怎麼評價我國太空計算機配置?

《我國太空計算機配置曝光!386性能,2MB硬碟,256KB內存,15w功耗 》
鏈接:http://www.chiphell.com/thread-510677-1-1.html


看到問題和評論里有很多外行,先放兩個過去回答的鏈接,一個是軟體的,一個是硬體的:

神舟飛船上的計算機使用什麼操作系統,為什麼是自研發不是 Linux? - 北極的回答
國際空間站宇航員使用的筆記本電腦和普通筆記本有什麼區別? - 北極的回答

與太空操作系統的軟體一樣,太空計算機的硬體要求也很多。這裡的太空計算機不是指宇航員在太空艙內使用的計算機,比如筆記本,iPad之類的,太空艙內有屏蔽層保護,一般民用的筆記本和平板電腦只要抗震等要求符合指標(發射時,會有較強的震動),那麼這些設備可以在太空中正常使用。

航天器的計算機很多時候缺乏足夠的保護設施,這就意味著這類計算機需要直接或者半直接的面對太空中的各種宇宙射線和粒子的干擾,所以航天器的計算機首要任務是可靠性,在有足夠可靠性的情況下,才會考慮性能。

有回答里提到了卡西尼-惠更斯探測器,這個探測器的控制計算機是MIL-STD-1750A,這是一個主頻在1MHz到10MHz之間的16位計算機,性能再高也不會高到哪去。

再給出一些其它的例子:

阿波羅登月計劃的計算機:Apollo Guidance Computer,16位,主頻2MHz,包含一個2K的RAM和36K的ROM,比現在家用的計算器還差。

哈勃望遠鏡的計算機:DF-224,時鐘頻率是1.25MHz,32K內存,後來在1999年換上了25MHz的486CPU。

好奇號火星探測器的CPU:IBM RAD6000,256M內存,2G的Flash外存,CPU能力能達到400MIPS,已經算是航天器里的頂級配置了,但就這個配置,放到家用計算機里,至少也是十年前的水平。

說完這個,再說為什麼航天器的計算機配置如此之低:

首先,要說一個規律:電子信號頻率越高,越容易被干擾,因為同樣一個外部的干擾,因為高頻信號的波形更加密集,所以被破壞的可能性更大。所以提高計算機可靠性之一就是降頻,在無法提供足夠的屏蔽保護的情況下儘可能的降頻。

其次,航天器的計算機多數採用冗餘備份的方法。比如三個CPU同時執行,如果發現結果不正確,取一樣的那兩個。內存、外存也使用多份保存,實時檢查數據的一致性,因為太空中的帶電粒子在穿透電子元器件的時候,可能會導致內容的翻轉(0變1,1變0)。家用的電子設備不管是本子還是Pad或者手機,拿到太空中,暴露在宇宙射線之下幾分鐘,操作系統就死機了,因為輻射太強。冗餘配置導致了存儲空間其實是好幾倍大的,但為了做備份檢測,就減少為1/3甚至1/4了。

最後,航天器的計算機使用的操作系統也不是一般的民用系統,因為民用操作系統的實時性無法保證,具體參見神舟飛船上的計算機使用什麼操作系統,為什麼是自研發不是 Linux? - 神舟九號,我就不展開說了。

航天器使用的CPU以SPARC架構居多,這是一種開源的CPU,在航天領域使用很廣泛。

有人可能會說,這麼低的主頻,處理圖像會不會很慢?回答,是會很慢,但圖像回傳的速度(星際信號帶寬)更低,所以慢一點無所謂。另外,大多數航天器都是模塊化的,比如好奇號的主控計算機上跑的是VxWorks,但探測器是uCOS等其它操作系統,是另外一台計算機控制的,另外有些是採用專門的圖像處理模塊,這種模塊沒有操作系統,類似於FPGA之類的東西。像好奇號這種土豪級的配置還是很少見的,就這樣的配置,因為存儲空間不夠,還要在登陸以後更換操作系統。

回到題主的問題,天宮一號的這個配置,在航天器里不算低,也不算高,屬於中等水平,夠用就行,航天器的計算機配置基本都是這個樣子的。

而宇航員在太空艙內里,因為有太空艙的屏蔽保護,沒有特彆強烈的宇宙射線(不然宇航員早就掛了),所以可以使用一般的筆記本、平板電腦等,只要在發射時能抵禦震動和加速度即可。


具體用途不知道,但我相信肯定是夠用,而且是剛好夠用
穩定壓倒一切,技術越成熟,穩定性越好
國內有這種級別計算機處理器的自主研發和生產能力
從15W的功耗上來看,集成度不高,製程不先進


我就這麼說吧,性能再好的家用電腦拿到太空去馬上就會廢掉。
原因是太空中有大量的輻射,而電腦的基礎——半導體受不了這些。
再羅嗦一句,電腦怕高溫的原因歸根結底在於半導體怕高溫,因為一旦溫度太高就會導致本徵激發,之後半導體的整流作用就消失了,換言之半導體失效,電路失效,電腦失效。


看任務

太空計算機,主要是飛行控制,數據採集之類的事情,不需要太高的性能

最重要的是穩定性可靠性。總不能帶一台聯想pc上去吧

另外,好像有些數據採集計算機需要實時操作系統,傳統的windows肯定不行。

最後,據說航天航空的機載計算機都特別愛用power pc體系結構的硬體,原因不明


控制器本就不需要太快的運算速度,用的也是嵌入式系統。用於航空航天應用的元件必須是絕對高可靠的。因為一旦損壞,維護幾乎不可能。
系統穩定性與系統複雜程度成反比
單片機運行速度越慢功耗越小,發熱越少,抗干擾能力越強。
類似的特殊要求應用還有鑽井(高溫)、醫療(例如植入體內的,維護困難)、汽車(關乎汽車運行的控制器類,如自動駕駛汽車的控制器)、軍事應用(環境惡劣)。其中航空航天類要求最高價格最貴(前提是能買到)


我覺得這個報道沒啥好噴的啊,在宇宙輻射那麼強的太空,理所當然只能用穩定性最高的解決方案了。比如處理器製程,現在Intel的處理器製程已經達到14nm了,在太空沒有隔離保護的話基本就跟廢物一樣。即便硬體沒壞,運算結果也是完全不可信的。
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突然想到一個噴點…
97年發射的卡西尼-惠更斯號行星探測器給土星拍的高清照片應該不是這種性能的處理器能勝任的吧…那就是說歐美的航天信息系統要比中國領先太多了…
進一步說,同步軌道上的那麼多中繼衛星,也應該用更強大的信息系統才行…
好吧……


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