EAFTC-computers in een ruimteklaar vliegchassis. Afbeelding tegoed: NASA / Honeywell. Klik om te vergroten
Helaas kan de straling die de ruimte doordringt, dergelijke storingen veroorzaken. Wanneer deeltjes met hoge snelheid, zoals kosmische straling, botsen met de microscopische circuits van computerchips, kunnen ze ervoor zorgen dat chips fouten maken. Als die fouten ervoor zorgen dat het ruimtevaartuig de verkeerde kant op vliegt of het levensondersteunende systeem verstoort, kan dat slecht nieuws zijn.
Om veiligheid te garanderen, gebruiken de meeste ruimtemissies stralingsbestendige computerchips. "Rad-hard" chips zijn in veel opzichten anders dan gewone chips. Ze bevatten bijvoorbeeld extra transistors die meer energie vragen om aan en uit te schakelen. Kosmische straling kan ze niet zo gemakkelijk activeren. Rad-harde chips blijven nauwkeurige berekeningen uitvoeren wanneer gewone chips zouden kunnen "glitchen".
NASA vertrouwt bijna uitsluitend op deze extra duurzame chips om computers ruimte-waardig te maken. Maar deze op maat gemaakte chips hebben enkele nadelen: ze zijn duur, verbruiken veel stroom en zijn traag - maar liefst 10 keer trager dan een gelijkwaardige CPU in een moderne desktop-pc voor consumenten.
Nu NASA mensen terugstuurt naar de maan en verder naar Mars - zie de Vision for Space Exploration - zouden missieplanners hun ruimtevaartuig graag meer rekenkracht geven.
Het hebben van meer rekenkracht aan boord zou ruimtevaartuigen helpen om een van hun meest beperkte middelen te besparen: bandbreedte. De beschikbare bandbreedte voor het terugsturen van gegevens naar de aarde is vaak een knelpunt, met transmissiesnelheden die zelfs langzamer zijn dan oude inbelmodems. Als de stapels onbewerkte gegevens die door de sensoren van het ruimtevaartuig zijn verzameld, aan boord kunnen worden 'gekraakt', zouden wetenschappers alleen de resultaten kunnen terugsturen, wat veel minder bandbreedte zou vergen.
Op het oppervlak van de maan of Mars zouden ontdekkingsreizigers snelle computers kunnen gebruiken om hun gegevens direct na het verzamelen ervan te analyseren, snel gebieden van hoog wetenschappelijk belang te identificeren en misschien meer gegevens te verzamelen voordat een vluchtige gelegenheid voorbijgaat. Rovers zouden ook profiteren van de extra intelligentie van moderne CPU's.
Het gebruik van dezelfde goedkope, krachtige Pentium- en PowerPC-chips als in consumenten-pc's zou enorm helpen, maar om dit te doen moet het probleem van door straling veroorzaakte fouten worden opgelost.
Hier komt een NASA-project met de naam Environmentally Adaptive Fault-Tolerant Computing (EAFTC) binnen. Onderzoekers die aan het project werken, experimenteren met manieren om CPU's van consumenten te gebruiken in ruimtemissies. Ze zijn vooral geïnteresseerd in 'verstoringen van afzonderlijke gebeurtenissen', de meest voorkomende vorm van storingen die worden veroorzaakt door afzonderlijke deeltjes straling die in chips barsten.
Teamlid Raphael Some of JPL legt uit: “Een manier om snellere consumenten-CPU's in de ruimte te gebruiken, is simpelweg door driemaal zoveel CPU's te hebben als je nodig hebt: de drie CPU's voeren dezelfde berekening uit en stemmen op het resultaat. Als een van de CPU's een door straling veroorzaakte fout maakt, zullen de andere twee het er nog steeds over eens zijn, waardoor ze de stem winnen en het juiste resultaat geven. ”
Dit werkt, maar vaak is het overkill, waarbij kostbare elektriciteit en rekenkracht worden verspild om berekeningen die niet kritisch zijn driemaal te controleren.
"Om dit slimmer en efficiënter te doen, ontwikkelen we software die het belang van een berekening weegt", vervolgt Some. "Als het erg belangrijk is, zoals navigatie, moeten alle drie de CPU's stemmen. Als het minder belangrijk is, zoals het meten van de chemische samenstelling van een steen, zijn er mogelijk maar een of twee CPU's bij betrokken.
Dit is slechts een van de tientallen foutcorrectietechnieken die EAFTC samenbrengt in één pakket. Het resultaat is een veel betere efficiëntie: zonder de EAFTC-software heeft een computer op basis van consumenten-CPU's 100-200% redundantie nodig om te beschermen tegen door straling veroorzaakte fouten. (100% redundantie betekent 2 CPU's; 200% betekent 3 CPU's.) Met EAFTC is slechts 15-20% redundantie nodig voor dezelfde mate van bescherming. Al die bespaarde CPU-tijd kan in plaats daarvan productief worden gebruikt.
"EAFTC gaat rad-harde CPU's niet vervangen", waarschuwt Some. "Sommige taken, zoals levensondersteuning, zijn zo belangrijk dat we altijd willen dat ze met straling geharde chips worden uitgevoerd." Maar te zijner tijd kunnen EAFTC-algoritmen een deel van de gegevensverwerking van die chips afnemen, waardoor er een veel grotere computerkracht beschikbaar komt voor toekomstige missies.
De eerste test van EAFTC zal plaatsvinden aan boord van een satelliet genaamd Space Technology 8 (ST-8). ST-8 maakt deel uit van NASA's New Millennium Program en zal nieuwe, experimentele ruimtetechnologieën zoals EAFTC testen, zodat ze met meer vertrouwen in toekomstige missies kunnen worden gebruikt.
De satelliet, gepland voor een lancering in 2009, zal de Van Allen-stralingsgordels afsnijden tijdens elk van zijn elliptische banen en EAFTC testen in deze omgeving met hoge straling, vergelijkbaar met de verre ruimte.
Als alles goed gaat, gebruiken ruimtesondes die door het zonnestelsel lopen, binnenkort mogelijk exact dezelfde chips die op uw desktop-pc worden gevonden - alleen zonder de storingen.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
