berat 12 kg . Dan seluruh komputer memiliki berat 26 kg.
Dalam industri komputer, kemajuan prosesor biasanya untuk mengurangi ukuran komponen dan meningkatkan kecepatan clock. Kami membuat transistor lebih kecil dan lebih kecil, pergi dari 240 nm ke 65 nm, lalu ke 14 nm, dan sudah menjadi 7 nm, ke smartphone modern. Semakin kecil transistor, semakin rendah tegangan yang diperlukan untuk menyalakan dan mematikannya. Oleh karena itu, radiasi praktis tidak mempengaruhi prosesor lama dengan komponen besar - lebih tepatnya, yang disebut
gangguan soliter . Tegangan yang diciptakan oleh tabrakan dengan partikel itu terlalu kecil untuk mempengaruhi operasi komputer yang cukup besar. Tetapi ketika orang yang bercita-cita ke luar angkasa mulai mengurangi ukuran komponen untuk mendorong lebih banyak transistor per chip, partikel yang diciptakan oleh tegangan menjadi cukup untuk menyebabkan masalah.
Lebih umum, insinyur untuk meningkatkan kinerja prosesor meningkatkan kecepatan clock mereka. Di Intel 386SX, di bawah kontrol siapa otomasi bekerja di kabin kontrol pesawat ulang-alik, itu bekerja pada frekuensi 20 MHz. Prosesor modern di puncak dapat mencapai hingga 5 GHz. Frekuensi jam menentukan jumlah siklus pemrosesan yang mampu dilakukan prosesor per unit waktu. Masalah dengan radiasi adalah bahwa tabrakan dengan partikel dapat merusak data dalam memori prosesor (L1 atau L2 cache) untuk waktu yang singkat. Ternyata dalam setiap detik partikel bermuatan memiliki sejumlah peluang terbatas untuk menciptakan masalah. Pada prosesor dengan kecepatan clock kecil, jumlah ini cukup kecil. Tetapi dengan peningkatan frekuensi, jumlah instants waktu ini dalam satu detik meningkat, yang membuat prosesor lebih sensitif terhadap radiasi. Oleh karena itu, prosesor dengan resistensi radiasi yang ditingkatkan hampir selalu lebih lambat daripada rekan komersial. Alasan utama prosesor kosmik bekerja sangat lambat adalah karena hampir semua metode yang dapat mempercepatnya membuat mereka lebih rentan.
Untungnya, masalah ini bisa diatasi.
Kami berurusan dengan radiasi
"Sebelumnya, radiasi diminimalkan oleh proses semikonduktor yang dimodifikasi," kata Roland Weigand, insinyur VISI / ASIC di European Space Agency. "Sudah cukup untuk mengambil inti komersial prosesor dan menerapkan proses untuk itu yang meningkatkan ketahanan radiasi." Teknologi perlindungan radiasi pabrikan ini menggunakan bahan-bahan seperti safir atau galium arsenide, yang tidak bereaksi banyak terhadap radiasi, tidak seperti silikon. Prosesor yang diproduksi dengan cara ini bekerja dengan baik di lingkungan dengan radiasi tinggi, misalnya, di ruang angkasa, tetapi untuk produksinya, perlu melengkapi seluruh pabrik.
“Untuk meningkatkan kinerja, saya harus menggunakan prosesor yang lebih maju. Mengingat biaya pabrik semikonduktor modern, perubahan khusus dalam proses manufaktur tidak lagi praktis untuk pasar khusus seperti ruang, ”kata Weigand. Akibatnya, ini memaksa insinyur untuk menggunakan prosesor komersial yang menjadi sasaran gangguan tunggal. "Untuk mengurangi efek ini, kami harus beralih ke teknologi lain untuk meningkatkan ketahanan radiasi - yang kami sebut perlindungan radiasi desain," tambah Weigand.
Perlindungan desain memungkinkan produsen untuk menggunakan proses pembuatan CMOS standar. Prosesor kelas-ruang seperti itu dapat diproduksi di pabrik-pabrik komersial, mengurangi biaya mereka menjadi wajar, dan memungkinkan pengembang misi ruang angkasa untuk mengejar ketinggalan dengan penawaran komersial sedikit. Radiasi ditangani dengan menggunakan teknik genius, dan bukan hanya sifat fisik material. "Misalnya, triple modular redundancy (TMI) adalah salah satu cara paling populer untuk melindungi chip dari radiasi, dalam hal lain itu sepenuhnya standar," jelas Weigand. "Tiga salinan identik dari setiap informasi disimpan dalam memori sepanjang waktu." Pada tahap membaca, ketiganya dibaca dan versi yang benar dipilih oleh mayoritas. "
Jika ketiga salinan itu sama, informasinya dianggap benar. Hal yang sama terjadi ketika dua salinan adalah sama, dan satu berbeda dari mereka - salinan yang benar dipilih oleh mayoritas suara. Tetapi ketika ketiga salinan berbeda, sistem mencatat kesalahan. Idenya adalah untuk menyimpan informasi yang sama di tiga alamat memori berbeda yang terletak di tiga tempat berbeda pada chip. Untuk merusak data, dua partikel harus secara bersamaan bertabrakan dengan tempat-tempat di mana dua salinan dari partikel informasi yang sama disimpan, yang sangat tidak mungkin. Kelemahan dari pendekatan ini adalah ketersediaan pekerjaan yang berlebihan untuk prosesor. Dia perlu melakukan setiap operasi tiga kali, yang berarti dia hanya akan mencapai sepertiga dari kecepatannya.
Jadi ide terbaru datang untuk membawa kinerja prosesor kelas ruang lebih dekat dengan rekan-rekan komersial mereka. Alih-alih melindungi seluruh sistem pada chip dari radiasi, insinyur memutuskan di mana perlindungan ini paling relevan. Dan di mana Anda bisa menolaknya? Ini secara signifikan mengubah prioritas desain. Prosesor ruang yang lebih lama tidak sensitif terhadap radiasi. Prosesor baru sensitif terhadapnya, tetapi mereka dirancang untuk secara otomatis mengatasi semua kesalahan yang dapat disebabkan oleh radiasi.
Sebagai contoh, LEON GR740 adalah prosesor ruang kelas Eropa terbaru. Diharapkan bahwa ia akan mengalami 9 gangguan tunggal per hari saat berada di orbit geostasioner Bumi. Kuncinya adalah bahwa mereka semua akan ditahan oleh sistem dan tidak akan menyebabkan kesalahan operasional. GR740 dirancang sehingga kesalahan fungsional tidak terjadi lebih dari sekali setiap 300 tahun. Dan bahkan dalam hal ini, dia bisa reboot.
Eropa memilih keterbukaan
Garis prosesor kelas ruang LEON SPARC adalah pilihan paling populer di Eropa untuk aplikasi ruang. "Pada tahun 90-an, ketika spesifikasi SPARC dipilih, itu sangat tertanam dalam industri," kata Weigand. "Sun Microsystems telah menggunakannya pada workstation yang sukses." Menurutnya, alasan utama untuk transisi ke SPARC adalah dukungan perangkat lunak dan keterbukaan platform. “Arsitektur terbuka berarti bahwa setiap orang dapat menggunakannya tanpa masalah lisensi. Ini penting karena dalam ceruk yang sempit seperti ruang, biaya lisensi didistribusikan di antara sejumlah kecil perangkat, yang secara serius meningkatkan biaya mereka, ”jelasnya.
Akibatnya, ESA belajar melalui pengalaman pahit dengan masalah perizinan. Prosesor SPARC ruang Eropa pertama - ERC32, yang digunakan hingga hari ini - menggunakan prosesor komersial. Itu didasarkan pada arsitektur terbuka, tetapi sirkuit prosesor adalah hak milik. “Ini menyebabkan masalah. Biasanya tidak ada akses ke kode sumber sistem berpemilik, sehingga sulit untuk melakukan perubahan pada proyek yang diperlukan untuk meningkatkan perlindungan radiasi, "kata Weigand. Oleh karena itu, pada langkah berikutnya, ESA mulai mengerjakan prosesornya sendiri, LEON. "Proyeknya sepenuhnya di bawah kendali kami, dan kami akhirnya mendapat kesempatan untuk menggunakan semua teknologi proteksi radiasi yang kami inginkan."
Perkembangan terbaru dalam jajaran prosesor LEON adalah quad-core GR740, yang beroperasi pada frekuensi sekitar 250 MHz. (Weigand mengatakan ia mengharapkan pengiriman pertama akan dikirimkan pada akhir 2019). GR740
diproduksi menggunakan teknologi proses 65 nm . Ini adalah sistem berbasis chip yang dirancang untuk komputasi kecepatan tinggi serba guna berdasarkan arsitektur SPARC32. “Tujuan menciptakan GR740 adalah untuk mencapai kecepatan yang lebih besar dan kemampuan untuk menambahkan perangkat tambahan ke sirkuit terintegrasi, sambil meninggalkan kompatibilitas dengan prosesor kelas ruang Eropa sebelumnya,” kata Weigand. Fitur lain dari GR740 adalah sistem toleransi kesalahan tingkat lanjut. Prosesor dapat mengatasi sejumlah besar kesalahan yang disebabkan oleh radiasi, dan masih memastikan operasi perangkat lunak yang tidak terganggu. Setiap unit dan fungsi GR740 dioptimalkan untuk kecepatan tertinggi. Ini berarti bahwa komponen yang sensitif terhadap gangguan tunggal berdekatan dengan yang lain yang dapat dengan mudah mengatasinya. Dan semua komponen sensitif digunakan dalam rangkaian yang mengurangi efek kesalahan melalui redundansi.
Misalnya, beberapa pemicu pada GR740 adalah FF CORELIB komersial reguler. Mereka dipilih untuk digunakan pada chip ini karena mereka mengambil lebih sedikit ruang, sehingga meningkatkan kepadatan komputasi. Downside adalah bahwa mereka tunduk pada gangguan tunggal, tetapi mereka menemukan ini dengan bantuan blok TMI. Setiap informasi yang dibaca dari pemicu ini dikonfirmasi oleh pemungutan suara antara semua modul yang terletak cukup jauh sehingga satu peristiwa tidak memengaruhi beberapa bit. Skema serupa diterapkan untuk cache prosesor L1 dan L2, yang terdiri dari sel-sel SRAM, juga mengalami gangguan tunggal. Ketika skema semacam itu mulai mempengaruhi kinerja terlalu banyak, insinyur ESA beralih ke pemicu SKYROB yang tahan terhadap gangguan. Namun, mereka mengambil ruang dua kali lebih banyak dari CORELIB. Saat mencoba meningkatkan daya komputasi komputer di ruang angkasa, Anda selalu harus membuat beberapa kompromi.
Sejauh ini, GR740 telah melewati beberapa tes radiasi dengan sangat baik. Chip itu ditembakkan dengan ion berat dengan
transfer energi linier (LET), mencapai 125 MeV * cm
2 / mg, dan mereka bekerja tanpa satu kegagalan. Untuk memiliki sesuatu untuk dibandingkan, chip SRAM yang sangat, yang menyebabkan Phobos-Grunt jatuh, gagal hanya sekitar 0,375 MeV * cm
2 / mg ketika partikel dengan LET menabrak. GR740 tahan radiasi 300 kali lebih kuat. Selain kekebalan hampir lengkap terhadap gangguan tunggal, GR740 dapat menyerap hingga 300 mencuri radiasi selama masa pakainya. Selama pengujian, tim Weigand bahkan menyinari salah satu prosesor hingga 293 derajat, tetapi meskipun demikian, chip bekerja, seperti biasa, tanpa menunjukkan tanda-tanda degradasi.
Namun, tes yang menunjukkan dosis ionisasi maksimum sebenarnya yang mampu diserap GR740 belum dilakukan. Semua angka-angka ini bersama-sama menunjukkan bahwa prosesor ini, yang bekerja di orbit geostasioner Bumi, harus menghasilkan satu kesalahan fungsional setiap 350 tahun. Di orbit rendah, periode ini meningkat menjadi 1.310 tahun. Dan bahkan kesalahan seperti itu tidak akan mematikan GR740. Dia hanya perlu reboot.
Amerika memilih solusi yang dipatenkan
"Prosesor kelas luar angkasa yang dikembangkan di Amerika Serikat secara tradisional didasarkan pada teknologi berpemilik seperti PowerPC, karena orang-orang memiliki lebih banyak pengalaman bekerja dengan mereka dan didukung oleh semua jenis perangkat lunak," kata Lovelie dari laboratorium penelitian Angkatan Udara AS. Bagaimanapun, sejarah komputasi ruang dimulai dengan prosesor digital yang dikembangkan oleh IBM untuk misi Gemini di tahun 1960-an. Dan IBM bekerja dengan teknologi eksklusif.
Hingga hari ini, prosesor BAE RAD didasarkan pada PowerPC, yang lahir berkat karya konsorsium IBM, Apple dan Motorola. Prosesor yang beroperasi di komputer kokpit pesawat ulang-alik dan teleskop Hubble dibuat berdasarkan arsitektur x86 yang disediakan oleh Intel. Baik PowerPC dan x86 adalah teknologi eksklusif. Melanjutkan tradisi ini, proyek terbaru di bidang ini juga didasarkan pada teknologi tertutup.
High Speed Space Flight Computer ( HPSC ) berbeda dari PowerPC dan x86 karena yang terakhir lebih dikenal sebagai prosesor desktop. Dan HPSC didasarkan pada arsitektur ARM yang berfungsi saat ini di sebagian besar ponsel cerdas dan tablet.HPSC dikembangkan oleh NASA, laboratorium penelitian Angkatan Udara AS dan Boeing, yang bertanggung jawab untuk produksi. HPSC didasarkan pada prosesor ARM Cortex A53 empat inti. Dia akan memiliki dua prosesor yang terhubung oleh bus AMBA, yang pada akhirnya akan memberikan sistem delapan inti. Oleh karena itu, kecepatannya akan berada di suatu tempat di area smartphone kelas menengah pada tahun 2018 seperti Samsung Galaxy J8 atau papan pengembangan seperti HiKey Lemaker atau Raspberry Pi. Benar, indikator ini diberikan sebelum perlindungan dari radiasi - itu akan mengurangi kecepatannya lebih dari dua kali. Namun, kami tidak lagi harus membaca berita utama yang membosankan bahwa 200 prosesor dari Curiosity rover tidak akan menyusul satu iPhone. Setelah peluncuran HPSC, hanya tiga atau empat chip ini yang akan diperlukan untuk membandingkan kecepatan dengan iPhone."Karena kami belum memiliki HPSC nyata untuk tes, kami hanya dapat membuat asumsi yang masuk akal tentang kinerjanya," kata Lovelie. Parameter yang dipelajari dengan saksama adalah frekuensi clock. Prosesor delapan inti komersial Cortex A53 biasanya berjalan pada frekuensi dari 1,2 GHz (dalam kasus HiKey Lemaker) hingga 1,8 GHz (seperti Snapdragon 450). Untuk mengetahui berapa frekuensi clock HPSC setelah perlindungan radiasi, Lovely membandingkanberbagai prosesor kelas ruang dengan rekan-rekan komersial mereka. "Kami memutuskan bahwa akan masuk akal untuk mengharapkan penurunan kinerja yang sama," katanya. Lovely menilai kecepatan jam HPSC pada 500 MHz. Dan tetap saja itu akan menjadi kecepatan yang sangat tinggi untuk chip ruang-kelas. Jika frekuensi ini benar-benar seperti itu, maka HPSC akan menjadi juara dalam frekuensi clock di antara prosesor kelas ruang. Namun, peningkatan daya komputasi dan frekuensi clock di ruang angkasa biasanya berubah menjadi masalah serius.Saat ini, prosesor yang dilindungi radiasi paling kuat adalah BAE RAD5545. Ini adalah mesin 64-bit empat-inti yang dibuat oleh proses manufaktur 45 nm, beroperasi pada frekuensi clock 466 MHz dan daya yang dihamburkan hingga 20 W; dan 20 watt layak. Quad Core i5 dalam 13 "MacBook Pro 2018 menghilang 28 watt. Ini dapat menghangatkan kasing aluminium ke suhu yang sangat tinggi, hingga yang mulai menimbulkan masalah bagi pengguna. Selama beban komputasi tinggi, kipas akan segera dihidupkan untuk mendinginkan seluruh sistem. Tetapi hanya di penggemar tidak akan membantu ruang sama sekali, karena tidak ada udara yang bisa bertiup pada keping panas. Satu-satunya cara yang mungkin untuk menghilangkan panas dari pesawat ruang angkasa adalah radiasi, dan ini membutuhkan waktu. Tentu saja, pipa panas akan membantu menghilangkan panas dari prosesor, tetapi panas ini akhirnya harus pergi ke suatu tempat.Beberapa misi memiliki anggaran energi yang sangat terbatas, dan mereka tidak mampu membeli prosesor sekuat RAD5545. Oleh karena itu, daya energi GR740 yang dihamburkan di Eropa hanya 1,5 watt. Ini bukan yang tercepat yang tersedia, tetapi yang paling efektif. Itu hanya memberi Anda jumlah maksimum komputasi per watt. A 10 W HPSC dekat dengan itu di tempat kedua, tetapi tidak selalu.“Setiap inti HPSC memiliki modul sendiri dari aliran perintah tunggal, banyak aliran data, OKMD(Data Multi Instruksi Tunggal, SIMD). Teknologi OKMD telah sering digunakan di desktop komersial dan komputer seluler sejak tahun 90-an. Ini membantu prosesor menangani pemrosesan gambar dan suara dengan lebih baik di video game. Katakanlah kita perlu meringankan gambar. Ini memiliki banyak piksel, dan masing-masing memiliki kecerahan yang perlu ditingkatkan dua. Tanpa OKMD, prosesor harus menjalankan semua penjumlahan ini secara berurutan, satu demi satu piksel. Menggunakan OKMD, masalah ini dapat diparalelkan. Prosesor menerima beberapa titik data - nilai kecerahan semua piksel dalam gambar - dan menjalankan instruksi yang sama dengan mereka, menambahkan deuce ke semua pada saat yang sama. Dan karena prosesor Cortex A53 dirancang untuk smartphone dan tablet yang menangani sejumlah besar konten media, HPSC juga mampu melakukannya."Ini sangat bermanfaat dalam tugas-tugas seperti kompresi gambar, pemrosesan, atau penglihatan stereo," kata Lovely. - Dalam aplikasi yang tidak menggunakan fitur ini, HPSC bekerja sedikit lebih baik daripada GR740 dan prosesor ruang cepat lainnya. Tetapi ketika itu dapat digunakan, chip itu benar-benar di depan para pesaingnya. "Membawa fiksi ilmiah kembali ke eksplorasi ruang angkasa
Pengembang chip dari AS cenderung lebih kuat, tetapi juga lebih menuntut prosesor energi, karena misi NASA, baik robot dan berawak, biasanya dalam skala yang lebih besar daripada rekan-rekan mereka di Eropa. Di Eropa, tidak ada rencana untuk masa yang akan datang untuk mengirim orang atau kendaraan segala medan seukuran mobil ke bulan atau Mars. Saat ini, ESA berfokus pada probe dan satelit, biasanya bekerja dengan anggaran energi terbatas, jadi memilih sesuatu yang lebih ringan dan lebih hemat energi, seperti GR740, lebih masuk akal. HPSC pada awalnya dirancang untuk membawa ambisi fiksi ilmiah NASA ke berbagai tempat.Misalnya, pada tahun 2011, Program Pengembangan Game Game Mengubah NASA menugaskan penelitian tentang bagaimana permintaan komputasi di ruang angkasa akan terlihat dalam 15-20 tahun. Sebuah tim ahli dari berbagai pusat agensi telah menyusun daftar tugas yang bisa diselesaikan oleh prosesor canggih dalam misi berawak dan robot. Salah satu tugas pertama yang mereka identifikasi adalah pemantauan status peralatan secara konstan. Tugas ini bermuara pada keberadaan sensor yang secara konstan memonitor status komponen kritis. Memperoleh data frekuensi tinggi dari semua sensor ini membutuhkan prosesor cepat. Komputer yang lambat mungkin akan mengatasi tugas jika data sampai di suatu tempat setiap 10 menit, tetapi jika Anda perlu memeriksa semua peralatan beberapa kali per detik untuk mencapai efisiensi,menyerupai pemantauan waktu nyata, prosesor Anda harus berjalan sangat cepat. Semua ini perlu dikembangkan agar para astronot dapat duduk di depan panel kontrol, yang akan menampilkan keadaan kapal yang sebenarnya, yang mampu mengeluarkan peringatan suara dan grafik yang indah. Untuk mendukung grafik seperti itu, komputer cepat juga diperlukan.Namun, tujuan fiksi ilmiah tidak berakhir dengan kokpit. Astronot yang menjelajahi dunia lain kemungkinan memiliki sistem augmented reality yang terpasang di helm mereka. Lingkungan mereka akan dilengkapi dengan video, suara, dan data GPS yang dihasilkan komputer. Secara teori, augmented reality akan meningkatkan efektivitas para peneliti, menandai area-area yang layak untuk dijelajahi dan memperingatkan situasi yang berpotensi berbahaya. Tentu saja, menanamkan augmented reality di helm hanyalah salah satu dari beberapa kemungkinan. Di antara opsi lain yang disebutkan dalam penelitian ini adalah perangkat portabel, seperti smartphone, dan sesuatu yang samar-samar digambarkan sebagai "kemungkinan lain untuk menampilkan informasi." Terobosan komputasi seperti itu akan membutuhkan prosesor kelas ruang yang lebih cepat.Juga, prosesor tersebut harus meningkatkan misi robot. Salah satu contoh utamanya adalah mendarat di medan yang sulit. Memilih situs untuk mendarat di permukaan selalu merupakan kompromi antara keamanan dan nilai ilmiah. Tempat teraman adalah bidang datar tanpa batu, bukit, lembah dan singkapan batuan. Dari sudut pandang ilmiah, tempat paling menarik akan beragam secara geologis, yang berarti banyak batu, bukit, lembah, dan singkapan batuan. Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah yang disebut. Navigasi Berbasis Terrain (NOM). Semua medan kendaraan yang dilengkapi dengan sistem NOM dapat mengenali tanda-tanda penting, melihat potensi bahaya dan mengitarinya, dan ini dapat mempersempit radius pendaratan hingga 100 m. Masalahnya adalah bahwa prosesor kelas ruang yang ada saat ini terlalu lambat untuk memproses gambar dengan kecepatan seperti itu.Sebuah tim dari NASA meluncurkan uji kinerja NOM pada RAD 750 dan menemukan bahwa memperbarui dari satu kamera membutuhkan waktu sekitar 10 detik. Sayangnya, jika Anda jatuh di permukaan Mars, 10 detik banyak. Untuk mendaratkan kendaraan segala medan di lokasi dengan radius 100 m, pembaruan dari kamera harus diproses setiap detik. Untuk pendaratan yang tepat di situs per meter, Anda akan membutuhkan 10 pembaruan per detik.Di antara keinginan komputasi lain dari NASA adalah algoritma yang dapat memprediksi bencana yang akan terjadi berdasarkan pembacaan sensor, grafik cerdas, otonomi maju, dll. Semua ini di luar kemampuan prosesor kelas ruang saat ini. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, para insinyur NASA memberikan perkiraan kekuatan komputasi yang diperlukan untuk mendukung tugas-tugas tersebut. Mereka menemukan bahwa pemantauan kondisi kapal dan pendaratan dalam kondisi sulit akan membutuhkan 10 hingga 50 GOPS (operasi giga per detik). Konsol penerbangan sci-fi futuristik dengan tampilan modis dan grafis canggih akan membutuhkan 50-100 GOPS. Hal yang sama berlaku untuk helm augmented reality atau perangkat lain; mereka juga mengkonsumsi dari 50 hingga 100 GOPS.Idealnya, prosesor ruang masa depan akan dapat dengan mudah mendukung semua proyek ini. Hari ini, HPSC, yang beroperasi dalam disipasi daya dari 7 hingga 10 watt, mampu menghasilkan 9-15 GOPS. Ini sudah memungkinkan pendaratan ekstrem, tetapi HPSC dirancang agar angka ini dapat meningkat secara signifikan. Pertama-tama, 15 GOPS ini tidak termasuk keuntungan kinerja yang diterima dari OKMD. Kedua, prosesor ini dapat bekerja bersama dengan HPSC dan perangkat eksternal lainnya, misalnya, prosesor FPGA atau GPU khusus. Oleh karena itu, pesawat ruang angkasa masa depan mungkin memiliki beberapa prosesor terdistribusi yang bekerja secara paralel, dan chip khusus dapat menangani tugas-tugas tertentu seperti pemrosesan gambar atau sinyal.Terlepas dari di mana impian umat manusia tentang ruang angkasa yang dalam, insinyur sudah tahu pada tahap perkembangan apa daya komputasi saat ini. LEON GR740 dijadwalkan akan tersedia untuk ESA akhir tahun ini, dan setelah melewati beberapa tes tambahan, harus siap terbang pada tahun 2020. Fase produksi HPSC, pada gilirannya, harus dimulai pada 2012 dan berakhir pada 2022. Perlu waktu beberapa bulan untuk menguji pada 2022.NASA harus menerima chip HPSC yang siap digunakan pada akhir tahun 2022. Ini berarti bahwa, tanpa memperhitungkan faktor-faktor lain yang menyulitkan kemajuan, setidaknya silikon kosmik bergerak ke masa depan dengan kecepatan yang memungkinkannya mempersiapkan kembalinya manusia ke bulan pada tahun 2024.