Capacidad de computación para la siguiente generación de exploradores espaciales
A bordo de las naves modernas de exploración hace falta una capacidad de computación considerable para llevar a cabo con precisión sus operaciones a distancias inconmensurables, como por ejemplo la entrada y el descenso a los planetas y las maniobras de toma de tierra, las actividades de navegación, orientación y control y, por último, el procesamiento de altas velocidades de datos en los instrumentos científicos. Uno de los obstáculos más importantes es que los procesadores de categoría espacial, que resultan cruciales para el funcionamiento de la nave, se encuentran en este momento justo al límite de sus capacidades. Si la humanidad continúa expandiendo las fronteras de la exploración espacial, deberán encontrarse nuevas capacidades de computación. El proyecto APEX, financiado por la UE hasta su fin en septiembre de 2016, realizó grandes avances en este sentido. Lo logró centrándose en los procesadores ARM, que son los que dan vida —en tierra— a la amplia mayoría de smartphones, tabletas electrónicas y dispositivos integrados. El ajuste de la tecnología comercial «La tecnología informática de categoría espacial lleva generaciones tecnológicas de retraso frente a dispositivos comerciales como los procesadores ARM», explica el investigador principal de APEX, el Dr. Xabier Iturbe de ARM, en el Reino Unido. De hecho, la amplia mayoría de los procesadores de categoría espacial se fabrican con tecnologías de resistencia a la radiación, lo que supone un aumento considerable de los gastos y del consumo energético, además de una reducción importante del rendimiento. «Nos propusimos diseñar un prototipo de procesador ARM con tolerancia a errores, eficiencia energética y un alto rendimiento que pudiera integrarse en los módulos de carga de instrumentos científicos de la NASA», continúa explicando Xabier Iturbe. En un primer momento, el proyecto APEX se propuso conocer en profundidad los requisitos de computación y tolerancia a errores de las futuras misiones de exploración espacial de la NASA, para después adaptar a estos requisitos un procesador ARM comercial que en estos momentos se está empleando para aplicaciones de transporte por tierra. El equipo combinó varias técnicas arraigadas de tolerancia de errores al nivel de la arquitectura de procesadores, como el lock-stepping, y diseñó técnicas novedosas con eficiencia energética a nivel de la microarquitectura de procesadores. Por ejemplo, el equipo creó un modo de procesador «de gran resistencia» para ejecutar rutinas de software muy críticas con la menor cantidad posible de componentes de microarquitectura, reduciendo así las vulnerabilidades del procesador sin afectar al rendimiento. La viabilidad técnica de este planteamiento se puso de manifiesto a través de una serie de simulaciones en las que quedaron patentes la enorme resistencia y el aumento significativo del rendimiento proporcionados por el procesador creado en APEX. En concreto, permite recuperarse en microsegundos de errores provocados por la radiación, además de ofrecer 1,5 veces más capacidad de computación que los procesadores actuales de categoría espacial. Siguiente paso: implantación «Esperamos que la tecnología desarrollada por el proyecto permita que el entorno ARM genere soluciones tolerantes a la radiación para el espacio y ofrezca un mayor nivel de integración y seguridad en aplicaciones terrestres», comenta Iturbe. Una serie de agencias espaciales, como la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea), y de fabricantes de maquinaria espacial ya han mostrado interés en el uso de esta tecnología cuando esté disponible en el mercado. «Los esfuerzos del proyecto APEX para desarrollar una tecnología con tolerancia a errores, eficiencia energética y un alto rendimiento empleando procesadores comerciales podría mejorar la instrumentación aviónica e incrementar de forma radical la rentabilidad científica de las misiones de la NASA», afirma el Dr. Didier Keymeulen, miembro principal del personal técnico del Jet Propulsion Laboratory (JPL) - California Institute of Technology de la NASA y científico del JPL a cargo del proyecto APEX. De hecho, la NASA ha confirmado hace poco el desarrollo de un procesador de alto rendimiento para naves espaciales basado en la tecnología ARM que se usará en vehículos espaciales tripulados y no tripulados en los próximos años. Al mismo tiempo, el ARM University Programme está creando, en colaboración con la ESA, un prototipo con tecnología APEX para que universidades de todo el mundo puedan construir sus «CubeSats», satélites de bajo coste en miniatura para investigación espacial que se podrían poner en órbita.
Palabras clave
APEX, satélite, ARM, procesador, Júpiter, Saturno, espacio, Venus, radiación, NASA, ESA