Potenza di calcolo per la prossima generazione di esploratori spaziali
A bordo dei moderni veicoli spaziali d’esplorazione è necessaria una notevole quantità di potenza di calcolo al fine di portare a termine azioni precise a distanze incredibili, incluse le manovre di ingresso, discesa e atterraggio sul pianeta; assistenza alla navigazione e al controllo in aggiunta all’elaborazione dati ad alta velocità negli strumenti scientifici. Una limitazione fondamentale è rappresentata dal fatto che i processori adatti allo spazio, che sono davvero essenziali per il funzionamento del veicolo spaziale, sono ora al limite estremo delle loro capacità. Se il genere umano intende continuare a superare le frontiere dell’esplorazione spaziale, si devono allora trovare nuove capacità di calcolo. Il progetto APEX finanziato dall’UE, che si è concluso nel mese di settembre del 2016, ha compiuto notevoli progressi in questo senso. Questo risultato è stato ottenuto concentrandosi sui processori ARM, che sono alla base della stragrande maggioranza di smartphone, tablet PC e dispositivi integrati sulla Terra. Messa a punto della tecnologia commerciale “La tecnologia di calcolo abilitata per lo spazio è in ritardo di diverse generazioni tecnologiche rispetto ai dispositivi commerciali, come ad esempio i processori ARM,” spiega il ricercatore principale di APEX, il dott. Xabier Iturbe di ARM nel Regno Unito. In effetti, la stragrande maggioranza dei processori adatti allo spazio è prodotta usando la tecnologia di processo resistente alle radiazioni, che porta a un notevole aumento di costo, consumo energetico e a una significativa riduzione delle prestazioni. “Noi intendevamo progettare un prototipo di processore ARM tollerante ai guasti, efficiente sul piano energetico e ad alte prestazioni che potesse essere usato come processore integrato nei carichi di strumenti scientifici della NASA,” continua Iturbe. Il progetto APEX è iniziato raggiungendo una migliore comprensione dei requisiti di calcolo e di tolleranza ai guasti delle future missioni di esplorazione spaziale della NASA, e ha poi adattato un processore ARM commerciale che è attualmente utilizzato nelle applicazioni per il trasporto terrestre al fine di soddisfare questi requisiti. Il team ha combinato alcune consolidate tecniche tolleranti ai guasti a livello di architettura del processore, come ad esempio il funzionamento in parallelo, e ha sviluppato nuove tecniche efficienti sul piano energetico a livello di micro architettura del processore. Ad esempio, il team ha ideato una modalità del processore ad “alta resilienza” per svolgere funzioni del software di elevata criticità usando la minore quantità possibile di componenti della micro architettura, riducendo in tal modo i punti deboli del processore senza influire negativamente sulle prestazioni. La fattibilità tecnica di questo approccio è stata dimostrata mediante diverse simulazioni, che hanno evidenziato l’elevata resilienza e il notevole aumento di prestazioni del processore sviluppato da APEX. Nello specifico, è in grado di riprendersi da guasti provocati dalle radiazioni nel giro di microsecondi e fornisce una potenza di calcolo superiore di circa 1,5 volte rispetto ai processori abilitati per lo Spazio attualmente disponibili.. Prossimo passo: lo schieramento “Noi ci aspettiamo che la tecnologia sviluppata in questo progetto consentirà all’ecosistema ARM di costruire soluzioni resistenti alle radiazioni per lo spazio e di raggiungere livelli più elevati di integrità della sicurezza nelle applicazioni terrestri,” dice Iturbe. Diverse agenzia spaziali come NASA, ESA (Agenzia spaziale europea) e produttori di attrezzature spaziali come Airbus hanno già manifestato interesse verso l’utilizzo di questa tecnologia se dovesse diventare disponibile in commercio. “Lo sforzo compiuto nel progetto APEX per sviluppare una tecnologia di calcolo tollerante ai guasti, efficiente sul piano energetico e ad alte prestazioni usando dei processori commerciali potrebbe aiutare a migliorare i sistemi avionici e ad aumentare sensibilmente i profitti scientifici delle missioni della NASA”, afferma il dott. Didier Keymeulen, membro principale del personale tecnico del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, California Institute of Technology, e scienziato JPL responsabile di APEX. In effetti, la NASA ha recentemente confermato lo sviluppo di un processore ad alte prestazioni per il volo spaziale basato su ARM, che verrà utilizzato nei prossimi anni sia nei veicoli spaziali con equipaggio che in quelli senza equipaggio. In parallelo a questo, il ARM University Programme, in collaborazione con l’ESA, sta creando una soluzione prototipo usando la tecnologia di APEX per permettere alle università in tutto il mondo di costruire i propri “CubeSat”, satelliti miniaturizzati a basso costo per la ricerca spaziale che possono essere messi nell’orbita terrestre.
Parole chiave
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