A NASA egy új generációs űrprocesszort tesztel, amely drámai mértékben növeli a jövő űreszközeinek számítási teljesítményét. A chipet a NASA és a Microchip Technology együttműködésében fejlesztették, és idővel lehetővé teheti, hogy az űreszközök hatalmas mennyiségű adatot dolgozzanak fel, és önállóan hozzanak döntéseket, anélkül hogy meg kellene várniuk a Földről érkező utasításokat.

A mérnökök szerint a processzor alapjaiban alakíthatja át, hogyan kezeli a NASA a mélyűri kutatást, a bolygófelszíni leszállásokat és a jövőbeli, Holdra és Marsra induló emberes küldetéseket. A NASA kaliforniai Jet Propulsion Laboratory (JPL) központjában végzett első tesztek szerint a chip közel 500-szoros teljesítményt nyújt a jelenleg használt, sugárzásálló űrprocesszorokhoz képest.

Mélyűri küldetésekre tervezve

A processzor a NASA High Performance Spaceflight Computing (HPSC) projektjének központi eleme. A hagyományos kereskedelmi chipekkel ellentétben ennek a rendszernek évekig kell kibírnia az intenzív sugárzást, a rakétaindítás extrém terhelését és a szélsőséges hőmérséklet-ingadozásokat, javítási lehetőség nélkül.

A hardver úgynevezett system-on-a-chip, vagyis SoC, amely több fontos számítástechnikai funkciót egyetlen kompakt egységben egyesít. Tartalmaz központi processzorokat, fejlett hálózati rendszereket, memóriát, speciális számítási egységeket és be-/kimeneti interfészeket.

A felépítés a modern okostelefonok és táblagépek kompakt architektúráját idézi. A NASA változata azonban kifejezetten mélyűri küldetésekhez készült, ahol egyetlen elektronikai hiba is megbéníthatja az űreszköz működését.

„Az előző generációs űrprocesszorok örökségére építve ez az új, többmagos rendszer hibatűrő, rugalmas és rendkívül nagy teljesítményű” – mondta Eugene Schwanbeck, a NASA Game Changing Development programjának egyik programfelelőse a virginiai Hamptonban működő Langley Research Centerben.

„A NASA elkötelezettsége az űrrepüléshez használt számítástechnika fejlesztése mellett a műszaki teljesítmény és az együttműködés igazi diadala.”

A NASA úgy véli, a processzor idővel a fedélzeti mesterségesintelligencia-rendszereket is kiszolgálja majd. Ezek képesek lehetnek elemezni a környezetet, kikerülni a veszélyeket, és valós időben reagálni a váratlan helyzetekre.

Ugrásszerű teljesítménynövekedés

A jelenlegi űreszközök gyakran elavult processzorokat használnak, mert a modern chipek nem bírják a világűr sugárzási viszonyait. Ez erősen korlátozza a fedélzeti számítási kapacitást, és sok küldetést arra kényszerít, hogy nagyrészt a Földön működő rendszerekre támaszkodjon az adatok feldolgozásában. A NASA új chipje ezt a szűk keresztmetszetet akarja megszüntetni.

A JPL mérnökei hónapok óta tesztelik a processzort szimulált mélyűri körülmények között. A chipet sugárterhelésnek tették ki, hőmérsékleti próbáknak vetették alá, rázkódásteszteken és elektromágneses zavarokra vonatkozó vizsgálatokon is átesett.

„Alaposan próbára tesszük ezeket az új chipeket: sugárzási, hőmérsékleti és rázkódásteszteket végzünk, miközben szigorú funkcionális tesztprogrammal a teljesítményüket is értékeljük” – mondta Jim Butler, a High Performance Space Computing projekt menedzsere a JPL-nél.

A sugárzás továbbra is az egyik legnagyobb műszaki kihívás. A Napból és a mélyűrből érkező nagy energiájú részecskék tönkretehetik az űreszközök elektronikáját, és „safe mode” üzemmódba kényszeríthetik a rendszereket, ami a nem létfontosságú funkciók leállításával jár.

A NASA nagy pontosságú bolygófelszíni leszállási szimulációkkal is tesztelte a chipet. Ilyenkor az űreszköznek óriási mennyiségű szenzoradatot kell szinte azonnal feldolgoznia.

„A valós működést úgy próbáljuk modellezni, hogy nagy pontosságú leszállási forgatókönyveket használunk korábbi NASA-küldetésekből. Ezek általában rendkívül energiaigényes hardvert követelnek meg, hogy a leszálló szenzorok hatalmas adatfolyamát kezelni tudják” – mondta Butler. „Izgalmas időszak ez számunkra: olyan hardveren dolgozunk, amely lehetővé teszi a NASA következő, igazán nagy ugrásait.”

A NASA 2022-ben választotta ki a Microchip Technologyt kereskedelmi partnernek. A cég a NASA-val és a JPL-lel párhuzamosan saját kutatás-fejlesztési munkát is finanszírozott.

Amint a processzor megkapja az űrrepüléshez szükséges minősítést, megjelenhet keringő egységekben, bolygójáró roverekben, lakómodulokban és mélyűri szondákban. A NASA arra számít, hogy a technológia földi iparágakra is hatással lesz, többek között a repülésre és az autóipari gyártásra.