美国国家航空航天局或将在国际空间站中引入商用电子元器件

引言

美国国家航空航天局正在对商用现货电子元器件进行空间实验测试,寻求在太空飞船中使用商用现货电子元器件,以抵抗电离辐射影响。目前,普惠公司已研发出双插槽服务器,用于权衡空间站服务器在运行速度和功耗之间的关系。

美国正在国际空间站进行几项实验,测试国家航空航天局(NASA)是否可以采用超越传统的抗辐射组件。如果一切按计划进行,今年秋天从国际空间站返回的“天龙号”太空船(SpaceX Dragon)将回到地球,等待工程师的是一对服务器,并有待他们在轨道实验室和试验台对其进行约一年的试飞工作。该实验旨在模拟将近一年的前往火星的路程,并确定商用现货的硬件是否经受得了外太空环境。

与此同时,NASA正准备将ARM处理器核心设计作为下一代太空电子产品的基础,并研究了辐射对内存芯片的影响。

普惠公司提供用于空间运行的Gen 9 Apollo 40系列服务器

在NASA一个名为“空运计算机”(Spaceborne Computer)的项目下,惠普公司的工程师提供了一对安装在空间站上的双插槽服务器(一对相同的基于地面的实验“控制组”)。HPE服务器于去年8月推出,用于评估NASA最终是否能将昂贵的抗辐射组件替换为商业硬件。事实证明,这些商业硬件对破坏性电离辐射的影响越来越具有抵抗力。

在前往火星的过程中,距离地球最近距离至少为3500万英里,可能远远超过地球轨道上的辐射危害。然而,HPE工程师指出,目前的商业电子组件远远超过了空间站目前的抗辐射要求。

这对板载镜像服务器位于NASA艾姆斯研究中心,负责处理运行空间站所需的大部分工作。HPE工程师、超级计算机实验的联合首席研究员马克·费尔南德斯(Mark Fernandez)说,一台服务器正在尽可能快地运行,而第二台运行速度较慢。“如果发生异常并且只发生在快速异常上,那么运营商可能会减慢速度。”

Fernandez解释说,这项实验的目的是确定该服务器是否可以在前往火星的过程中保存下来,正常运作,如果是这样,也可以为宇航员提供正确信息。目前的计划要求将服务器于2018年11月通过“天龙号”太空船送回。Fernandez补充说,HPE研究人员随后将对组件进行故障分析,以确定它们在太空一年的时间里是如何“老化”的。

Gen 9 Apollo 40服务器通过功耗和运行速度动态调整达到整体性能最优

NASA的太空计算计划可以追溯到2014年,SGI是NASA Ames的长期计算设备供应商。SGI于2016年被HPE收购。根据任务描述,当空间站受到高水平粒子或电磁辐射时,能耗与处理速度都在降低。当前目的是查明服务器是否仍然能够以较低速度正常运行。

长期以来,NASA一直通过增加冗余电路或在半导体晶片上使用绝缘基板,来指定传统和昂贵的抗辐射电子组件,代价高昂。因此HPE的工程师们想出了一种更经济的方法来强化电子设备。

官方人员称,Gen 9 Apollo 40系列基于Xeon的服务器在波动辐射条件下运行计算和数据密集型应用程序,同时研究人员对功耗进行监控并“动态调整所消耗的功率”,以便在模拟行程期间测量超级计算机的整体性能。

该服务器实验还利用了相对前沿的商业太空能力。SpaceX公司是迄今为止唯一一家能够不仅向空间站运送物资,还能通过实验和所集数据将一艘太空船送回地球的商业实体。自2012年5月以来,SpaceX一直在国际空间站执行“天龙”任务。

同时,未来太空计算平台的关键组件预计将在未来几年内推出。例如,NASA预计其下一代通用处理器——ARM Cortex-A53的一种变种——将于2020年推出。

NASA在2016年选择了ARM处理器,这意味着它可能已经阻断了下一代载人航天器的一些设计。观察人士指出,Cortex-A53是在2014年推出的,这意味着到2020年,按照商业电子标准,微处理器核心将成为过去。尽管如此,它代表着太空电子产品的升级,这些电子产品在很大程度上未能跟上摩尔定律的发展速度。

ARM处理器作为NASA抗辐射电子存储实验的一部分,于2016年被送至空间站。美国国家航空航天局与美空军的联合项目研究了SRAM在被太空中的高能粒子撞击时发生故障的频率。内存实验由基于ARM的微控制器监控。

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