Тройной компьютер защитит результаты от космической радиации
Вы расстраиваетесь, в то время, когда ваш компьютер сбоит, теряя эти либо отключаясь всецело? Представьте, каково приходится астронавтам и космонавтам, каковые доверяют электронике навигацию либо совокупности жизнеобеспечения.
Так как на орбите сбоящий процессор может оказаться смертельно страшным.
К сожалению, в космосе имеется, как минимум, один фактор, что может и самый современный компьютер сделать ненадёжным. Это радиация.
В то время, когда высокоэнергетические частицы из состава космических лучей сталкиваются с микросхемой, они смогут вынудить её сделать неточность. И так как не то дабы компьютеры не трудились вовсе.
Но вот появляется один нолик вместо верной единички, а в том месте — второй… Что в случае если в следствии этого корабль, например, не сможет возвратиться с Луны?
Об этом действии радиации известно в далеком прошлом. Фактически, с момента выхода электроники в космическое пространство.
И рецепт противодействия кроме этого в далеком прошлом известен: особые чипы, устойчивые к радиации. Их делают по более неотёсанной технологии (размер элементов микросхем), с избыточным числом транзисторов и иными пересмотренными техническими параметрами.
Радиацию они переносят нормально, но владеют рядом недочётов. Такие схемы раз в десять медленнее, чем сопоставимые с ними по размерам современные «гражданские» процессоры. В силу мелкосерийного производства они дороги.
А ещё они прожорливы в плане электропитания.
Имеется другой вариант: вы берёте стремительные «камни», каковые опасаются радиации, но числом в три раза большем, чем необходимо. Все три процессора у вас должны в один момент делать одну и ту же задачу (к примеру, расчёт траектории), а в конце — сверять итог.
Маловероятно, что частицы космических лучей поразят любой из трёх процессоров в один момент. Скорее, пострадает один чип из трёх.
Так, итог, отличающийся от двух вторых (они-то будут совпадать), направляться отбросить, как ошибочный.
Данный принцип, само собой разумеется, не нов. Его использовали создатели космической техники в различных государствах (и в СССР) — ещё на заре космонавтики. Его же применяли и создатели баллистических ракет.
Действительно, частенько троичное дублирование со сверкой сигналов на выходе не столько являлось защитой от радиации, сколько «защитой» от очевидной ненадёжности самих схем, их низкого качества.
Скоростной тяжёлый ион пробивает чип (да и целый корабль, увидим) полностью, порождая заряды, вызывающие сбой в работе схемы (иллюстрация ESA).
Мы отвлеклись. Казалось бы, ставь три процессора вместо одного и ни о чём не волнуйся.
Но мы снова приходим к печальным последствиям: при производительности, равной одному хорошему процессору, мы имеем тут тройную массу, тройные потребление и объём электричества. Всё это возможно критическим. Особенно — на маленьких спутниках.
Да и в пилотируемых миссиях также. Скажем, при полёте к Марсу инженеры будут бороться за любой грамм корабля.
NASA собирается исправить эту обстановку посредством программы «Адаптированное к среде отказоустойчивое вычисление» (Environmentally Adaptive Fault-Tolerant Computing — EAFTC).
Эксперты агентства придумали таковой движение. В общем тут употребляется вторая стратегия, другими словами, компьютер для корабля (спутника, межпланетной станции) строится на базе замечательных современных Pentium и PowerPC, скоростных и относительно недорогих (самых простых «гражданских», что миллионами реализовывают в магазинах).
Но употребляются они не совсем в большинстве случаев. Отдельная особая программа каждую секунду оценивает важность каждой запускаемой программы.
Если она совсем не критична — её отрабатывает лишь один «камень» бортового компьютера. В случае если чуть более ответственна — в один момент два, а вдруг крайне важна (траектория возврата корабля к себе, скажем, либо верный угол входа в воздух) — вычисления выполняют в один момент три процессора, с последующим сличением результатов.
Такая динамическая совокупность рационально применяет вычислительные ресурсы, без потери собственных «антирадиационных» свойств.
Вычисление одной и той же задачи двумя чипами именуется 100-процентной избыточностью, тремя — 200-процентной. Средняя избыточность в совокупности EAFTC составит всего 15-20% при устойчивости к радиации как у несложных совокупностей с 200-процентной избыточностью.
А это указывает, что простаивающие в любой момент времени процессоры будут или задействованы для иных задач (другими словами, неспециализированная производительность компьютера, соотнесённая с его весом — будет выше), или — «камни» будут «дремать», экономя электричество.
Специалисты говорят, что EAFTC не вытеснит особые радиационноустойчивые чипы всецело, но последние останутся только в самых главных точках.
Компьютер, созданный по программе EAFTC (фото NASA/Honeywell).
Примечательно, что рост производительности бортовых совокупностей при сохранении их низкого расхода и веса электричества даст будущей технике и другие бонусы. Так, возможно будет массу данных с научных устройств обрабатывать прямо на борту аппарата, а на Землю отсылать более либо менее готовые к осмыслению результаты, вместо «сырого» потока бит с того либо иного датчика.
А это крайне важно, поскольку пропускная свойство (килобит в секунду) совокупностей связи «космический аппарат — наземная станция», особенно применяемых в миссиях дальнего космоса (Марс, Юпитер, Сатурн) — мала. Со скоростями, привычными нам по наземным сетям, и сравнивать некомфортно.
Воплотить идею EAFTC в металле взялась американская компания Honeywell International.
Первый компьютер, собранный и запрограммированный по таким правилам, обязан полететь в космос на спутнике Space Technology 8, что есть частью программы NASA New Millennium. Она призвана создать и испытать на орбите перспективные разработки для будущих космических аппаратов.
Но запуск этого спутника намечен, увы, только на 2009 год.
