太空總署正準備以ARM處理器核心設(shè)計作為其下一代太空電子元件的基礎(chǔ)

國際太空站(International Space Station；ISS)目前正在進行幾項實驗，測試太空總署能否更進一步超越傳統(tǒng)的抗輻射元件。

如果一切按計劃進行，由美國SpaceX開發(fā)的天龍?zhí)柼沾?SpaceX Dragon)預(yù)計將于今秋自國際太空站返回地球，并等待工程師測試一組登陸軌道實驗室與測試臺將近一整年的服務(wù)器。這項實驗的目的在于模擬至火星旅行將近一年，并確定現(xiàn)成硬體是否能在外太空中正常運作。

同時，太空總署正準備以ARM處理器核心設(shè)計作為其下一代太空電子元件的基礎(chǔ)。此外，它還研究了輻射對于存儲器芯片的影響。

針對美國太空總署(NASA)聯(lián)手慧與科技(Hewlett Packard Enterprise；HPE)打造的首款太空超級電腦——Spaceborne Computer，HPE工程師提供了一組安裝在國際太空站的雙插槽服務(wù)器(另有一組相同的服務(wù)器安裝于地面，作為該實驗的「控制組」)。HPE的服務(wù)器于去年8月發(fā)布，用于評估NASA最終是否能從昂貴的抗輻射元件過渡至采用現(xiàn)成可用的商業(yè)器件——這些器件經(jīng)證實越來越能抵抗具破壞力的電離輻射影響。

輻射的危害也牽涉到旅行至火星——與地球最接近時的距離至少為3,500萬英哩——而且還很可能遠遠大于在地球軌道上的輻射危害。然而，HPE的工程師指出，目前的商用電子元件在抗輻射的能力方面，遠遠超過了太空站的抗輻射要求。

這兩個板載服務(wù)器用于鏡像NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的機器，以因應(yīng)太空站所要求的大部份處理任務(wù)。HPE工程師兼Spaceborne Computer計劃共同研究員Mark Fernandez表示，在這組服務(wù)器中，其中一臺服務(wù)器持續(xù)盡可能快速地運轉(zhuǎn)，而第二臺服務(wù)器的運作速度則較慢?！溉绻l(fā)生異常時，它只會出現(xiàn)在運轉(zhuǎn)快速的服務(wù)器上，那么操作人員就能夠減緩其速度?！?/p>

Fernandez解釋說，這項實驗的目的在于確定機器是否能在火星旅行中存活且運作正常，如果可以的話，就能為太空人提供正確的答案。

目前的時間表要求服務(wù)器必須在11月登上天龍?zhí)柼沾祷氐厍?。Fernandez補充說，HPE的研究人員將會針對元件進行故障分析，以確定他們在太空中使用一整年后如何開始「退化」。

NASA的太空運算計劃可以追溯到2014年的SGI——SGI是NASA Ames的長期運算設(shè)備供應(yīng)商。SGI于2016年被HPE收購。

根據(jù)對于任務(wù)的描述，當太空站被高濃度的粒子或電磁輻射摧毀時，其功耗和處理速度隨之降低。因此，研究的目的在于找出服務(wù)器在較慢速度下是否仍能正常運作。

部署于國際太空站的一對HPE服務(wù)器，作為模擬火星旅行計劃的一部份

在波動輻射的條件下，Gen9 Apollo 40系列Xeon服務(wù)器仍然執(zhí)行運算和資料密集型應(yīng)用，同時，研究人員則監(jiān)控其功耗，并「動態(tài)調(diào)整所消耗的功率」，以便在模擬火星旅行期間衡量Spaceborne Computer太空超級電腦的整體性能。

NASA長期以來采用傳統(tǒng)且昂貴的抗輻射電子元件，其方式是在半導(dǎo)體芯片上增加冗余電路或者采用絕緣基板。但采用這種蠻力途徑的代價十分昂貴。HPE工程師在一則部落格文章中提出其所謂更便宜的抗輻射電子元件法：「……在不利的情況下只需減慢系統(tǒng)速度，就能夠免于故障并保持電腦的運作?！?/p>

該服務(wù)器實驗還利用了相對較新的商業(yè)太空能力。SpaceX是Space Exploration Technologies Corp.的縮寫——它是至今唯一一家不僅能為太空站提供物資，同時還能將這些實驗及其所收集的寶貴資料送回地球的公司。

自2012年5月以來，SpaceX Dragon天龍?zhí)柼沾鸵恢痹谶M行至國際太空站的任務(wù)。

同時，預(yù)計在接下來的幾年內(nèi)就可看到未來太空運算平臺的關(guān)鍵元件了。例如，太空總署預(yù)計其下一代通用處理器(ARM Cortex-A53的變化版本)將于2020年推出。

NASA在2016年選擇采用ARM處理器，意味著它很可能已經(jīng)凍結(jié)其下一代載人太空船的部份設(shè)計。根據(jù)觀察家指出，Cortex-A53是在2014年推出的，這意味著到2020年，以商用電子元件的標準來看，微處理器核心很可能成為古董級元件。盡管如此，它象征著太空電子元件的升級，畢竟這些太空電子元件大多都無法延續(xù)摩爾定律的微縮進展。

作為NASA抗輻射電子存儲器實驗的一部份，ARM處理器已于2016年旅行至國際太空站。NASA與美國空軍(NASA–Air Force)的合作計劃則研究靜態(tài)隨機存取憶體(SRAM)在太空中遭到高能粒子撞擊時發(fā)生故障的頻率。存儲器實驗部份采用基于ARM的微控制器(MCU)進行監(jiān)測。