太空总署正准备以ARM处理器核心设计作为其下一代太空电子元件的基础

李倩 发表于 2018-07-06 09:25:12 收藏 已收藏
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太空总署正准备以ARM处理器核心设计作为其下一代太空电子元件的基础

李倩 发表于 2018-07-06 09:25:12

国际太空站(International Space Station;ISS)目前正在进行几项实验,测试太空总署能否更进一步超越传统的抗辐射元件。

如果一切按计划进行,由美国SpaceX开发的天龙号太空船(SpaceX Dragon)预计将于今秋自国际太空站返回地球,并等待工程师测试一组登陆轨道实验室与测试台将近一整年的服务器。这项实验的目的在于模拟至火星旅行将近一年,并确定现成硬体是否能在外太空中正常运作。

同时,太空总署正准备以ARM处理器核心设计作为其下一代太空电子元件的基础。此外,它还研究了辐射对于存储器芯片的影响。

针对美国太空总署(NASA)联手慧与科技(Hewlett Packard Enterprise;HPE)打造的首款太空超级电脑—— Spaceborne Computer,HPE工程师提供了一组安装在国际太空站的双插槽服务器(另有一组相同的服务器安装于地面,作为该实验的「控制组」)。HPE的服务器于去年8月发布,用于评估NASA最终是否能从昂贵的抗辐射元件过渡至采用现成可用的商业器件——这些器件经证实越来越能抵抗具破坏力的电离辐射影响。

辐射的危害也牵涉到旅行至火星——与地球最接近时的距离至少为3,500万英哩——而且还很可能远远大于在地球轨道上的辐射危害。然而,HPE的工程师指出,目前的商用电子元件在抗辐射的能力方面,远远超过了太空站的抗辐射要求。

这两个板载服务器用于镜像NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的机器,以因应太空站所要求的大部份处理任务。HPE工程师兼Spaceborne Computer计划共同研究员Mark Fernandez表示,在这组服务器中,其中一台服务器持续尽可能快速地运转,而第二台服务器的运作速度则较慢。「如果发生异常时,它只会出现在运转快速的服务器上,那么操作人员就能够减缓其速度。」

Fernandez解释说,这项实验的目的在于确定机器是否能在火星旅行中存活且运作正常,如果可以的话,就能为太空人提供正确的答案。

目前的时间表要求服务器必须在11月登上天龙号太空船返回地球。Fernandez补充说,HPE的研究人员将会针对元件进行故障分析,以确定他们在太空中使用一整年后如何开始「退化」。

NASA的太空运算计划可以追溯到2014年的SGI——SGI是NASA Ames的长期运算设备供应商。SGI于2016年被HPE收购。

根据对于任务的描述,当太空站被高浓度的粒子或电磁辐射摧毁时,其功耗和处理速度随之降低。因此,研究的目的在于找出服务器在较慢速度下是否仍能正常运作。

部署于国际太空站的一对HPE服务器,作为模拟火星旅行计划的一部份

在波动辐射的条件下,Gen9 Apollo 40系列Xeon服务器仍然执行运算和资料密集型应用,同时,研究人员则监控其功耗,并「动态调整所消耗的功率」,以便在模拟火星旅行期间衡量Spaceborne Computer太空超级电脑的整体性能。

NASA长期以来采用传统且昂贵的抗辐射电子元件,其方式是在半导体芯片上增加冗余电路或者采用绝缘基板。但采用这种蛮力途径的代价十分昂贵。HPE工程师在一则部落格文章中提出其所谓更便宜的抗辐射电子元件法:「……在不利的情况下只需减慢系统速度,就能够免于故障并保持电脑的运作。」

该服务器实验还利用了相对较新的商业太空能力。SpaceX是Space Exploration Technologies Corp.的缩写——它是至今唯一一家不仅能为太空站提供物资,同时还能将这些实验及其所收集的宝贵资料送回地球的公司。

自2012年5月以来,SpaceX Dragon天龙号太空船就一直在进行至国际太空站的任务。

同时,预计在接下来的几年内就可看到未来太空运算平台的关键元件了。例如,太空总署预计其下一代通用处理器(ARM Cortex-A53的变化版本)将于2020年推出。

NASA在2016年选择采用ARM处理器,意味着它很可能已经冻结其下一代载人太空船的部份设计。根据观察家指出,Cortex-A53是在2014年推出的,这意味着到2020年,以商用电子元件的标准来看,微处理器核心很可能成为古董级元件。尽管如此,它象征着太空电子元件的升级,毕竟这些太空电子元件大多都无法延续摩尔定律的微缩进展。

作为NASA 抗辐射电子存储器实验的一部份,ARM处理器已于2016年旅行至国际太空站。NASA与美国空军(NASA–Air Force)的合作计划则研究静态随机存取忆体(SRAM)在太空中遭到高能粒子撞击时发生故障的频率。存储器实验部份采用基于ARM的微控制器(MCU)进行监测。 

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