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抗辐射能力渐强,商用电子零部件这是要上天啊

时间:2018-07-06 作者:George Leopold 阅读:
国际太空站(ISS)目前正在进行几项实验,测试太空总署能否更进一步超越传统的抗辐射组件,让现成硬件在外太空中正常运作。
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国际太空站(International Space Station;ISS)目前正在进行几项实验,测试太空总署能否更进一步超越传统的抗辐射组件。8YXEETC-电子工程专辑

如果一切按计划进行,由美国SpaceX开发的天龙号宇宙飞船(SpaceX Dragon)预计将于今秋自国际太空站返回地球,并等待工程师测试一组登陆轨道实验室与测试台将近一整年的服务器。这项实验的目的在于模拟至火星旅行将近一年,并确定现成硬件是否能在外太空中正常运作。8YXEETC-电子工程专辑

同时,太空总署正准备以ARM处理器核心设计作为其下一代太空电子组件的基础。此外,它还研究了辐射对于内存芯片的影响。8YXEETC-电子工程专辑

针对美国太空总署(NASA)连手慧与科技(Hewlett Packard Enterprise;HPE)打造的首款太空超级计算机——Spaceborne Computer,HPE工程师提供了一组安装在国际太空站的双插槽服务器(另有一组相同的服务器安装于地面,作为该实验的“控制组”)。HPE的服务器于去年8月发布,用于评估NASA最终是否能从昂贵的抗辐射组件过渡至采用现成可用的商业硬件——这些硬件经证实越来越能抵抗具破坏力的电离辐射影响。8YXEETC-电子工程专辑

辐射的危害也牵涉到旅行至火星——与地球最接近时的距离至少为3,500万英哩——而且还很可能远远大于在地球轨道上的辐射危害。然而,HPE的工程师指出,目前的商用电子组件在抗辐射的能力方面,远远超过了太空站的抗辐射要求。8YXEETC-电子工程专辑

这两个板载服务器用于镜像NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的机器,以因应太空站所要求的大部份处理任务。HPE工程师兼Spaceborne Computer计划共同研究员Mark Fernandez表示,在这组服务器中,其中一台服务器持续尽可能快速地运转,而第二台服务器的运作速度则较慢。“如果发生异常时,它只会出现在运转快速的服务器上,那么操作人员就能够减缓其速度。”8YXEETC-电子工程专辑

Fernandez解释说,这项实验的目的在于确定机器是否能在火星旅行中存活且运作正常,如果可以的话,就能为航天员提供正确的答案。8YXEETC-电子工程专辑

目前的时间表要求服务器必须在11月登上天龙号宇宙飞船返回地球。Fernandez补充说,HPE的研究人员将会针对组件进行故障分析,以确定他们在太空中使用一整年后如何开始“退化”。8YXEETC-电子工程专辑

NASA的太空运算计划可以追溯到2014年的SGI——SGI是NASA Ames的长期运算设备供应商。SGI于2016年被HPE收购。8YXEETC-电子工程专辑

根据对于任务的描述,当太空站被高浓度的粒子或电磁辐射摧毁时,其功耗和处理速度随之降低。因此,研究的目的在于找出服务器在较慢速度下是否仍能正常运作。
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部署于国际太空站的一对HPE服务器,作为模拟火星旅行计划的一部份8YXEETC-电子工程专辑

在波动辐射的条件下,Gen 9 Apollo 40系列Xeon服务器仍然心执行运算和数据密集型应用,同时,研究人员则监控其功耗,并“动态调整所消耗的功率”,以便在模拟火星旅行期间衡量Spaceborne Computer太空超级计算机的整体性能。8YXEETC-电子工程专辑

NASA长期以来采用传统且昂贵的抗辐射电子组件,其方式是在半导体芯片上增加冗余电路或者采用绝缘基板。但采用这种蛮力途径的代价十分昂贵。HPE工程师在一则博客文章中提出其所谓更便宜的抗辐射电子组件法:“……在不利的情况下只需减慢系统速度,就能够免于故障并保持计算机的运作。”8YXEETC-电子工程专辑

该服务器实验还利用了相对较新的商业太空能力。SpaceX是Space Exploration Technologies Corp.的缩写——它是至今唯一一家不仅能为太空站提供物资,同时还能将这些实验及其所收集的宝贵资料送回地球的公司。8YXEETC-电子工程专辑

2012年5月以来,SpaceX Dragon天龙号宇宙飞船就一直在进行至国际太空站的任务。8YXEETC-电子工程专辑

同时,预计在接下来的几年内就可看到未来太空运算平台的关键组件了。例如,太空总署预计其下一代通用处理器(ARM Cortex-A53的变化版本)将于2020年推出。8YXEETC-电子工程专辑

NASA在2016年选择采用ARM处理器,意味着它很可能已经冻结其下一代载人宇宙飞船的部份设计。根据观察家指出,Cortex-A53是在2014年推出的,这意味着到2020年,以商用电子组件的标准来看,微处理器核心很可能成为古董级组件。尽管如此,它象征着太空电子组件的升级,毕竟这些太空电子组件大多都无法延续摩尔定律的微缩进展。8YXEETC-电子工程专辑

作为NASA抗辐射电子内存实验的一部份,ARM处理器已于2016年旅行至国际太空站。 NASA与美国空军(NASA–Air Force)的合作计划则研究静态随机存取忆体(SRAM)在太空中遭到高能粒子撞击时发生故障的频率。内存实验部份采用基于ARM的微控制器(MCU)进行监测。8YXEETC-电子工程专辑

— George Leopold是《EE Times》前执行编辑,着有《甘冒风险:Gus Grissom的超音速生活与时代》(Calculated Risk: The Supersonic Life and Times of Gus Grissom;Purdue University Press, 2016)。8YXEETC-电子工程专辑

编译:Susan Hong8YXEETC-电子工程专辑

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载8YXEETC-电子工程专辑

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George Leopold
EE Times特约编辑。自1986年以来,George Leopold一直在华盛顿特区撰写有关科学和技术的文章。除了EE Times,Leopold的作品还出现在《纽约时报》(New York Times),New Scientist和其他出版物上。 他住在弗吉尼亚州雷斯顿。
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