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Stellen Sie sich einen handflächengroßen Computer vor, der Terabytes an Sensordaten durchsieben, in einem Augenblick entscheiden kann, welche Bilder wichtig sind, und eine Landung steuern kann, ohne auf eine Antwort von der Erde zu warten. Klein. Leise. Schonungslos effizient. Das ist das Versprechen hinter dem neuen High Performance Spaceflight Computing (HPSC)-Chip der NASA.
Lange Missionen, zum Beispiel zum Mond, zum Mars und darüber hinaus, schieben Raumfahrzeuge aus der Zone schneller Rückmeldungen heraus. Funkverzögerungen wachsen von Sekunden zu Minuten und zu Stunden. Menschliche Bediener sind wichtig, ja, können aber nicht bei jeder Entscheidung im Millisekundenbereich eingreifen. Deshalb bringen Ingenieure Maschinen bei, mehr Last zu tragen. Der HPSC ist der erste radikale Schritt: ein strahlgehärtetes System-on-Chip (SoC), entwickelt für das Leben im tiefen Weltraum und für Echtzeit-KI-Aufgaben, die moderne Erkundungen verlangen.
Im Rahmen des Game Changing Development-Programms der NASA in Zusammenarbeit mit Microchip Technology Inc. packt der HPSC CPUs, fortgeschrittene Netzwerke, Speicher und dedizierte Datenfluss-Engines auf einen einzigen Chip. Denken Sie an Smartphone-Intelligenz, nur robust genug für Jahrzehnte der Strahlenbelastung, Temperaturwechsel und die heftigen Erschütterungen des Starts. Und ja, die Entwickler haben skalierbare Vektorverarbeitung und KI-basierte Datenflussverarbeitung ergänzt, damit der Chip Inferenzberechnungen ausführen, verrauschte Telemetrie filtern und die Daten priorisieren kann, die Wissenschaftler auf der Erde tatsächlich brauchen.
Zuverlässigkeit war nicht verhandelbar. Der Weltraum verzeiht nicht. Hochenergetische Teilchen von der Sonne und kosmische Strahlung können Bits umkippen und Berechnungen verfälschen. Kälte kann die Elektronik lahmlegen. Vibrationen und Stöße beim Start können empfindliche Bauteile beschädigen. Um zu belegen, dass der HPSC mehr als ein cleveres Konzept ist, hat das Jet Propulsion Laboratory ihn einer Reihe von Stresstests unterzogen: Strahlenbombardement, thermische Zyklen, Schocktests und Funktionsprüfungen, die die Worst-Case-Landeszenarien echter Missionen nachspielen.
Die bisherigen Ergebnisse waren aufschlussreich. Während der frühen Tests am Jet Propulsion Laboratory, die im Februar begannen, berichteten Ingenieure von Leistungsgewinnen weit über inkrementelle Verbesserungen hinaus. Im Vergleich zu den derzeit eingesetzten strahlgehärteten Prozessoren zeigten direkte Vergleiche des JPL, dass der HPSC bei bestimmten Workloads Hunderte Male schneller arbeitet. Wo ältere Chips ins Stocken geraten, verarbeitet dieser neue Chip Bilddaten und Sensordatenströme, die sonst spezielle erdseitige Hardware erfordern würden.
Geschwindigkeit ist jedoch nur die halbe Wahrheit. Energie ist im Weltraum alles. Der HPSC ist so ausgelegt, dass er flexibel ist: Kerne und Beschleuniger können gedrosselt, in den Schlafmodus versetzt oder vollständig abgeschaltet werden, wenn sie nicht gebraucht werden. Diese Anpassungsfähigkeit erlaubt es Missionsplanern, Energiehaushalte gegen Rechenbedarf abzuwägen, was für Lander, Rover und Habitate entscheidend ist, die sich keine verschwendeten Watt leisten können.
Es gibt außerdem betriebliche Vorteile. Autonome Gefahrenvermeidung beim Abstieg. An Bord die Auswahl wissenschaftlich interessanter Ziele. Echtzeit-Kompression und Triage von Daten vor langen, teuren Übertragungen zur Erde. Das sind Maßnahmen, die den wissenschaftlichen Ertrag deutlich erhöhen und gleichzeitig die Belastung für Missionsplaner auf der Erde verringern könnten.
Die Ingenieure am JPL sind offen in Bezug auf die noch bevorstehende Arbeit. Zertifizierungen für den Raumflug sind streng. Eine Technologie, die eine Laborserie übersteht, muss dennoch Jahre eingebettet in einem Raumfahrzeug überdauern, Millionen Kilometer von Reparaturhäfen entfernt. Die HPSC-Tests sind jedoch ein wichtiger Meilenstein und deuten auf einen Wandel in der Denkweise der NASA über Missionsrechner hin. Wenn diese Chips die verbleibenden Hürden nehmen, werden sie nicht nur Berechnungen beschleunigen, sondern auch die Aufgaben erweitern, die wir Raumfahrzeugen eigenständig zutrauen können.
Wenn also der nächste Rover oder Orbiter abhebt, könnte er nicht nur Kameras und Bohrer mitbringen, sondern auch ein winziges, gehärtetes Gehirn, das seine eigenen Momente zum Handeln wählt und uns mit Entdeckungen überrascht, die ohne einen Anruf zur Erde gemacht wurden.
Quelle: sciencealert
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