Гайхалтай ч орчин үеийн сансрын хөлгүүд 20-р зуунд бүтээгдсэн хуучирсан процессороор тоноглогдсон байдаг. Энэ нийтлэлд бид ийм нөхцөл байдлын шалтгаан юу болохыг танд хэлэх болно.
Сансрын хөлөг бол бүх төрлийн электрон хэрэгслээр тоноглогдсон технологийн жинхэнэ гайхамшиг юм. Мэдээжийн хэрэг, үүнд процессорууд багтдаг бөгөөд үүний ачаар тоног төхөөрөмж нь маш нарийн төвөгтэй тооцооллыг хийж чаддаг. Гэсэн хэдий ч НАСА болон бусад сансрын агентлагуудын бүтээн байгуулалтад ашигласан чипүүд нь ихэвчлэн үйлдвэрлэгдэхээ больсон хуучирсан төхөөрөмж шиг харагддаг.
Процессорын тухай ярихад бидний ширээний компьютеруудын блокууд шууд санаанд орж магадгүй юм. Олон чипүүд технологийн салбарт нөлөөлсөн. Одоогийн байдлаар асар их тооцоолох хүчин чадалтай хүчирхэг супер компьютерууд аль хэдийн бүтээгдсэн. Сансрын судалгаа гэх мэт технологийн нарийн төвөгтэй салбарт ижил төстэй төхөөрөмжийг ашиглах нь логик юм. Саран дээр буух эсвэл манай гарагаас хэдэн сая километрийн зайд сансрын датчик хөөргөх, маневрлах нь маш их тооцоолох хүч шаарддаг нь гарцаагүй. Энэ нь тийм ч тийм биш бөгөөд сансрын станцыг удирдахад хичнээн бага зүйл хэрэгтэйг та нарын олонх нь гайхах байх. Дашрамд дурдахад, саяхан Улаан гариг дээр амжилттай газардсан шинэ Perseverance ровер нь 750 гаруй жилийн өмнө гарч ирсэн iMac G750 компьютеруудын зүрх болсон PowerPC 3-ийн тусгай хувилбар болох RAD20 процессор дээр суурилжээ. . Мөн одоо Ангараг гариг дээр ажиллаж байгаа Ingenuity нисдэг тэрэг нь Snapdragon 801 процессороор тоноглогдсон.Хамгийн төвөгтэй тооцоолох үйлдлийг гүйцэтгэдэг эдгээр сансрын хөлөг нь ийм "энгийн" эсвэл бүр хоцрогдсон микропроцессорууд дээр ажилладаг. Гэвч энэ байдал цаашдаа ч өөрчлөгдөхгүй бололтой. НАСА болон бусад сансрын агентлагуудын эрдэмтэд яагаад ийм сул SoC ашиглахаас өөр аргагүйд хүрч байгааг олж мэдье.
Мөн уншина уу: Ангараг гараг: Улаан гараг шинэ дэлхий болж хувирч чадах уу?
Сансрын процессорууд нь гайхалтай удаан байдаг
Хүн бүрийн сайн мэдэх ёстой нэгэн жишээнээс эхэлье. Бид 16 оны долдугаар сарын 1969-нд болсон үйл явдлын тухай ярьж байна. Энэ өдөр “Аполлон 11” даалгаврын хүрээнд “SA-506” зөөгч пуужингаар “Аполлон” хөлгийг дэлхийн агаар мандлаас гаргаж авсан юм. Мөн 4 хоногийн дараа Америкийн сансрын нисэгч Базз Олдрин, Нейл Армстронг нар хүн төрөлхтний түүхэнд анх удаа сарны гадаргуу дээр хөл тавьсан юм. 1966 онд бүтээгдсэн AGC (Apollo Guidance Computer)-ийн тусламжтайгаар номлолыг амжилттай гүйцэтгэсэн. Дизайн нь компьютерийн технологийн үүднээс нэлээд сонирхолтой байсан ч энэ төхөөрөмжийн техникийн шинж чанарыг харвал номлол амжилттай болсонд гайхах л үлдлээ. Бодоод үз дээ, самбар дээрх чип нь ердөө 2,048 МГц цагийн давтамжтай ажиллаж, ердөө 2048 үгтэй RAM-тай байв. Тиймээ, яг ийм үгс. Өөрөөр хэлбэл, одоо энэ нь үнэхээр гайхалтай юм шиг санагддаг, гэхдээ тэр үед энэ нь хамгийн орчин үеийн компьютеруудын нэг байсан юм.
Гэрийн компьютер ижил төстэй гүйцэтгэлийг санал болгодог гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй Apple II, хэдэн жилийн дараа гарсан. Өөрөөр хэлбэл, тухайн үед сансрын хөлөг нь цаг үеэ олсон техник хэрэгсэлтэй байсан.
Гэсэн хэдий ч энэ байдал тодорхой цаг хүртэл үргэлжилсэн тул илүү үр дүнтэй төхөөрөмж нь хамгийн сайн шийдэл биш, заримдаа илүү аюултай байж болох нь хурдан тодорхой болсон. Сансрын электроникийн түүхэн дэх эргэлтийн цэг нь сансрын цацрагийн тодорхой утгыг тодорхойлох, түүний технологид үзүүлэх нөлөөллийг тодорхойлох явдал байв. Гэхдээ цацраг нь процессор өөрөө хэрхэн нөлөөлдөг вэ?
Энгийн компьютерээр тоноглогдсон Gemini сансрын хөлгийг сансарт хөөргөхөд түүнийг бүтээхэд ашигласан технологи нь өнөөдрийн байдлаар маш энгийн байсан. Гэсэн хэдий ч сансарт энэ нь том давуу тал болж хувирав.
Өнөө үед шинэ процессоруудыг бий болгохдоо илүү орчин үеийн технологийн процессуудыг ашиглаж байгаа бол одоо бид 7 нм литографаар хийсэн микроскоп процессоруудыг хялбархан худалдаж авах боломжтой болсон. Чип нь бага байх тусам түүнийг асаах, унтраахад бага хүчдэл шаардагдана. Сансарт энэ нь ноцтой асуудал үүсгэж болзошгүй юм. Баримт нь цацрагийн бөөмсийн нөлөөн дор транзистор байх төлөвийг төлөвлөөгүй өөрчлөх боломжтой байдаг. Энэ нь эргээд хамгийн гэнэтийн мөчид сүүлийнх нь ажиллахаа больсон эсвэл ийм процессор ашиглан хийсэн тооцоолол буруу байх болно. Мөн сансар огторгуйд энэ нь хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй бөгөөд эмгэнэлт үр дагаварт хүргэж болзошгүй юм.
Сонирхолтой жишээ бол, жишээлбэл, шилэн бүхээгийг удирдаж байсан Intel 386SX процессор (Intel 80386-ийн багасгасан хувилбар) юм. Энэ нь ойролцоогоор 20 МГц цагийн хурдтай ажилладаг байсан бөгөөд энэ нь секундэд 20 цикл хийх боломжтой гэсэн үг юм. Сансрын бүтээн байгуулалтад дебют хийх үед чип нь тийм ч өндөр хурдтай байгаагүй, гэхдээ хамгийн чухал нь цагны давтамж багатай тул процессор аюулгүй байсан.
Цацрагт өртөх үед түүний хэсгүүд процессорын кэш санах ойд хадгалагдсан өгөгдлийг гэмтээж болно. Энэ нь маш богино цонхонд боломжтой - бага хугацаа нь үүнийг мэдэгдэхүйц бууруулдаг, өөрөөр хэлбэл илүү хурдан хэлхээнүүд цацрагт илүү өртдөг. Энгийнээр хэлбэл, цацраг нь эцсийн дүндээ өгөгдөл хадгалахад нөлөөлж, процессорыг өөрөө гэмтээж болно. Сансрын станц, хөөргөх төхөөрөмж, датчикийн ашиглалтын нөхцөлд үүнийг хүлээн зөвшөөрөх боломжгүй юм. Сая долларын төслийг хэн ч эрсдэлд оруулахгүй.
Мөн уншина уу: Ангараг гаригийг колоничлоход юу саад болж чадах вэ?
Хор хөнөөлтэй цацраг туяа
Нэгэн цагт цацрагийн нөлөөллийг үйлдвэрлэлийн процессын өөрчлөлтөөр нөхдөг байсан, жишээлбэл, галлийн арсенид гэх мэт материалыг ашигласан. Гэсэн хэдий ч өөрчлөлт бүр нь маш үнэтэй байсан. Нэмж дурдахад сансрын тээврийн хэрэгслийн системийг тусгай үйлдвэрүүдэд бага хэмжээгээр бүтээдэг. Зөвхөн RHBD технологийг ашигласнаар цацрагт тэсвэртэй микро схемийг үйлдвэрлэхэд стандарт CMOS процессыг ашиглах боломжтой болсон. Мөн нэг битийн гурван ижил хуулбарыг ямар ч үед хадгалах боломжийг олгодог гурвалсан нэмэлт зэрэг аргуудыг ашигласан. Шаардлагатай үед хамгийн сайныг нь сонгодог.
Сансрын хөлгийн системд цацрагийн хор хөнөөлтэй нөлөө нь Оросын Фобос-Грунт номлолын бүтэлгүйтэлд хүргэсэн юм. Цэргийн нисэх онгоцонд зориулагдсан WS512K32V20G24M чип нь сансрын цацрагийн хүнд ионуудын нөлөөгөөр гэмтсэн байна. Хэт их гүйдэл нь компьютерийг гэмтээж, аюулгүй горимд шилжсэн. Харилцаа холбооны асуудлаас болж дахин эхлүүлэх боломжгүй байсан бөгөөд энэ нь датчик агаар мандалд орж, шатахад хүргэсэн.
Тиймээс удаан эдэлгээтэй төслүүдийн хувьд үнэхээр бат бөх блокуудыг ашигладаг. Жишээлбэл, Хаббл телескоп анх 8 МГц давтамжтай 224 битийн Rockwell Autonetics DF-1,25 төхөөрөмжөөр тоноглогдсон байв. Энэ нь муу санаа байсан нь удалгүй тодорхой болж, НАСА чипийг Intel-ээр солих процессыг даван туулах шаардлагатай болсон. 1993 онд телескопыг Intel 386-г дэмжихээр тохируулсан бөгөөд 3 онд 1999А үйлчилгээний ажлын үеэр DF-224 болон Intel 386 хос чипийг Intel 486 чипээр сольсон.
Бид энд сансрын станцын жишээг аль хэдийн өгсөн. Ийм том, нарийн төвөгтэй бүтэц нь маш үр дүнтэй системтэй байх ёстой юм шиг санагдаж байна. Гэсэн хэдий ч энэ нь тийм биш юм. Олон улсын сансрын станцын (ОУСС) үндсэн компьютер нь өмнө нь дурдсан Intel 386 блок дээр ажилладаг нь мэдэгдэж байна.Үндсэндээ нэг орос, нэг америк гэсэн гурван компьютер бүхий хоёр багцыг ашигладаг. 2015 онд Плутоноор нисч, Куйперийн бүсийг онилсон, илүү шинэчлэгдсэн "New Horizons" сансрын хөлгийг мөн харцгаая. 15 МГц давтамжтай цацрагт тэсвэртэй Mongoose-V чип нь секундэд 40 циклийн хурдтай даалгавруудыг гүйцэтгэх чадвартай бөгөөд энэ төхөөрөмжийн ихэнх функцийг хариуцдаг байв. Түүний гүйцэтгэл нь консол ажиллаж байгаа процессорын гүйцэтгэлтэй ойролцоо байна PlayStation.
Бид маш орчин үеийн сансрын хөлгүүдийг харахад дизайнерууд ихэвчлэн хэдэн арван жилийн настай шийдлүүдийг ашиглаж байгааг бид харж байна. Саяхан дэлхий нийт Curosity ровер Ангараг гариг дээр буухыг харлаа. Дотор нь IBM PowerPC 750 чипийн сайжруулсан хувилбар болох ердөө 200 МГц-ийн давтамжтай BAE RAD750 процессор байгааг тааварлах хүн цөөн. Хэрэв та хэзээ нэгэн цагт компьютер эзэмшиж байсан бол. Apple, та энэ процессорыг iMac цувралаас мэддэг байж магадгүй. Түүнчлэн Nintendo Wii консолын үр ашиг багатай микропроцессорыг ашигласан. Цацраг туяа ихэссэн нөхцөлд ажиллах шаардлагаас шалтгаалан түүний цагийн давтамжийг дахин бууруулсан.
Perseverance rover нь 20 гаруй жилийн өмнө гарсан процессор дээр ажилладаг гэдгийг бид аль хэдийн дурдсан. Өөрөөр хэлбэл, юу ч өөрчлөгдөөгүй, сая сая долларын өртөгтэй сансрын хөлгүүд өнгөрсөн зуунд гарсан микропроцессоруудыг ашиглаж байна. Хэрхэн сонсогдож байгаа ч энэ нь үнэн юм.
Мөн уншина уу: Таны компьютер дээрх зай. Одон орон судлалын шилдэг 5 програм
Crew Dragon, Falcon, Starlink зэрэг программ хангамж, компьютерууд
Бид алдартай Crew Dragon, Falcon, Starlink-ийн жишээн дээр юуг програм хангамж болгон ашигладаг талаар илүү нарийвчлан судлахаар шийдсэн.
Crew Dragon сансрын хөлгийн нэрийг сонсоход олон хүн нэвтрүүлгийн үеэр харсан гурван мэдрэгчтэй дэлгэц, цэнхэр удирдлагын интерфейсийг санадаг. Товчлуур, унтраалга, джойстикийн оронд мэдрэгчтэй дэлгэц ашиглан сансрын хөлгийг удирдах боломжийн талаар маргаан байсаар байна. SpaceX Энэ сонголтыг сонгосон учир нь тэдний зорилго нь хөлөг онгоцыг ямар ч хяналт шаарддаггүй, тэр үед багийнхан аль болох их мэдээлэл авах боломжтой байхаар зохион бүтээх явдал байв. Усан онгоц нь бүрэн бие даасан бөгөөд сансрын нисгэгчдийн хянах ёстой цорын ганц зүйл бол аудио системийн дууны хэмжээ гэх мэт бүхээгийн дотоод системээр хязгаарлагддаг. Сансрын нисгэгчид хөлөг онгоцны нислэг болон түүний хамгийн чухал системийг хянах нь зөвхөн онцгой байдлын үед л хийгдэх ёстой бөгөөд SpaceX нь сансрын нисгэгчдийн тусламжтайгаар эдгээр даалгаврын хамгийн сайн график интерфейсийг боловсруулахыг оролдсон.
Гэсэн хэдий ч хөлөг онгоцны гол функцуудыг дэлгэцийн доор байрлах товчлууруудыг ашиглан удирдаж болно гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Багийнхан гал унтраах системийг асаах, агаар мандалд дахин орохдоо шүхрээ нээх, ОУСС руу нислэгийг тасалдуулах, тойрог замаас яаралтай буулт хийх, самбар дээрх компьютеруудыг дахин тохируулах болон бусад яаралтай тусламжийн ажлыг гүйцэтгэх чадвартай. Дунд дэлгэцийн доорх хөшүүрэг нь сансрын нисгэгчдэд нүүлгэн шилжүүлэх системийг эхлүүлэх боломжийг олгодог. Тэд мөн дэлгэц ашиглан оруулсан командуудыг эхлүүлэх, цуцлах товчлууруудтай. Ингэснээр сансрын нисгэгч дэлгэцэн дээрх тушаалыг гүйцэтгээд амжилтгүй болсон тохиолдолд дэлгэцийн доорх товчлуурыг дарж тушаалыг цуцлах боломжтой хэвээр байна. Дэлгэцийн тод байдал, хяналтыг чичиргээний нөхцөлд туршиж үзсэн бөгөөд туршилтын багууд болон сансрын нисэгчид бээлий, битүүмжилсэн скафандраар олон тооны туршилт хийсэн.
Магадгүй пуужин, хөлөг онгоцны удирдлагын системд тавигдах хамгийн чухал шаардлага бол найдвартай байдал юм. SpaceX пуужингийн хувьд энэ нь юуны түрүүнд системийн илүүдэлтэй, өөрөөр хэлбэл хамтдаа ажилладаг, бие биенээ хуулбарлаж, нөхөж чаддаг хэд хэдэн ижил бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигласнаар хангагдана. Тодруулбал, "Шонхор 9" нь нийт гурван тусдаа самбарын компьютертэй. Эдгээр компьютер бүр пуужингийн мэдрэгч, системээс өгөгдлийг уншиж, шаардлагатай тооцооллыг хийж, цаашдын үйл ажиллагааны талаар шийдвэр гаргаж, тэдгээр шийдвэр гаргах командуудыг үүсгэдэг. Гурван компьютер бүгд хоорондоо холбоотой бөгөөд олж авсан үр дүнг харьцуулж, дүн шинжилгээ хийдэг.
Компьютерууд нь хоёр цөмт PowerPC процессор дээр суурилдаг. Дахин хэлэхэд, хоёр цөм нь ижил тооцоолол хийж, бие биетэйгээ харьцуулж, нийцтэй эсэхийг шалгана. Ийнхүү техник хангамжийн илүүдэл гурав дахин их байхад программ хангамжийн тооцооллын илүүдэл зургаан дахин их байна. Үүний зэрэгцээ, та алдаатай компьютерийг ажлын төлөв рүү буцаах боломжтой, жишээлбэл, дахин ачаалах замаар. Хэрэв үндсэн компьютер бүтэлгүйтвэл үлдсэн компьютерийн аль нэг нь ажлаа авна.
Компьютер болон бусад системд асуудал гарсан тохиолдолд номлолын хувь заяа Автономит Нислэгийн Аюулгүй байдлын Системийн (AFSS) шийдвэрээс хамаарна. Энэ бол хэд хэдэн микроконтроллер (жижиг компьютер) дээр ажилладаг, мэдрэгчээс ижил өгөгдөл, тооцооллын үр дүн, самбар дээрх компьютерээс тушаалуудыг хүлээн авч, нислэгийн аюулгүй байдлыг хянадаг бүрэн бие даасан самбар дээрх компьютерийн систем юм.
Бүх компьютерууд үргэлж хамгийн найдвартай өгөгдөлтэй байхын тулд ихэнх мэдрэгчүүд нь энэ өгөгдлийг уншиж, дараа нь самбар дээрх компьютерт илгээдэг компьютерууд шиг илүүдэлтэй байдаг. Үүнтэй адилаар пуужингийн бие даасан дэд системүүдийг (хөдөлгүүр, жолоодлого, маневр хийх хошуу гэх мэт) удирддаг компьютерууд нь самбар дээрх компьютерийн командын дагуу хуулбарлагддаг. Тиймээс Falcon 9-ийг дор хаяж 30 компьютерээс бүрдсэн бүхэл бүтэн мод удирддаг. Модны дээд талд харъяа компьютеруудын сүлжээг удирддаг самбар дээрх компьютерууд байдаг. Тус бүр нь самбар дээрх компьютер тус бүртэй өөрийн холбооны сувагтай байдаг. Тиймээс бүх багууд түүн дээр гурван удаа ирдэг.
Гэхдээ таны харж байгаагаар бүх самбар дээрх компьютерууд нь орчин үеийн суперкомпьютеруудын боловсронгуй микро схемүүд биш харин энгийн микрочип дээр суурилдаг.
Мөн уншина уу: Орчлон ертөнц: Хамгийн ер бусын сансрын биетүүд
Сансрын чипүүдийн ирээдүй
Харьцангуй хуучин процессоруудыг ашиглах нь шинэ процессорууд үүсэхгүй гэсэн үг биш юм. Зүгээр л тэдгээрийг бүтээх үйл явц нь маш хэцүү бөгөөд маш их цаг хугацаа шаарддаг. Сансарт ашиглах байгууламж бүр MIL-STD-883 ангийн шаардлагыг хангасан байх ёстой гэдгийг бас ойлгох хэрэгтэй. Энэ нь АНУ-ын Батлан хамгаалах яамнаас боловсруулсан дулааны, механик, цахилгаан болон бусад чипний туршилтуудыг багтаасан 100 гаруй туршилтыг давсан гэсэн үг юм. Энэ туршилтыг давсан ихэнх процессорууд нь зөвхөн цахиурын хавтангийн төв хэсгээс хийгдсэн байдаг. Учир нь энд ирмэгийн согог гарах магадлал хамгийн бага байдаг.
Ирээдүйн сансрын хөлгүүдэд зориулсан төслүүдийн жагсаалтад НАСА-гийн боловсруулсан HPSC цуврал системийг багтаасан болно. Хүлээгдэж буйгаар процессорууд 2023, 2024 оны зааг дээр бэлэн байх ёстой. Тэдний гүйцэтгэл нь одоогоор сансрын хөлөгт ашиглагдаж байгаа хамгийн хурдан системүүдийн гүйцэтгэлээс 100 дахин их байх ёстой. Америкчууд сар, Ангараг гаригийг байлдан дагуулж чадах чип бүтээхэд анхаарлаа хандуулж байна. Гэхдээ одоогоор эдгээр нь зөвхөн төсөл юм.
Нээлттэй эхийн SPARK архитектурт суурилсан чипийг удаан хугацаанд хөгжүүлж ирсэн Европын сансрын агентлаг арай өөр арга барилтай. Хамгийн сүүлийн үеийн ийм бүтээгдэхүүн бол LEON740FT гэр бүлийн GR4 загвар юм. Гигабит сүлжээний адаптер, 250 МБ L2 кэшээр тоноглогдсон 1000 цөмт 300 МГц процессор нь нисгэгчгүй сансрын хөлөг болон хиймэл дагуулуудад тохиромжтой платформ байх ёстой. Эрдэмтдийн тооцоолсноор процессорын дизайн, шинж чанар нь 250 жилийн дараа ч хэвийн ажиллах баталгаатай байх ёстой. Эрдэмтэд чипийг 300 жил ажилласны дараа л дор хаяж нэг алдаа гарч болзошгүйг баталж байна. Энэ нь сансрын хөлгийн бат бөх, бат бөх байдалд итгэх итгэлийг төрүүлдэг, учир нь ижил Ангараг руу нисэх нь ойролцоогоор - хоног үргэлжлэх бөгөөд энэ нь зөвхөн тохиромжтой зам юм. Зондууд заримдаа сансарт олон жил тэнүүчилж байдаг.
Сонирхуулахад, 2017 онд HPE болон NASA хамтран SpaceX Falcon 9 пуужин дээр анхны арилжааны өндөр хүчин чадалтай компьютерийг хөөргөснийг дурдах нь зүйтэй. Intel Broadwell процессортой, 40 Гбит хурдтай хос сокет HPE Apollo 56 сервер. интерфэйс Олон улсын сансрын станцад хүрч ирэв. Хэрэв эрдэмтдийн үзэж байгаагаар түүний гүйцэтгэл нь ердөө 1 TFLOPS байсан ч сансрын нөхцөлд маш их байсан.
Энэ нь манай гарагаас гадуур ашиглах зориулалттай чип зохиох нь хичнээн хэцүү болохыг, мөн хамгийн багадаа ердийн гэрийн компьютерийн процессорыг гүйцэхийн тулд хичнээн их ажил хийх шаардлагатайг харуулж байна.
Гэвч эрдэмтэд сансрын хөлгүүдийн ажиллагааг дэмжээд зогсохгүй сансрын цацраг, цацраг туяанаас найдвартай хамгаалагдах хамгийн хүчирхэг микрочип бүтээхээр ихээхэн хүчин чармайлт гаргаж байна. Магадгүй квант компьютерууд нөхцөл байдлыг өөрчилнө, гэхдээ энэ бол өөр түүх юм.
Мөн уншина уу:
Оптоэлектроник/квант компьютер үү?
20 МГц секундэд 20000000 үйлдэл 20000 бол 20 КГц.
"Энэ дөрвөн цөмт процессор нь 250 МГц давтамжтай, гигабит чип, 2 МБ L кэшээр тоноглогдсон."
Ямар төрлийн чип вэ?
Энэ бол миний анхаарал болгоомжгүй байдал. Анхаарсанд баярлалаа. Энэ нь гигабит сүлжээний адаптерийн тухай байсан. Зассан.
"Таны олонхи нь сансрын станцыг удирдахад хичнээн бага зүйл хэрэгтэйг гайхах байх." - Орчин үеийн компьютерууд хамгийн энгийн ажлуудад хичнээн их нөөц зарцуулдаг нь гайхмаар юм. Жишээлбэл, интернетэд хуудас нээхийн тулд танд сансрын станцыг удирдахаас илүү хүчирхэг процессор, илүү их санах ой хэрэгтэй болно.