Procesory | Perseverance

Šestikolku Perseverance pohání prehistorický procesor. Podobný měl i Apple iMac G3

  • Rover pohání prehistorický čip PowerPC 750, prolétlo internetem
  • Ve skutečnosti je to složitější, je to jeho kosmická verze
  • Jmenuje se BAE RAD750 a příliš nezestárnul

Marsovský dron Ingenuity budí pozornost běžnými a levnými komponentami, ze kterých jej poskládali v laboratořích NASA JPL. Pomineme-li rozměrné karbonové listy rotorů a FPGA armádních parametrů, amatérský stavitel kvadrokoptér by si něco podobného skutečně složil dohromady i ve své vlastní dílně.

Jak je na tom ale samotný rover Perseverance? V posledních dnech prolétla technologickými weby zprávička, že jej pohání procesor ze stařičkého počítače Apple iMac G3. To je ten ikonický, který spojujeme s návratem Steva Jobse do firmy, a který stál na počátku cesty Applu zpět na vrchol. Co je na tom pravdy?

Klepněte pro větší obrázek
Apple iMac G3

Původní iMacy z roku 1998 poháněl 32bitový procesor architektury PowerPC 750, který tehdy vyráběly fabriky IBM a Motorola. Na přelomu století se čip dočkal hromady revizí a postupného zvyšování výkonu, když bychom se ale na něj podívali optikou dnešních benchmarků, lehce překonával tehdejší Pentium II a potřeboval k tomu o něco méně elektrické energie.

IBM Federal Systems Divison

No dobrá, ale co má platforma PowerPC od IBM společného s lety do kosmu a na Mars? Prakticky všechno. IBM, respektive její Federal Systems Division, totiž byla desítky let dvorním technologickým dodavatelem NASA, ministerstva obrany, NSA a dalších federálních agentur. Její počítače poháněly mise Apollo, rakety Saturn a nakonec i většinu kosmických sond. Bylo tedy vcelku přirozené, že volba padala i na vlastní architektury stále pokročilejších integrovaných obvodů.

Části FSD se v 90. letech postupně dostaly pod křídla vesmírné Loral Corporation, následně Lockheed Martin a nakonec skončily v arlingtonské BAE Systems.

Chcete k Marsu? Dejte do toho RAD6000

Omlouvám se za historické okénko, nicméně je podstatné, právě v IBM, Loral a následně BAE se totiž zrodila odvozená řada čipsetů pro speciální průmyslové použití RAD. V roce 1997 to byl RAD6000 s pracovním taktem do 33 MHz, instrukční sadou POWER1, výpočetním výkonem okolo 35 MIPS a 128 MB RAM s armádní úrovní ochrany ECC proti ztrátě dat.

Klepněte pro větší obrázek
Procesor pro  rakety RAD6000

Odolný byl ostatně celý procesor, aby mohl sloužit i v nejnáročnějších podmínkách kosmu, urychlovačích částic nebo třeba v kritických obvodech jaderných reaktorů. Vyšší ochranu před radiací v takovém případě zpravidla zajišťuje odlišný výrobní proces, robustní stínění, redundance obvodů i celých funkčních bloků a právě pokročilé techniky ECC.

RAD6000 sloužil díky svým parametrům a kontraktům sahajícím hluboko do minulosti na hromadě misí NASA včetně těch, které mířily k rudé planetě. Našli byste jej na sondách Mars Odyssey, Mars Polar Lander, Mars Climate Orbiter a konečně také v zařízeních mise Mars Exploration Rover, která zkraje roku 2004 dopravila na marsovský povrch šestikolky Spirit a Opportunity.

300 tisíc dolarů

Stručně řečeno, na přelomu století byl RAD6000 v podstatě synonymem univerzálního kosmického procesoru, na kterém zpravidla běžel RTOS VxWorks, tedy real-time operační systém pro instrukce, které se musejí zpracovat okamžitě a bez čekání, což je do jisté míry protipól toho, jak fungují běžné operační systémy v našich domácích desktopech, laptopech a mobilních telefonech, kde naopak musejí v jeden okamžik běžet i stovky dílčích procesů a přepínáním bojovat o kus procesorového času bez záruky, kdy na ně přesně dojde řada.

RTOS systémy včetně VxWorks samozřejmě také umějí multi-tasking, nicméně s velmi rychlým přerušením při zachování principů real-time operací, kde jde o každou mikrosekundu.

A jen tak na okraj, kdybyste si tehdy chtěli jeden takový RAD6000 také pořídit, přišlo by vás to na dobrých 200-300 tisíc dolarů. Není divu, jedná se v podstatě o zakázkovou výrobu přímo pro účely několika málo federálních odběratelů.

BAE Systems RAD750

RAD6000 byl velmi populární, do vesmíru se dostalo několik set exemplářů, v jeho stínu se už ale na sklonku 90. let pomalu rodil hrdý nástupce RAD750. Na scénu se dostal v roce 2001 a s pracovním taktem 110-200 MHz a výkonem 266 MIPS překonával svého předchůdce prakticky desetinásobně.

Klepněte pro větší obrázek
RAD750 s mikroarchitekturou PowerPC 750 je dodnes jedním z nejrozšířenějších CPU pro dlouhé vesmírné mise. Přitom má za sebou více než 20 let.

Pro nás je však ještě podstatnější, že sedmsetpadesátka používala instrukční sadu PowerPC v1.1 a mikroarchitekturu PowerPC 750. Právě proto ji mnozí srovnávají s procesorem v nitru Apple iMac G3, byť se v praxi jedná přece jen o dva odlišné produkty.

RAD750 je průmyslový mikropočítač navržený pro běh real-time operačních systémů za ztížených radiačních podmínek. Samotný čip absorbuje bez poškození až 10 000 Gy a standardní základní deska od BAE se všemi dalšími komponentami zhruba desetinu. Jen pro srovnání, výpočetní tomograf (CT) při snímkování břicha nebo pánve vytvoří radiační dávku v řádu jednotek mGy.

Curiosity zachránil záložní počítač

Byť má za sebou RAD750 už dlouhých 20 let (i když se dočkal hromady revizí), vzhledem ke svému speciálnímu určení nijak nezestárnul a v roce 2011 odstartoval také na palubě mise Mars Science Laboratory. My ji dnes známe spíše pod názvem jejího roveru Curiosity.

Klepněte pro větší obrázek
Šestikolka Curiosty má jako první sonda na Marsu dva identické počítače. Vyplatilo se to, kvůli chybám v operační paměti mezi nimi totiž musela přepínat.

Šestikolka přistála na Marsu 6. srpna roku 2012 a o její úspěchy se postaral právě 200MHz BAE RAD750 s 250 MB RAM a 2 GB flashového úložiště, na kterém běžel nám už dobře známý RTOS systém VxWorks.

Jak už jsme si řekli výše, tyto procesory mají vlastní jištění proti radiaci, extrémním teplotním podmínkám a redundanci proti selhání, no a na ni samozřejmě mysleli i v NASA, a tak Curiosity disponuje rovnou dvěma identickými počítači Side-A a Side-B. Přišlo to vhod, po celou dobu mise se totiž šestikolka potýká s chybami v operační paměti, a NASA tak několikrát překlopila řízení z jednoho počítače na druhý.

Perseverance má stejný počítač jako Curiosity

Před pár týdny doputovala k rudé planetě konečně i mise Mars 2020 a do prastaré nivy kráteru Jezero zanesla nejnovější šestikolku Perseverance a maličkou helikoptéru Ingenuity přisátou na jejím pupku.

Klepněte pro větší obrázek
Perseverance má dva mozky RCE, kdyby jeden selhal

A jelikož je Perseverance ve své podstatě evolucí Curiosity, mají oba stejné počítače RCE (Rover Compute Element) a v jejich nitru 200MHz RAD750 s 256 MB RAM a 2 GB flashové paměti pro operační systém.

I tento rover tedy pohání dvojice centrálních procesorů od BAE Systems, přičemž jeden slouží jako hlavní výpočetní jednotka a druhý čeká na případné komplikace. Jsou naprosto identické a po resetu může nastartovat jakýkoliv z nich. I z tohoto důvodu mají mnohé instrumenty na sondě vlastní paměť, která je opět nezávisle dostupná z obou mašin.

20 let starý procesor s autopilotem

RAD750 a operační systém VxWorks se musejí postarat o všechny výpočetní úkoly, které jsou přitom stále náročnější. Perseverance je například vyzbrojená ohromnou dávkou autonomie, aby mohla kvůli zpoždění rádiového signálu ze Země (5-20 minut podle vzájemné polohy) plnit všechny úkoly.

Klepněte pro větší obrázek
Perseverance obsahuje autopilota, který vypočítá nejbezpečnější trasu terénem

Autonomní plánovací systém (PDF) na palubě proto dokáže analyzovat různé varianty pohybu z bodu A do bodu B, přičemž se umí sám rozhodnout pro ten nejefektivnější. Autopilot zároveň umí automaticky vyhledávat místa, na kterých pak Perseverance odebere vzorky a provede jejich analýzu. To vše bez potřeby lidského zásahu. RAD750 všechny tyto operace zpracuje v řádu jednotek sekund až minut.

Mobilní čipset Snapdragon v nitru laciné helikoptéry Ingenuity by to paradoxně spočítal mnohem rychleji, ta však není pro přežití mise tak důležitá, a tak mohli inženýři JPL trošku zariskovat a zvolit běžně dostupné obvody za zlomek ceny a s řádově vyšším výkonem.

Nejen na Marsu, ale i v družicích GPS

BAE RAD750 postupně nahradil svého předchůdce, a tak jej dnes najdete také v klíčové družici MRO, která se stará o komunikaci Marsu se Zemí, a v hromadě dalších výzkumných sond NASA z posledních let. Rodina RAD nakonec pohání také nejnovější várku satelitů GPS (Block III) a mnohé další.

Klepněte pro větší obrázek
Pro cesty k Marsu zvolte System-on-Board RAD750 3U, k Neptunu ale raději 6U-160

Suma sumárum, pokud byste chtěli z toho remízku za obcí odpálit vlastní raketu se sondou ke vzdáleným planetám, sedmsetpadesátka v nejrobustnější protiradiační verzi bude ideálním řešením. Připravte si ale pár milionů korun a patřičná exportní oprávnění od amerických úřadů, toto totiž na AliExpressu opravdu nekoupíte.

Mimochodem, BAE už má v nabídce i jeho nástupce – procesory z rodiny RAD5500 (PowerPC e5500), které splňují všechny dnešní požadavky na výkon. Abychom byli konkrétnější, takový RAD5545 při příkonu okolo 20 W spočítá až 3,7 GFLOPS. S takovou bude moci jednou NASA na Marsu těžit i Bitcoin.

Diskuze (17) Další článek: Nová technologie rozpohybuje fotky. Lidé se na nich budou smát a kroutit hlavou

Témata článku: Apple, Vesmír, Internet, Historie, Procesory, NASA, Země, Bitcoin, Družice, PDF, iMac, Mars, Steve Jobs, IBM, NSA, GPS, Motorola, Perseverance, Apollo, Snapdragon, Saturn, Rada, Sonda, BAE Systems, Pentium II


Určitě si přečtěte

Když e-mail nestačí: šest způsobů, jak poslat velký soubor nebo video

Když e-mail nestačí: šest způsobů, jak poslat velký soubor nebo video

** Potřebujete poslat velký soubor, který se „nevejde“ do e-mailu? ** Pak máte několik možností, jak dostat data k jejich příjemci ** Podívejte se na šest způsobu, jak poslat velký soubor nebo video

Karel Kilián | 43

Karel Kilián
SouborÚložištěCloud
Jak najít hranice území obcí a okresů, abyste věděli, kde se můžete pohybovat
Filip KůželJakub Čížek
KoronavirusMapy
9 nejlepších českých webů, kde lze stáhnout filmy a seriály

9 nejlepších českých webů, kde lze stáhnout filmy a seriály

** Když selžou legální zdroje, můžete se zkusit obrátit na služby pro stahování souborů ** Ulož.to není zdaleka jediné, které nabízí videoobsah ke stažení ** Konkurenční služby nabízí levnější placené účty

redakce | 114

redakce
TipyHudba, filmy, seriályWeb
Nejlepší programy na úpravu fotek: 11 ověřených tipů, placených i zdarma

Nejlepší programy na úpravu fotek: 11 ověřených tipů, placených i zdarma

** Vybrali jsme nejlepší programy pro úpravu fotek ve Windows ** Pokročilé grafické editory upraví fotografie k nepoznání ** Překvapivě použitelné jsou i aplikace na webu nebo dostupné zdarma

Karel Kilián | 15

Karel Kilián
Grafický editorNejlepší programySoftware
Konec modrých obrazovek smrti? Microsoft vydává mimořádnou aktualizaci pro Windows 10
Karel Kilián
Windows UpdateAktualizaceWindows 10
Přehled aprílových vtípků 2021: Ajťáci se dnes opět neberou vážně

Přehled aprílových vtípků 2021: Ajťáci se dnes opět neberou vážně

** Výběr nejlepších aprílových vtípků 2021 ** Článek postupně aktualizujeme ** Pokud sami nějaký objevíte, podělte se v komentářích

Lukáš Václavík | 23

Lukáš Václavík
AprílBulvár a vtípky
Elon Musk už není nejbohatší na světě. Během jediného dne přišel o 324 miliard korun
Karel Kilián
Jeff BezosTesla MotorsElon Musk
Finanční správa tento měsíc spustí Moje Daně. Přiznání má být hračka
Lukáš Václavík
eIdentitaČeskoeGovernment
Avast Omni: Krabička, která vám hackne síť a promění se v unikátní antivirus

Avast Omni: Krabička, která vám hackne síť a promění se v unikátní antivirus

** Počítač dnes ochrání kdejaký antivirus ** Drobná krabička Omni se postará rovnou o celou domácí síť ** Bude ji odposlouchávat, analyzovat a blokovat útoky

Jakub Čížek | 121

Jakub Čížek
AntivirusIoT
Lépe bylo bez Googlu, přiznal s odstupem bývalý šéf Waze
Markéta Mikešová
WazeGoogle