EAFTC-datamaskiner i et plasseklart flykabinett. Bildekreditt: NASA / Honeywell. Klikk for å forstørre
Dessverre kan strålingen som gjennomsyrer rommet utløse slike feil. Når høyhastighetspartikler, som kosmiske stråler, kolliderer med datamaskinbrikkens mikroskopiske kretsløp, kan de føre til at brikker gjør feil. Hvis disse feilene sender romfartøyet som flyr i feil retning eller forstyrrer livsforsikringssystemet, kan det være dårlige nyheter.
For å sikre sikkerhet bruker de fleste romoppdrag strålingsherdede datamaskinbrikker. "Rad-harde" brikker er i motsetning til vanlige brikker på mange måter. For eksempel inneholder de ekstra transistorer som tar mer energi å slå av og på. Kosmiske stråler kan ikke utløse dem så lett. Rad-harde sjetonger fortsetter å gjøre nøyaktige beregninger når vanlige brikker kan "svikte."
NASA er nesten utelukkende avhengig av disse ekstra holdbare brikkene for å gjøre datamaskiner plassverdige. Men disse spesiallagde sjetongene har noen ulemper: De er dyre, strømhungrige og trege - så mye som 10 ganger saktere enn en tilsvarende CPU på en moderne stasjonær PC.
Når NASA sendte folk tilbake til månen og videre til Mars - se Vision for Space Exploration - ville oppdragsplanleggere gjerne gitt romskipet sitt mer databehandling hestekrefter.
Å ha mer datakraft ombord vil hjelpe romskip å spare en av deres mest begrensede ressurser: båndbredde. Båndbredden som er tilgjengelig for å stråle data tilbake til Jorden, er ofte en flaskehals, med overføringshastigheter enda tregere enn gamle oppringt modemer. Hvis reamene med rå data samlet inn av romfartøyets sensorer kan "knuses" ombord, kan forskere stramme tilbake bare resultatene, noe som vil kreve mye mindre båndbredde.
På overflaten av månen eller Mars kunne oppdagelsesreisende bruke raske datamaskiner for å analysere dataene sine rett etter å ha samlet dem, raskt identifisert områder av høy vitenskapelig interesse og kanskje samlet inn mer data før en flyktig mulighet går. Rovers vil også ha nytte av den ekstra intelligensen til moderne CPUer.
Å bruke de samme rimelige, kraftige Pentium- og PowerPC-brikkene som finnes på forbruker-PC-er ville hjelpe enormt, men for å gjøre det, må problemet med strålingsinduserte feil løses.
Det er her et NASA-prosjekt kalt EAFTC (Environmentally Adaptive Fault-Tolerant Computing). Forskere som jobber med prosjektet eksperimenterer med måter å bruke forbruker-CPUer i romoppdrag. De er spesielt interessert i “opprør av en enkelt hendelse”, den vanligste typen glitches forårsaket av enkeltpartikler av stråling som tåler flis.
Teammedlem Raphael Noen av JPL forklarer: “En måte å bruke raskere forbruker-CPUer i verdensrommet er ganske enkelt å ha tre ganger så mange CPU-er som du trenger: De tre CPU-ene utfører samme beregning og stemmer på resultatet. Hvis en av CPU-ene gjør en strålingsindusert feil, vil de to andre fortsatt være enige, og dermed vinne avstemningen og gi riktig resultat. ”
Dette fungerer, men ofte er det overkill, og sløser med dyrebar strøm og datakraft for å tredoble sjekkberegninger som ikke er kritiske.
"For å gjøre dette smartere og mer effektivt, utvikler vi programvare som veier viktigheten av en beregning," fortsetter noen. "Hvis det er veldig viktig, som navigasjon, må alle tre prosessorer stemme. Hvis det er mindre viktig, som å måle den kjemiske sammensetningen av en stein, kan det bare være en eller to prosessorer som er involvert. "
Dette er bare en av dusinvis av feilrettingsteknikker som EAFTC trekker sammen til en enkelt pakke. Resultatet er mye bedre effektivitet: Uten EAFTC-programvaren trenger en datamaskin basert på forbruker-CPUer 100-200% redundans for å beskytte mot strålingsforårsakede feil. (100% redundans betyr 2 CPUer; 200% betyr 3 CPUer.) Med EAFTC er det bare 15-20% redundans som trengs for samme grad av beskyttelse. All den sparte CPU-tiden kan brukes produktivt i stedet.
"EAFTC kommer ikke til å erstatte rad-harde CPUer," advarer noen. "Noen oppgaver, for eksempel livsstøtte, er så viktige at vi alltid vil at strålingsherdede brikker for å kjøre dem." Men på sikt kan EAFTC-algoritmer fjerne noe av databehandlingsbelastningen fra disse brikkene, noe som gjør langt større datakraft tilgjengelig for fremtidige oppdrag.
EAFTCs første test vil være ombord i en satellitt som heter Space Technology 8 (ST-8). En del av NASAs nye tusenårsprogram, ST-8, vil fly-teste nye eksperimentelle romteknologier som EAFTC, noe som gjør det mulig å bruke dem i fremtidige oppdrag med større selvtillit.
Satellitten, som er planlagt lansert i 2009, vil skumme Van Allen-strålingsbeltene under hver av sine elliptiske baner, og teste EAFTC i dette miljøet med høy stråling som ligner på dype rom.
Hvis alt går bra, kan det være at romprober som drar over solsystemet snart bruker nøyaktig de samme brikkene som du finner på din stasjonære PC - bare uten feil.
Originalkilde: NASA News Release
