NASAn HPSC-piiri muuttaa avaruuslennon laskentaa nyt

Kuvittele kädenpään kokoinen tietokone, joka voi seuloa teratavuittain anturidataa, päättää sekunnin murto-osassa mitkä kuvat ovat merkityksellisiä ja ohjata laskeutumista ilman odottelua Maan vastausta. Pieni. Hiljainen. Armottoman tehokas. Tämä on lupaus NASAn uusimman High Performance Spaceflight Computing (HPSC) -piirin takana.

Pitkät tehtävät Kuuhun, Marsiin ja kauemmas siirtävät avaruusalukset pois nopeasti vastattavasta vyöhykkeestä. Radioviiveet kasvavat sekunneista minuuteiksi ja tunneiksi. Ihmiskäyttäjät ovat välttämättömiä, mutta eivät voi olla mukana joka ikisessä sekunnin murto-osan päätöksessä. Siksi insinöörit opettavat koneita kantamaan yhä suurempaa vastuuta. HPSC on ensimmäinen radikaali askel: säteilynkestävä järjestelmäpiiri (SoC), suunniteltu eloon syvässä avaruudessa ja sellaisiin reaaliaikaisiin tekoälykuormiin, joita nykyaikainen tutkimus vaatii.

Rakennettu NASAn Game Changing Development -ohjelman ja Microchip Technology Inc.:n yhteistyönä, HPSC pakkaa suorittimet, kehittyneen verkottumisen, muistin ja omistetut dataflow-moottorit yhdelle sirulle. Ajattele älypuhelintasoista älykkyyttä, mutta vahvistettuna kestämään vuosikymmeniä säteilyä, lämpötilan vaihteluita ja voimakkaita laukaisun tärähdyksiä. Ja kyllä, suunnittelijat lisäsivät skaalautuvan vektorilaskennan ja tekoälypohjaisen dataflow-käsittelyn, jotta piiri voi suorittaa päätelmiä, suodattaa kohinaista telemetriaa ja priorisoida ne tiedot, joita Maan tiedemiehet todellisuudessa tarvitsevat.

Kestävyys oli ei-neuvoteltava. Avaruus ei anna anteeksi. Auringon korkeaenergiset hiukkaset ja kosmiset säteet voivat kääntää bittejä ja vioittaa laskelmia. Kylmyys voi pysäyttää elektroniikan. Laukaisun tärinä ja iskut voivat rikkoa hauraita komponentteja. Todistaakseen, että HPSC on enemmän kuin ovela suunnitelma, JPL on ajanut sen läpi joukon vaativia testejä, kuten säteilypommitukset, lämmönsyklit, iskutestit ja toiminnalliset kokeet, jotka toistavat pahimman tapauksen laskeutumisskenaariot todellisista tehtävistä.

Tulokset tähän mennessä ovat olleet silmiä avaavia. Jet Propulsion Laboratoryn helmikuussa alkanut varhaistestaus osoitti insinöörien mukaan suorituskyvyn parantuneen kauas pienten askelten sijaan. Verrattuna tällä hetkellä käytössä oleviin säteilynkestäviin prosessoreihin, JPL:n vertailuajoissa HPSC on toiminut satoja kertoja nopeammin tietyissä työkuormissa. Missä vanhemmat sirut jumittuvat, tämä uusi siru pilkkoo kuvavirtoja ja anturidataa, jotka muuten vaatisivat omistettua maa-aseman laitteistoa.

Nopeus on kuitenkin vain osa tarinaa. Teho on kaikki avaruudessa. HPSC on suunniteltu joustavaksi: ytimiä ja kiihdyttimiä voidaan rajoittaa, laittaa lepotilaan tai sammuttaa kokonaan, kun niitä ei tarvita. Tämä sopeutuvuus antaa tehtäväsuunnittelijoille mahdollisuuden tasapainottaa energiabudjetteja laskennallisten tarpeiden kanssa, mikä on välttämätöntä laskeutujille, kulkijoille ja asuintiloille, jotka eivät voi sallia hukattuja watteja.

Myös toiminnallisia etuja on. Autonominen vaarojen välttäminen laskeutumisen aikana. Aluksella tehtävä valinta tieteellisesti kiinnostavista kohteista. Reaaliaikainen datan pakkaus ja lajittelu ennen pitkiä ja kalliita lähetyksiä Maahan. Nämä ominaisuudet voivat lisätä tieteellistä tuottoa huomattavasti samalla kun ne keventävät tehtäväsuunnittelijoiden taakkaa Maassa.

JPL:n insinöörit ovat rehellisiä edessä olevasta työstä. Avaruuslentoja koskeva sertifiointi on tiukka. Teknologian, joka selviytyy laboratoriokampanjasta, on vielä selviydyttävä vuosia upotettuna avaruusalukseen, miljoonien kilometrien päässä korjaustukikohdista. Mutta HPSC-testit ovat merkittävä virstanpylväs ja osoitus siitä, että NASA ajattelee tehtävälaskentaa uudella tavalla. Jos nämä sirut ylittävät viimeisetkin esteensä, ne eivät ainoastaan nopeuta laskentaa, vaan laajentavat sitä, mitä voimme pyytää avaruusalusten tekevän itsenäisesti.

Joten kun seuraava kulkija tai kierturi nousee ilmaan, se saattaa kantaa mukanaan paitsi kameroita ja poria myös pienen, vahvistetun aivoyksikön, joka kykenee valitsemaan hetket toimia itsenäisesti ja yllättämään meidät löydöillään ilman puhelua Maahan.