📄 Процессор RAD750: стойкое «сердце» марсоходов, космических телескопов и спутников
15 лет назад телескоп «Кеплер» покинул Землю и отправился на поиски планет, пригодных для жизни. По плану его миссия должна была занять 3,5 года, на практике же она продлилась больше 9 лет. Управление «Кеплером» обеспечивал процессор RAD750 компании BAE Systems, которая специализируется на производстве авиационной и космической электроники.
RAD750 спроектирован специально для стабильной и долгой работы в агрессивных средах. Высокая надёжность и радиационная стойкость сделала этот процессор «любимчиком» NASA: именно его использовали для создания телескопа «Джеймс Уэбб», марсоходов «Кьюриосити» и «Пресеверанс» и других знаменитых космических аппаратов. В этом посте рубрики #dieshots мы расскажем, что делает RAD750 особенным.
Отличия от «земного» аналога
RAD750 — это, по сути, процессор совместной разработки IBM и Motorola PowerPC 750, на базе которого в то время собирались персональные компьютеры Apple iMac G3 — знаменитая серия Macintosh — за несколькими важными отличиями. RAD750 сохраняет работоспособность при температурах от −55 до 125 °C и поглощённой доле радиации до 1000 крад. Для сравнения, обычная «пользовательская» микросхема может перестать нормально функционировать уже после 5 крад. Ещё одна особенность RAD750 — это развитая схема динамического контроля производительности и энергопотребления. Она позволяет эффективно управлять работой бортовых вычислителей в условиях дефицита электроэнергии.
Если процессор PowerPC 750 стоил порядка 500 долларов, то цена его космического аналога превышала 200 тысяч долларов. Микросхемы для космоса в целом значительно дороже коммерческих. Причин высокого ценника множество, основные из них — расширенный температурный диапазон работы, вибро- и радиационная стойкость, мелкосерийное производство и очень тщательное тестирование. За пределами Земли надёжность оборудования особенно важна: если что-то пойдёт не так, заменить микросхему на расстоянии в миллионы километров просто не получится.
Особенности радиационной защиты
Когда атмосфера нашей планеты перестаёт сохранять электронику от постепенного накопления облучения и тяжёлых заряженных частиц, защиту приходится продумывать инженерам. Например, использовать аппаратно троированные регистры: там, где у обычного процессора будет стоять один триггер, в устойчивом к радиации будут три, что позволяет снизить вероятность ошибок.
Если площадь кристалла коммерческого PowerPC составляет 67 квадратных миллиметров, то у RAD750 она почти в два раза больше — 120 квадратных миллиметров. В одной из своих статей Валерий Шунков, который занимается разработкой радиационно стойких микросхем для космоса, говорит, что «различия в размерах блоков памяти заставляют предположить использование многотранзисторых радстойких ячеек памяти с встроенным резервированием». Обычно это 10 транзисторов вместо 6.
На борту именитых космических аппаратов
Первый RAD750 появился в 2001 году, и с тех пор он собрал обширный послужной список. Кроме космических аппаратов, которые мы уже называли, этот процессор использовали для создания гамма-телескопа «Ферми», межпланетарной станции «Джуно», миссии STEREO по изучению солнечной активности и искусственного спутника Луны Lunar Reconnaissance Orbiter. Сколько точно CPU от BAE Systems бороздят космический вакуум, неизвестно. Джим ЛаРоса, один из директоров компании, озвучивал, что спутников на базе RAD750 на одной только околоземной орбите больше сотни, и ни один из процессоров не вышел из строя за время эксплуатации.
Из-за дороговизны микросхемы и окружающей её секретности фото кристалла RAD750 в высоком разрешении в сети нет, но мы отыскали небольшой снимок в одной из лекций университета Berkeley. А узнать больше о том, как разрабатывается микроэлектроника для космоса вы сможете из интервью и лекции Романа Жарких, проектировщика бортовой электроники и космических платформ, а также из источников в комментариях к посту.
#приборы #космос
15 лет назад телескоп «Кеплер» покинул Землю и отправился на поиски планет, пригодных для жизни. По плану его миссия должна была занять 3,5 года, на практике же она продлилась больше 9 лет. Управление «Кеплером» обеспечивал процессор RAD750 компании BAE Systems, которая специализируется на производстве авиационной и космической электроники.
RAD750 спроектирован специально для стабильной и долгой работы в агрессивных средах. Высокая надёжность и радиационная стойкость сделала этот процессор «любимчиком» NASA: именно его использовали для создания телескопа «Джеймс Уэбб», марсоходов «Кьюриосити» и «Пресеверанс» и других знаменитых космических аппаратов. В этом посте рубрики #dieshots мы расскажем, что делает RAD750 особенным.
Отличия от «земного» аналога
RAD750 — это, по сути, процессор совместной разработки IBM и Motorola PowerPC 750, на базе которого в то время собирались персональные компьютеры Apple iMac G3 — знаменитая серия Macintosh — за несколькими важными отличиями. RAD750 сохраняет работоспособность при температурах от −55 до 125 °C и поглощённой доле радиации до 1000 крад. Для сравнения, обычная «пользовательская» микросхема может перестать нормально функционировать уже после 5 крад. Ещё одна особенность RAD750 — это развитая схема динамического контроля производительности и энергопотребления. Она позволяет эффективно управлять работой бортовых вычислителей в условиях дефицита электроэнергии.
Если процессор PowerPC 750 стоил порядка 500 долларов, то цена его космического аналога превышала 200 тысяч долларов. Микросхемы для космоса в целом значительно дороже коммерческих. Причин высокого ценника множество, основные из них — расширенный температурный диапазон работы, вибро- и радиационная стойкость, мелкосерийное производство и очень тщательное тестирование. За пределами Земли надёжность оборудования особенно важна: если что-то пойдёт не так, заменить микросхему на расстоянии в миллионы километров просто не получится.
Особенности радиационной защиты
Когда атмосфера нашей планеты перестаёт сохранять электронику от постепенного накопления облучения и тяжёлых заряженных частиц, защиту приходится продумывать инженерам. Например, использовать аппаратно троированные регистры: там, где у обычного процессора будет стоять один триггер, в устойчивом к радиации будут три, что позволяет снизить вероятность ошибок.
Если площадь кристалла коммерческого PowerPC составляет 67 квадратных миллиметров, то у RAD750 она почти в два раза больше — 120 квадратных миллиметров. В одной из своих статей Валерий Шунков, который занимается разработкой радиационно стойких микросхем для космоса, говорит, что «различия в размерах блоков памяти заставляют предположить использование многотранзисторых радстойких ячеек памяти с встроенным резервированием». Обычно это 10 транзисторов вместо 6.
На борту именитых космических аппаратов
Первый RAD750 появился в 2001 году, и с тех пор он собрал обширный послужной список. Кроме космических аппаратов, которые мы уже называли, этот процессор использовали для создания гамма-телескопа «Ферми», межпланетарной станции «Джуно», миссии STEREO по изучению солнечной активности и искусственного спутника Луны Lunar Reconnaissance Orbiter. Сколько точно CPU от BAE Systems бороздят космический вакуум, неизвестно. Джим ЛаРоса, один из директоров компании, озвучивал, что спутников на базе RAD750 на одной только околоземной орбите больше сотни, и ни один из процессоров не вышел из строя за время эксплуатации.
Из-за дороговизны микросхемы и окружающей её секретности фото кристалла RAD750 в высоком разрешении в сети нет, но мы отыскали небольшой снимок в одной из лекций университета Berkeley. А узнать больше о том, как разрабатывается микроэлектроника для космоса вы сможете из интервью и лекции Романа Жарких, проектировщика бортовой электроники и космических платформ, а также из источников в комментариях к посту.
#приборы #космос