reklama

Curiosity na Marsu: počítačové technologie minulosti

Robotické vozidlo Curiosity, které včera úspěšně dosedlo na Mars, řídí počítač s operačním systémem. Na co sází vědci?

Včera, v pondělí 6. srpna roku 2012 úspěšně přistálo na Marsu vozítko s přezdívkou Curiosity, oficiální název je ale Mars Science Laboratory (MSL). Jak název napovídá, jedná se hlavně o mobilní laboratoř, v tomto případě jde o nejpokročilejší lidskou laboratoř pro výzkum, která kdy byla na Marsu a vůbec na jiné planetě či ve vesmíru.

Klepněte pro větší obrázek
Curiosity je oproti předchozím vozítkům na Marsu skutečně obří (Zdroj: NASA)

V tomto článku se ale nebudeme zabývat kompletní výbavou a různými vědeckými parametry a schopnostmi Curiosity, ale zaměříme se na počítačový hardware, který obsahuje, a na kterém je závislá jeho funkčnost.

Hardware jako u starých Maců

Curiosity je řízen počítačem, který se stará o veškeré výpočty a komunikaci se Zemí. Vesmír ani Mars však neposkytuje zrovna ideální podmínky pro život, a to bohužel platí i pro integrované obvody složené z tranzistorů.

Energeticky nabité částice dokáží poškodit nejen strukturu DNA, ale také jednotlivé tranzistory v obvodu. A čím menší jsou tranzistory, tím náchylnější jsou na záření s vysokou energií. Částice může nejen zničit tranzistor, ale také změnit jeho stav a dokonce ho trvale překlopit na jeden ze stavů.

Klepněte pro větší obrázek
Ukázka chráněné C-RAM paměti proti radiaci od BAE Systems

Není proto divu, že se u čipů a obvodů, které jsou určeny pro vesmír či jinou planetu, sází spíše na starší výrobní proces, který je několik generací za tím současným, kterým je například vyroben čip ve vašem mobilu nebo počítači.

Curiosity obsahuje 32bitový procesor RAD750 od IBM, který je založen na PowerPC 750. Tento procesor se nacházel i v prvním iMacu a PowerBooku (PowerPC G3), jeho novější verze v herní konzoli Nintendo GameCube a Nintendo Wii. Technologické stáří čipu je tedy přibližně 15 let.

Klepněte pro větší obrázek
Vývoj čipů ve vozítkách NASA na Marsu (Zdroj: Wikipedia)

Model RAD750 má velikost čipu 130 mm2, obsahuje 10,4 milionů tranzistorů a je vyráběn společností BAE Systems 150nm nebo 250nm technologií. Frekvence procesoru je 110 MHz až 200 MHz a jeho výkon je kolem 266 až 400 MIPS. Pro srovnání, například čtyřjádrový mobilní čip Nvidia Tegra 3 má výkon přibližně 12 000 MIPS. Pokud si chcete představit výkon ještě jinak, měl by být o trochu vyšší než u desktopového Pentia II od Intelu. Pro zvýšení výkonu má procesor i rozšířenou L2 cache, která je u dnešních čipů již samozřejmostí.

Hlavní je ale ochrana čipu před ionizujícím zářením, což je jeden z faktorů, proč je cena čipu vysokých 200 000 dolarů (přibližně 4 miliony korun). Oproti standardnímu RAD750 je model použitý v Curiosity ještě vylepšen. Procesor odolá hodnotám 2 000 až 10 000 Gy. Pokud jde o člověka, příznaky z ozáření nastávají již při hodnotách kolem 0,1 Gy/h. Šváb dle testů přežije v 70 % případů i 100 Gy.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
Vesmírné komponenty musí být chráněny před ionizujícím zářením, jinak dojde k jejich poškození

Procesor musí být také stabilní v širokém spektru teplot, RAD750 zvládne pracovat v rozmezí -55 až +125 stupňů celsia. Spotřeba čipů je 5 W, přičemž radioizotopový termoelektrický generátor v Curiosity dokáže poskytovat až 125 W elektrické energie.

Počítač má také 256 kB EEPROM, 256 MB operační paměti (DRAM) a 2GB flash paměť. Počítače jsou k dispozici dva, jeden je záložní, kdyby se první poškodil nebo začal vykazovat chyby.

Proprietární operační systém VxWorks

Ať už jste fanoušci Windows, Mac nebo Linuxu, ani jeden z těchto systémů není základem pro Curiosity. NASA použila i u nového vozítka operační systém reálného času (RTOS) od společnosti Wind River Systems - VxWorks.

Klepněte pro větší obrázek
Operační systém VxWorks od Wind River Systems je v miliardách zařízení po celém světě, ale i v satelitech a vesmírných sondách

Vývoj tohoto systému začal již v roce 1985, tedy před 27 lety, ale pokračuje dodnes. V nejnovějších verzích podporuje různé architektury (x86, x86-64, SH-4, ARM, MIPS, PowerPC) a moderní technologie jako IPv6, vícejádrové čipy a podobně.

Systém se nachází v mnoha vesmírných sondách a satelitech, stejně tak je základem různých robotických systémů (Honda ASIMO) a elektronických zařízení (routery, tiskárny atd.). Celkově je v miliardě různých zařízení po celém světě.

VxWorks je operační systém, na kterém běží všechny další části pro automatické přistání a řízení, jedná se tak o kritickou část pro bezproblémové fungování. Je optimalizovaný pro maximální stabilitu a výkon a minimální spotřebu výpočetních prostředků.

Na videu si můžete v prezentaci prohlédnout novinky v poslední stabilní verzi VxWorks 6.9, která byla představena minulý rok. Jakou verzi používá Curiosity, se nám nepodařilo zjistit.

Práce bez nutnosti maximálního výkonu

Curiosity sice nemá nejnovější čtyřjádrový procesor s výkonnou grafickou kartou, ale to ani není potřeba. Vzhledem k množství dat, které zpracovává a posílá skrze bezdrátové spojení na Zem (32 kb/s, 2 Mb/s přes satelit) je současný výkon více než dostatečný.

Klepněte pro větší obrázek
Výbava Curiosity je rozsáhlá, hodně drahá laboratoř na kolečkách (Zdroj: Wikipedia)

Operační systém sice nepustí Angry Birds jako váš mobilní telefon, ale za to má mnohem větší stabilitu, ochranu prostředků a minimálně zatěžuje hardware na úkor spuštěných a kritických aplikací. Nutnost vyššího výkonu přichází s pokročilejšími senzory a komponenty, kdy se zvýší počet dat, které je nutné přenést v rámci systému, zpracovat a přijímat či vysílat.

Klepněte pro větší obrázek
Dvě z mnoha kamer, které má k dispozici Curiosity (Zdroj: Wikipedia)

Jednoduchý příklad je například u klasických snímacích čipů (rozlišení 1 600 × 1 200, 10 snímku za sekundu nebo 720p video), ale i ty mají samostatnou elektroniku určenou pro zpracování, která je mnohem efektivnější než hlavní procesor. Kamery mají i vlastní 8GB flash paměť pro uložení 5 500 snímků s bezztrátovou kompresí JPG.

Klepněte pro větší obrázek
Výsledný snímek zpracovaný kamerou, systémem a poslaný bezdrátově na Zem (Zdroj: NASA)

A stejně jako i u některých současných pracovních úkonů by vám bez problému stačil i hodně starý počítač, Curiosity si vystačí s výkonem a výbavou, se kterou se nyní pohybuje na Marsu.

Témata článku: Hardware, Software, Technologie, Mars, River, Wind, Nintendo Wii, Angry, Angry Birds, Birds, Honda

86 komentářů

Nejnovější komentáře

  • vsudebyldvakrat 24. 7. 2013 15:17:10
    Curiosity si vystačí s výkonem a výbavou, se kterou se nyní pohybuje na...
  • ceco99 9. 8. 2012 13:50:26
    a takto nejak vypadaju Code Standards (pravidla pre programovanie) pre...
  • Krejmaj 8. 8. 2012 9:39:24
    Akorát nechápu, proč trvalo 14minut potvrzení, že vozítko přistálo, když...
reklama
Určitě si přečtěte

UPC překopli páteřní kabel. V Brně i druhý den nejede internet ani kabelovka

UPC překopli páteřní kabel. V Brně i druhý den nejede internet ani kabelovka

** V Brně byl velký výpadek služeb UPC ** Důvodem je překopnutý páteřní kabel ** V některých lokalitách služby stále nefungují

5.  12.  2016 | Jakub Čížek | 100

17 expertek Microsoftu předpovědělo rok 2027. Splní se alespoň něco?

17 expertek Microsoftu předpovědělo rok 2027. Splní se alespoň něco?

** Zmizí klasické vyhledávače ** Budeme programovat buňky ** Kvantové počítače překonají šifry

6.  12.  2016 | Jakub Čížek | 36

11 tipů na dobrý stolní počítač: od základu po herní mašiny

11 tipů na dobrý stolní počítač: od základu po herní mašiny

** Postavte si stolní počítač! Máme pro vás 11 vzorových sestav s rozpisem komponent ** Většina tipů cílí na hráče, věnujeme se ale i základnímu PC a počítačům na střih videa ** Nadělte si nový počítač třeba pod stromeček

5.  12.  2016 | Adam Kahánek | 73


reklama