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.

Diskuze (86) Další článek: Seagate: muži zálohují svá důležitá data více než ženy

Témata článku: Software, Hardware, Technika, Technologie, Mars, Nintendo wii herní konzole, Dnešní čip, Wii U, Honda, Kritická část, Ozáření, Obří zařízení, Ionizující záření, BAE Systems, Angry, Počítačový hardware, Starý počítač, Frekvence procesoru, River, Bezproblémové fungování, Starý systém, Sonda, Záření, Nintendo Wii, Minulost


Určitě si přečtěte

Google ADT-2: Miniaturní krabička s Android TV 8.0, kterou si nikdy nekoupíte

Google ADT-2: Miniaturní krabička s Android TV 8.0, kterou si nikdy nekoupíte

** Dlouho se nevědělo, co to přesně má být ** Pak se s krabičkou Google pochlubil na I/O ** Do „Chromecastu“ vtěsnal celý Android TV

Jakub Čížek | 22

Porno insider: Jak virtuální realita vstupuje do filmů pro dospělé

Porno insider: Jak virtuální realita vstupuje do filmů pro dospělé

** Pornografie údajně představuje třetinu internetové obsahu a je technologický tahounem ** Do erotického obsahu postupně zasahuje i virtuální realita ** Kromě vizuálního vjemu se pracuje také na virtuálním uspokojení toho hmatového

Jan Dudek | 28

PrusaLab a FutLab: Praha se dočkala špičkových komunitních dílen pro hackery

PrusaLab a FutLab: Praha se dočkala špičkových komunitních dílen pro hackery

** Nejprve svoji velkou dílnu otevřelo Brno ** Letos se přidala i Praha ** Nabízí malé 3D tiskárny i velké průmyslové stroje

Jakub Čížek | 11

Šéf amerického Red Hatu: Odpojte Brno od internetu a zhroutíme se

Šéf amerického Red Hatu: Odpojte Brno od internetu a zhroutíme se

** V Česku najdete hromadu skvělých vývojářů ** Mnozí z nich přispívají do open-source ** Třeba v brněnském Red Hatu

Jakub Čížek | 51

Nechcete platit za Total Commander? Těmito bezplatnými programy ho můžete nahradit

Nechcete platit za Total Commander? Těmito bezplatnými programy ho můžete nahradit

** Total Commander je na Windows takřka legendou ** Licence však stojí více než tisíc korun ** Našli jsme pro vás deset alternativ dostupných zdarma

Karel Kilián | 112

Blíží se Juno. Jeden z nejhezčích Linuxů pro normální lidi

Blíží se Juno. Jeden z nejhezčích Linuxů pro normální lidi

** Ubuntu a Fedora patří k nejpopulárnějším linuxovým OS pro desktop ** A pak je tu zástup dalších nebo jejich odvozenin ** Jedním z nich je Elementary OS, který se brzy dočká novinek

Jakub Čížek | 71


Aktuální číslo časopisu Computer

Kdy necháme řídit chytrá auta?

6 Wi-Fi Mesh systémů ve velkém testu

Srovnali jsme 7 sportovních kamer

Znáte pravidla pro létání s drony?