คอมพิวเตอร์ EAFTC ในแชสซีเครื่องบินพร้อมที่ว่าง เครดิตรูปภาพ: NASA / Honeywell คลิกเพื่อดูภาพขยาย
น่าเสียดายที่รังสีที่แผ่กระจายไปทั่วอวกาศสามารถทำให้เกิดข้อบกพร่อง เมื่ออนุภาคความเร็วสูงเช่นรังสีคอสมิกชนกับวงจรกล้องจุลทรรศน์ของชิปคอมพิวเตอร์พวกเขาสามารถทำให้ชิปเกิดข้อผิดพลาดได้ หากข้อผิดพลาดเหล่านั้นส่งยานอวกาศที่บินไปในทิศทางที่ผิดหรือขัดขวางระบบช่วยชีวิตอาจเป็นข่าวร้าย
เพื่อความปลอดภัยภารกิจด้านอวกาศส่วนใหญ่ใช้ชิปคอมพิวเตอร์ชุบด้วยรังสี ชิป“ Rad-hard” นั้นแตกต่างจากชิปทั่วไปในหลาย ๆ ด้าน ตัวอย่างเช่นพวกเขามีทรานซิสเตอร์พิเศษที่ใช้พลังงานมากขึ้นในการเปิดและปิด รังสีคอสมิกไม่สามารถกระตุ้นได้อย่างง่ายดาย ชิป Rad-hard ยังคงทำการคำนวณที่แม่นยำต่อไปเมื่อชิปทั่วไปอาจ“ ผิดพลาด”
NASA พึ่งพาชิปพิเศษที่ทนทานเป็นพิเศษเหล่านี้เพื่อให้คอมพิวเตอร์มีพื้นที่ที่คุ้มค่า แต่ชิปที่ทำขึ้นเองเหล่านี้มีข้อเสียบางประการ: พวกมันมีราคาแพง, กำลังหิวและช้า - ซึ่งช้ากว่าซีพียูเทียบเท่าในพีซีเดสก์ทอปผู้บริโภคยุคใหม่ถึง 10 เท่า
เมื่อนาซ่าส่งผู้คนกลับไปยังดวงจันทร์และต่อไปยังดาวอังคาร - ดูวิสัยทัศน์สำหรับการสำรวจอวกาศ - นักวางแผนภารกิจต้องการให้ยานอวกาศมีแรงม้าในการคำนวณมากขึ้น
การมีพลังการประมวลผลบนเครื่องบินมากขึ้นจะช่วยให้ยานอวกาศอนุรักษ์ทรัพยากรที่มีอยู่อย่าง จำกัด ได้มากที่สุดนั่นคือแบนด์วิดท์ แบนด์วิดท์ที่มีให้สำหรับข้อมูลการยิ้มแย้มแจ่มใสกลับสู่โลกมักจะเป็นคอขวดด้วยความเร็วในการส่งที่ช้ากว่าโมเด็มผ่านสายโทรศัพท์เก่า หากรีมของข้อมูลดิบที่รวบรวมโดยเซ็นเซอร์ของยานอวกาศสามารถ "กระทืบ" บนเรือได้นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถส่งสัญญาณย้อนกลับได้เพียงผลลัพธ์ซึ่งจะใช้แบนด์วิดท์น้อยกว่ามาก
บนพื้นผิวของดวงจันทร์หรือดาวอังคารนักสำรวจสามารถใช้คอมพิวเตอร์อย่างรวดเร็วเพื่อวิเคราะห์ข้อมูลของพวกเขาทันทีหลังจากรวบรวมมันระบุพื้นที่ที่มีความสนใจทางวิทยาศาสตร์สูงอย่างรวดเร็วและอาจรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมก่อนที่โอกาสจะหายวับไป โรเวอร์จะได้รับประโยชน์เช่นกันจากความฉลาดพิเศษของซีพียูสมัยใหม่
การใช้ชิป Pentium และ PowerPC ที่ราคาไม่แพงและทรงพลังเหมือนกันที่พบในพีซีสำหรับผู้บริโภคจะช่วยได้อย่างมาก แต่หากต้องการแก้ไขปัญหาข้อผิดพลาดที่เกิดจากรังสีต้องแก้ไข
นี่คือที่ซึ่งโครงการของนาซ่าที่เรียกว่าการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อม (Fault-Tolerant Computing) (EAFTC) เข้ามานักวิจัยที่ทำงานในโครงการกำลังทดลองกับวิธีการใช้ซีพียูผู้บริโภคในภารกิจอวกาศ พวกเขาสนใจเป็นพิเศษใน“ เหตุการณ์เดียวที่ทำให้อารมณ์แปรปรวน” ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดที่เกิดจากการแผ่รังสีอนุภาคเดี่ยวลงสู่ชิป
สมาชิกในทีม Raphael JPL บางคนอธิบายว่า:“ วิธีหนึ่งในการใช้งานที่เร็วกว่าซีพียูสำหรับผู้บริโภคในอวกาศก็คือการมีซีพียูจำนวนมากถึงสามเท่าตามที่คุณต้องการ: ซีพียูสามตัวทำการคำนวณและลงคะแนนผลลัพธ์เดียวกัน หากซีพียูตัวใดตัวหนึ่งทำให้เกิดข้อผิดพลาดจากการแผ่รังสีอีกสองตัวจะยังคงเห็นด้วยจึงชนะการโหวตและให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง”
วิธีนี้ใช้งานได้ แต่บ่อยครั้งที่มันเกินความจริงโดยการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าและพลังการประมวลผลไปยังการคำนวณการตรวจสอบสามครั้งซึ่งไม่สำคัญ
“ ในการดำเนินการอย่างชาญฉลาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้นเรากำลังพัฒนาซอฟต์แวร์ที่ชั่งน้ำหนักความสำคัญของการคำนวณ” บางคนกล่าวต่อ “ ถ้ามันสำคัญมากเช่นการนำทางซีพียูทั้งสามจะต้องลงคะแนน หากมันมีความสำคัญน้อยกว่าเช่นการวัดการแต่งแต้มทางเคมีของหินอาจมี CPU เพียงหนึ่งหรือสองตัวเท่านั้นที่เกี่ยวข้อง
นี่เป็นเพียงหนึ่งในเทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ EAFTC รวบรวมไว้ในแพ็คเกจเดียว ผลที่ได้คือประสิทธิภาพที่ดีขึ้นมากหากไม่มีซอฟต์แวร์ EAFTC คอมพิวเตอร์ที่ใช้ซีพียูผู้บริโภคต้องการความซ้ำซ้อน 100-200% เพื่อป้องกันข้อผิดพลาดที่เกิดจากรังสี (ความซ้ำซ้อน 100% หมายถึงซีพียู 2 ตัว 200% หมายถึง 3 ซีพียู) ด้วย EAFTC จำเป็นต้องมีความซ้ำซ้อนเพียง 15-20% สำหรับการป้องกันในระดับเดียวกัน เวลา CPU ที่บันทึกไว้ทั้งหมดสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพแทน
“ EAFTC จะไม่เปลี่ยนซีพียู Rad-hard” ข้อควรระวังบางประการ “ งานบางอย่างเช่นการช่วยชีวิตมีความสำคัญมากดังนั้นเราจึงต้องการให้ชิปที่ชุบแข็งด้วยรังสีสามารถทำงานได้” แต่ในเวลาต่อมา EAFTC อัลกอริทึมอาจใช้การประมวลผลข้อมูลบางอย่างเพื่อโหลดชิปเหล่านั้นทำให้มีพลังคอมพิวเตอร์มากขึ้นสำหรับภารกิจในอนาคต
การทดสอบครั้งแรกของ EAFTC จะมีการติดตั้งดาวเทียมที่เรียกว่า Space Technology 8 (ST-8) เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ New Millennium ของนาซา ST-8 จะทำการทดสอบเทคโนโลยีอวกาศทดลองใหม่เช่น EAFTC เพื่อให้สามารถใช้งานได้ในภารกิจในอนาคตด้วยความมั่นใจยิ่งขึ้น
ดาวเทียมซึ่งมีกำหนดการเปิดตัวในปี 2009 จะเรียดเข็มขัดรังสีของ Van Allen ในระหว่างการโคจรของวงรีแต่ละวงโดยทดสอบ EAFTC ในสภาพแวดล้อมการแผ่รังสีสูงนี้ซึ่งคล้ายกับห้วงอวกาศ
หากทุกอย่างไปได้ด้วยดียานสำรวจอวกาศที่ใช้ระบบสุริยะอาจใช้ชิปตัวเดียวกับที่พบในเดสก์ท็อปพีซีของคุณในไม่ช้า
แหล่งที่มาดั้งเดิม: NASA News Release
