Questo articolo e’ molto interessante e faccio una cosa insolita ma penso utile rispondendo a un post molto vecchio contenente interrogativi che trovano in parte risposta tre anni dopo. E’ interessante vedee come si siano evolute le cose nel frattempo.
Per rispondere all’interrogativo di 3 anni fa, viene intervistato Teddy Tzanetos del JPL che afferma che la prossima generazione di elicotteri marziani avra’ le pale allungate da 1.2 a 1.4 metri le cui punte viaggeranno a mach 0.95 invece che 0.65.
Il dato clamoroso rimarcato dall’articolo e’ che il processore Snapdragon 801 utilizzato e’ 100 volte piu’ potente di tutto il resto mai lanciato nello spazio dal JPL E pesa infinitamente di meno. E costa infinitamente di meno.
Direi che non poteva avere un successo piu’ clamoroso l’utilizzo di componenti commerciali allo stato dell’arte invece dei computer usati tradizionalmente per le missioni spaziali (fanno l’esempio del RAD750).
Se oltre a far costare molto di meno i lanci, si fanno costare molto di meno i payload perche’ finalmente si acquisiscono sul mercato componenti con tecnologia per smartphonepiu’ avanzata di 20 anni e costo infinitesimale rispetto al solito, componenti che hanno dimostrato di funzionare a lungo e bene, direi che in futuro vedremo cambiare molte cose. Del resto un singolo Starlink ha costi di produzione impensabili fino a pochi anni fa.
Usare materiale da scaffale è ok, ma una rondine non fa primavera. Potrebbe anche essere andata bene. Con quello che costa e consuma un RAD750 è anche vero che ci metti 4 sistemi completi ridondanti al 100% e hai comunque risparmiato peso e consumo, spendendo un centesimo. Paradossalmente prendere solo l’elettronica di un paio di smartphone as is solo per le fotocamere…pesano pochi grammi e non richiedono nessun tipo di lavoro se non di interfaccia. Non sono adatte a fare scienza forse ma almeno per il visibile funzionano.
Io ho operato per anni un payload fatto con elettronica da scaffale, e ovviamente si riavviava da solo in maniera imprevista un paio di volte al mese, interrompendo il servizio
A volte è l’unica soluzione possibile, perché magari non esistono processori hardened con abbastanza capacità computazionale, o perché quelli che esistono pesano troppo o consumano troppa potenza. E quindi si accettano preventivamente le conseguenze.
È anche vero che quel poco di atmosfera su Marte fa un po’ da schermo. Ma non sappiamo ancora cosa ha ucciso Ingenuity, potrebbe anche essere stato un reboot involontario nel mezzo del volo per colpa di un SEU…
Da progettista valuteri una ridondanza multimodale… se masse permettendo a bordo metti sia dei RAD750 che dei processori ARM da scaffale che possono in qualche modo sostituirsi e controllarsi (*), potresti ottenere una affidabilita’ piu’ alta che con un solo tipo di tecnologia. Le due tipologie non vengono colpite dagli stessi eventi e dagli eventuali difetti di produzione delle stesse partite. Inoltre non rinunci a imbottire di gigaflops e terabyte il veicolo pur senza rinunciare all’affidabilita’ dei processori hardened.
(*) ovviamente ci vuole il software che gestisce il tutto e questo potrebbe essere la cosa piu’ critica.
Sono due cose completamente diverse. È come progettare una vettura con due motori, un lombardini diesel che brucia anche il btz e un 12 cilindri ferrari. Ci sono ordini di grandezza di potenza di calcolo, o tari la sonda per funzionare col 750 o se si scassa il core ARM da scaffale hai comunque perso la missione.
Ho dato una controllata: RAD750 sta al massimo sui 400 MIPS, i più recenti core ARM stanno sui 160000 MIPS. Le più prestazionali sono quotate sui 40 MIPS per MHz per core, un 4 core a 3 GHz dovrebbe stare sui 500.000 MIPS
Sono d’accordo con @arkanoid . Tanto vale fare un’architettura ridondata con degli ARM, più facile. Se uno si blocca per un SEU gli altri (ed eventualmente un watchdog esterno) lo riavviano e intanto correggono le azioni, con un sistema di votazione. Questo non ti obbliga a incorporare il sistema di votazione in ogni punto della logica del processore, che aumenta enormemente la complessità e lo rallenta.
Tutto questo per sistemi non man-rated, si intende.
Tanto per dare la giusta misura, da un certo punto in poi, non mi ricordo da quando, i nomi delle tecnologie a nm sono solo commerciali e non rispecchiano più il passo con cui vengono costruiti. La tecnologia con il nome commerciale “3 nm” ha un passo compreso tra 24 e 48 nm in realtà. Quella a 250 nm è vera, il passo è proprio 250 nm, quella a 28 nm non so se è commerciale o vera.
Il processore di Ingenuity non era malaccio alla fine. Come detto sopra da Arkanoid, resistono meglio in quelle condizioni. Sinceramente penso ne abbiano discusso abbastanza prima di decidere che processore usare.
siamo in un’epoca di transizione, le scelte del passato possono non essere più le migliori, anche considerando i giri di denaro immensi legati a questo tipo di prodotti che sono una forma di finanziamento occulto non proprio giustificabile. Per essere chiari: questo tipo di hardware attualmente ha costi non giustificabili da nulla.
Considerando la velocità con cui si muove ora il settore dei semiconduttori, lo Snapdragon era già vecchio quando è stato lanciato, ma era sicuramente all’avanguardia quando è stato scelto.
(Giusto per mettere un po’ di contesto, senza pretesa di dare un’opinione sulla scelta)
Io un pochino insisto, se a bordo hai gran parte della potenza e della capacita’ basata su hardware standard, ma anche un processore e alcuni componenti hardened puoi fare in modo, che so, in caso di brillamento solare o attraversamento delle fasce di Van Allen di mantenere un certo livello di controllo e supporto a bordo, che puo’ essere essenziale, senza rinunciare al rapporto costo-prestazioni e massa-prestazioni dell’elettronica standard.
Ovviamente e’ un discorso generale sull’elettronica spaziale, non limitato all’ambiente marziano o nellop specificom a un elicottero marziano che ovviamernte deve contenere al massimo i pesi e per gran parte del tempo e’ inattivo e appoggiato al suolo quindi puo’ sopportare un black out temporaneo.
28 nm di TSMC che il processo litografico con cui è stato prodotto lo Snapdragon 801, è ancora un classico processo produttivo con transistor planari con cui la nomenclatura vecchia ha ancora un senso. Anzi con il 28 nm il gate lenght è leggermente piu’ piccolo di quanto dichiarato effettivamente dal nome. 24 nm nel nostro caso.
Da quel punto in poi i transistor sono cambiati parecchio. Intel ha introdotto i FINFET e la miniaturizzazione dei transistor è rallentata parecchio per problematiche ingegneristiche enormi. Ormai i numeri dei nm sono puro marketing e non rispettano piu’ nessuna misura all interno dei processori. Molto piu’ utile confrontare i diversi processi produttivi per la loro densità. Ad esempio un Pentium III del 1999 prodotto a 250 nm ha una densità di 81.300 transistor per mm2. Un A8 AMD fabbricato con il 28 nm ha una densità per mm2 di 9.8 milioni di transistor. In pratica a 28 nm su un mm2 puoi mettere tutti i transistor di un Pentium III del ‘99. Si parla di differenza in potere computazionale enorme.
Ovviamente come citato sopra i transistor piu’ sono piccoli e peggio reagiscono all’ambiente spaziale.
Se l’unico problema fossero i SEU i discorsi sulla ridondanza avrebbero perfettamente senso. Purtroppo però non sono gli unici problemi di cui preoccuparsi, abbiamo per esempio anche SEL e TID da tenere in conto. E con questi in un ambiente ad elevate radiazioni si rischia di giocarsi proprio il componente, non basta un reset. Per fortuna non tutti gli angoli del sistema solare hanno gli stessi livelli di radiazioni.
E’ vero che Ingenuity ha utilizzato uno Snapdragon nella sua avionica, ma non aveva solo quello. Anzi aveva svariati componenti comunque sottoposti a screening o Radiation Tolerant. Tra questi due microcontrollori rad-tol in lockstep e una fpga anch’essa radiation tolerant con il design al suo interno dotato di ridondanza tripla.
The Snapdragon processor is connected to two flight-control (FC) Microcontroller Units (MCU) via a Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART). These MCU processor units operate redundantly, receiving and processing identical sensor data to perform the flight-control functions necessary to keep the vehicle flying in the air. At any given time, one of the MCU is active with the other waiting to be hot-swapped in case of a fault. The MCU from Texas Instruments is a TMS570LC43x high-reliability automotive processor operating at 300 MHz, with 512 K RAM, 4 MB flash memory, UART, SPI, GPIO.
Although COTS electronics parts are used, selections are made for military-grade, automotive or industrial grade with the operating temperature range of at least -40 C to +85 C. The ICs are screened for single-event latch-up (SEL) and parts are also selected for low power. Each subsystem has a current monitor to detect possible latch-up current and can be power cycled to clear a SEL. In addition, current limiting is added to prevent a destructive SEL event and most devices are switched off when not in use to minimize their exposure to SEL. For the critical FPGA which is always on for the duration of the mission, the radiation tolerant ProASIC3 is chosen with the military temperature grade (-55 C to 125 C) and -1 speed grade to mitigate the degradation in the propagation delay caused by the total dose radiation. The single-event upset (SEU) is mitigated with triple module redundancy (TMR) in the FPGA design.
