این مطلب تا کنون 2686 بار خوانده شده است
شنبه، 10 تير 1385 | كامپيوترهاي مقاوم در برابر تشعشع |
| |
 | اگر برخي اوقات کامپيوترتان به درستي کار نکند، دادههايتان را از بين ببرد يا حتي کاملاً از کار بيفتد، قاعدتاً شما عصباني خواهيد شد. ولي براي فضانوردي كه به كامپيوتر اعتماد ميكند تا برنامه مسير حركت و سيستمهاي پشتيبان زندگياش را پردازش كند، هرگونه نقصي در كامپيوتر، فاجعه بسيار اسفباري به بار خواهد آورد. |
|
 انسانهايي كه در اين فضاپيما هستند، تنها چيزهايي نيستند كه نياز به حفاظت در مقابل تشعشعات فضايي دارند، كامپيوترهاي آنها نيز نياز به حفاظت دارند | . منبع : نشريه خبرهاي هوافضايي، شماره 76 .
محققان بر روي کامپيوترهاي پيشرفتهاي کار ميکنند که حتي با بمباران تشعشعات فضايي، ميتوانند به درستي كار کنند.
اگر برخي اوقات کامپيوترتان به درستي کار نکند، دادههايتان را از بين ببرد يا حتي کاملاً از کار بيفتد، قاعدتاً شما عصباني خواهيد شد. ولي براي فضانوردي كه به كامپيوتر اعتماد ميكند تا برنامه مسير حركت و سيستمهاي پشتيبان زندگياش را پردازش كند، هرگونه نقصي در كامپيوتر، فاجعه بسيار اسفباري به بار خواهد آورد.
متأسفانه، تشعشعات موجود در فضا، ميتوانند چنين مشكلاتي پديدآورند. براثر برخورد ذرات سريع پرتوهاي كيهاني با مدارهاي ميكروسكوپي تراشههاي كامپيوتر، ممکن است سيستم دچار مشكل شود. اگر اين اشکالها، فضاپيما را در جهت نادرست قرار دهد يا در سيستم پشتيبان زندگي تداخل ايجاد كند، خبرهاي بدي در انتظار فضانوردان خواهد بود.
به همين دليل براي تضمين امنيت در اغلب مأموريتهاي فضايي از تراشههاي کامپيوتري مقاوم در برابر تشعشع استفاده ميکنند. اين تراشهها يا به عبارتي تراشههاي رَدهارد((Rad-hard تفاوتهاي بسياري با تراشههاي معمول دارند؛ مثلاً، اين تراشهها ترانزيستورهايي اضافي دارند که براي خاموش و روشنشدن، انرژياي بيش از حد معمول لازم دارند و در نتيجه اشعههاي کيهاني نميتوانند به سادگي آنها را تحريک کنند. |
تراشههاي رَدهارد حتي در وضعيتهايي که تراشههاي معمولي ممکن است دچار اشکال شوند، محاسبات دقيق خود را انجام ميدهند. ناسا، تقريباً، تنها به اين تراشههاي بسيار پايدار اتکا ميکند تا بتواند در فضا از کامپيوتر استفاده نمايد. اين تراشههاي خاص نقطهضعفهايي نيز دارند: آنها بسيار گرانند، انرژي زيادي مصرف ميکنند و کُند هستند- سرعت آنها حدوداً 1/0 سرعت يک پردازنده (CPU) در کامپيوترهاي شخصي امروزي است.
از آنجا که ناسا قصد دارد انسانهايی را به ماه و مريخ بفرستد، طراحان مأموريتها دوست دارند که فضاپيمايشان قدرت محاسباتي بيشتري داشته باشد.
قدرت محاسباتي بيشتر در فضاپيما به آنها کمک ميکند که در مصرف يکي از محدودترين منابع خود، يعني پهناي باند، صرفهجويي نمايند. پهناي باند موجود براي فرستادن دادهها به زمين بسيار کم است و همچون گلوگاهي است که سرعت محاسبات را کاهش ميدهد. سرعت انتقال دادهها حتي از مودمهاي خط تلفن قديمي کندتر است. اگر بتوان عمليات محاسباتي مربوط به دادههاي خام بسيار زيادي را که حسگرهاي فضاپيما جمعآوري كردهاند، همانجا انجام داد، آنگاه دانشمندان ميتوانند تنها نتايج را بفرستند که مسلماً پهناي باند بسيار كمي را اشغال خواهد کرد. در اين صورت، کاوشگرهايي که در سطح ماه يا مريخ به بررسي مشغولند، ميتوانند از اين کامپيوترهاي سريع استفاده کنند و به محض جمعآوري دادهها آنها را تحليل كنند و به سرعت نواحياي را که براي دانشمندان جالبتر است تشخيص دهند و حتي ممکن است بتوانند در صورت مواجهه با موارد گذرا، دادههاي بيشتري را جمعآوري کنند. سيارهنوردها نيز از قدرت مضاعف موجود در اين پردازندههاي جديد بهره خواهند برد.
مسلماً استفاده از پنتيوم و ديگر تراشههاي مرسوم قدرتمند و ارزانقيمتي که در کامپيوترهاي شخصي وجود دارد، کمکي فوقالعاده خواهد بود ولي قبل از استفاده از آنها، بايد مشکل خطاهاي ناشي از تشعشعات را حل كرد. بدين منظور، ناسا بر روي پروژهاي به نام EAFTC (محاسبات سازگار با محيط، مقاوم در برابر خطا) کار ميكند. محققاني که روي اين پروژه کار ميکنند براي بهرهگيري از پردازندههاي کامپيوترهاي شخصي در مأموريتهاي فضايي راههاي مختلفي را آزمايش كردهاند. توجه اين محققان بيشتر بر روي "خطاهاي يک مرحلهاي" است، يعني معمولترين نوع اشکالي که بر اثر نفوذ ذرات تشعشعي به درون تراشهها بهوجود ميآيد.
رافائل سُوم، عضوي از گروه محققان ناسا، ميگويد: "يک راه ساده برای بهرهگيري از پردازندههاي معمول و سريع در فضا استفاده از سه برابر تعداد پردازندههايي است که نياز داريد. هر سه پردازنده محاسبات يکساني انجام ميدهند و سپس براي تعيين پاسخ رأيگيري ميشود. اگر در يکي از پردازندهها خطاي ناشي از تشعشع بهوجود آمده باشد، آنگاه هنوز دو پردازنده ديگر پاسخ درست را به ما ميدهند و نتيجة رأيگيري به نفع آنها بوده و پاسخ صحيح به دست خواهد آمد."
اين روش کار ميکند ولي انجام محاسبات سهگانه، اغلب اتلاف انرژي الکتريکي ارزشمند و توانايي محاسبه براي کارهايي است که آنقدرها هم حياتي نيستند.
سُوم ادامه ميدهد: "ما، براي انجام عاقلانهتر و کارآمدتر اينکار، در حال ساخت نرمافزاري هستيم که محاسبات را از نظر اهميت درجهبندي ميکند. اگر محاسبة موردنظر، مثل جهتيابي، بسيار مهم است، بايد هر سه پردازنده رأي دهند. اگر اهميت آن مثل بهدست آوردن ترکيب شيميايي يک سنگ، کم است، ممکن است فقط از يک يا دو پردازنده استفاده شود."
اين روش، تنها يکي از دهها تکنيکي است که EAFTC قصد دارد در يک نرمافزار بگنجاند. نتيجة اين کار، کارآمدي بيشتر است. بدون نرمافزار EAFTC، کامپيوتري مبتني بر پردازندههاي معمولي، 100-200 درصد ظرفيت مازاد نياز دارد تا سيستم را از خطاهاي ناشي از تشعشعات محفاظت کند. 100 درصد ظرفيت مازاد يعني دو پردازنده، 200 درصد يعني سه پردازنده، درحاليکه در صورت حضور نرمافزار EAFTC، فقط 15-20 درصد ظرفيت مازاد براي دستيابي به همان درجه حفاظت نياز است و بقية زمان پردازنده صرفهجويي شده و ميتوان آن را به صورت مفيد استفاده کرد.
سُوم يادآوري ميکند "قرار نيست EAFTC جايگزين پردازندههاي رَدهارد شود. "برخي کارها، مانند سيستم پشتيبان زندگي، آنقدر اهميت دارند که ما همواره ميخواهيم تراشههاي مقاوم در برابر تشعشع محاسبات مربوط به آنها را انجام دهند." ولي، الگوريتمهاي EAFTC، در جاي خودشان حجم محاسبات را كم ميكنند و با کاهش مقدار انرژي الکتريکي مصرفي، توانايي محاسباتي بيشتري را براي مأموريتهاي بعدي فراهم ميآورند.
اولين آزمايش EAFTC روي ماهوارهاي به نام اسپيس تكنولوژي موسوم بهST-8 انجام خواهد شد. ST-8 فناوريهاي فضايي آزمايشگاهي جديد همچون EAFTC را در فضا امتحان ميکند تا استفاده مطمئنتر از آنها را در مأموريتهاي آتي امكانپذير نمايد.
اين ماهواره، که قرار است در سال 2009 پرتاب شود، در هر کدام از مدارهاي بيضوي خود از درون کمربندهاي تشعشعاتي وانآلن عبور ميکند تا EAFTC را در محيطهايي با تشعشعات بالا مشابه اعماق فضا آزمايش کند.
اگر همه چيز درست باشد، فضاپيماهاي بدون سرنشيني که در منظومه شمسي در حال حرکت هستند، به زودي از همان تراشههايي استفاده خواهند کرد که در کامپيوتر شخصي شما بهكار ميرود، البته بدون هيچ خطايی.