رونمایی ناسا از تراشه هوش مصنوعی فضایی

بیگ بنگ: با دورتر شدن مأموریت‌های فضایی از زمین و حرکت انسان به سوی ماه، مریخ و حتی اعماق منظومه شمسی، نیاز به سامانه‌هایی که بتوانند با حداقل نظارت انسانی – یا حتی کاملاً مستقل – فعالیت کنند، بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود.

به گزارش بیگ بنگ، بخشی از این نیاز به دلیل فاصله‌های عظیم فضایی است. فضانوردانی که روزی روی ماه یا مریخ زندگی خواهند کرد، با تأخیرهای ارتباطی قابل‌توجهی مواجه می‌شوند؛ تأخیرهایی که ارسال و دریافت سریع گزارش‌ها و داده‌ها را دشوار می‌کند. در عین حال، سامانه‌های خودمختار می‌توانند با تحلیل سریع‌تر داده‌ها، سرعت دستیابی به دستاوردهای علمی را نیز افزایش دهند.

اما کامپیوترهای فضایی علاوه بر قدرت پردازش بالا، باید بتوانند در برابر شرایط بسیار خشن فضا نیز مقاومت کنند؛ از دماهای شدید گرفته تا تابش‌های پرانرژی و کشنده. برای پاسخ به این چالش، برنامه توسعه فناوری‌های تحول‌آفرین ناسا(GCD) با همکاری شرکت فناوری Microchip Technology پروژه‌ای را برای توسعه سامانه HPSC (High Performance Spaceflight Computing) آغاز کرده است.

این تراشه انقلابی قرار است توان پردازشی لازم را در اختیار فضاپیماها قرار دهد تا بسیاری از تصمیم‌ها را بدون دخالت مستقیم انسان اتخاذ کنند. سامانه HPSC به‌تازگی نخستین مرحله آزمایش‌های محیطی خود را با موفقیت پشت سر گذاشته است. ناسا تاکنون عمدتاً از پردازنده‌هایی استفاده می‌کرد که دهه‌ها پیش طراحی شده بودند؛ تراشه‌هایی که اگرچه بسیار قابل‌اعتماد و مقاوم بودند، اما از نظر قدرت پردازش با نیازهای مأموریت‌های مدرن فاصله داشتند.

امروزه فضاپیماها حجم عظیمی از داده‌های علمی تولید می‌کنند و پردازش این اطلاعات به سخت‌افزارهایی بسیار قدرتمندتر نیاز دارد. همین موضوع باعث شد ناسا و شرکت Microchip Technology به سراغ طراحی HPSC بروند؛ پردازنده‌ای مقاوم در برابر تشعشعات فضایی که توان محاسباتی آن حدود ۱۰۰ برابر بیشتر از سامانه‌های فعلی است.

سامانۀ HPSC نمونه‌ای از فناوری «سیستم روی تراشه» یا SoC است؛ نوعی مدار مجتمع فشرده که معمولاً در تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها استفاده می‌شود. در این فناوری، تمام اجزای ضروری یک رایانه در یک تراشه واحد ادغام می‌شوند؛ از جمله: پردازنده‌های مرکزی (CPU) ، واحدهای پردازش کمکی، سامانه‌های ارتباطی پیشرفته، حافظه، رابط‌های ورودی و خروجی.

اما تفاوت مهم HPSC با تراشه‌های مصرفی این است که برای دوام آوردن در شرایطی طراحی شده که میلیون‌ها یا حتی میلیاردها کیلومتر با زمین فاصله دارند و هیچ امکان تعمیر یا جایگزینی قطعات وجود ندارد. این تراشه آن‌قدر کوچک است که در کف دست جا می‌شود، اما قدرت پردازشی یک سامانه کامل را در خود جای داده است.

“یوجین شوانبک” مدیر برنامه در پروژه GCD ناسا، می‌گوید: «این سامانه چند‌هسته‌ای جدید بر پایه میراث پردازنده‌های فضایی پیشین ساخته شده و در عین انعطاف‌پذیری و تحمل خطا، عملکردی فوق‌العاده قدرتمند ارائه می‌دهد. تعهد ناسا به پیشرفت رایانش فضایی، نمونه‌ای درخشان از دستاوردهای فنی و همکاری‌های گسترده است.»

علاوه بر توان پردازشی بالا، HPSC از قابلیت‌های پیشرفته هوش مصنوعی نیز بهره می‌برد و می‌تواند جریان عظیمی از داده‌ها را با استفاده از پردازش برداری مقیاس‌پذیر تحلیل کند. این تراشه همچنین به گونه‌ای طراحی شده که مصرف انرژی آن متناسب با نیاز مأموریت تنظیم شود. بخش‌هایی از سامانه می‌توانند هنگام عدم استفاده خاموش شوند یا در حالت کم‌مصرف قرار گیرند.

این ویژگی در فضا اهمیت فوق‌العاده‌ای دارد، زیرا انرژی الکتریکی یکی از ارزشمندترین منابع هر مأموریت فضایی است. برای اطمینان از آمادگی این تراشه برای سفرهای فضایی، متخصصان در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا(JPL)، مجموعه‌ای از آزمایش‌های دشوار را روی آن انجام می‌دهند. این آزمایش‌ها شرایط واقعی فضا را شبیه‌سازی می‌کنند؛ از جمله: تابش‌های الکترومغناطیسی شدید، پرتوهای کیهانی، ذرات پرانرژی ناشی از باد خورشیدی، دماهای بسیار پایین و بسیار بالا، شوک‌های مکانیکی.

این عوامل می‌توانند باعث خطاهای محاسباتی شوند یا حتی سامانه‌های فضاپیما را به حالت اضطراری(Safe Mode) ببرند. “جیم باتلر” مدیر پروژه HPSC در JPL، دربارۀ این آزمایش‌ها می‌گوید: «ما این تراشه‌های جدید را تحت شدیدترین آزمایش‌ها قرار داده‌ایم؛ از آزمون‌های تشعشعی و حرارتی گرفته تا آزمایش‌های شوک مکانیکی. همچنین عملکرد آن‌ها را در یک برنامه ارزیابی بسیار سخت‌گیرانه بررسی می‌کنیم.»

او توضیح می‌دهد که برای شبیه‌سازی شرایط واقعی، از سناریوهای فرود مأموریت‌های واقعی ناسا استفاده می‌شود؛ شرایطی که معمولاً نیازمند سخت‌افزارهای بسیار پرمصرف برای پردازش حجم عظیمی از داده‌های حسگرها هستند. نتایج اولیه تاکنون بسیار امیدوارکننده بوده‌اند.

آزمایش‌ها از ماه فوریه در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا، آغاز شده و چندین ماه ادامه خواهند داشت. مهندسان ناسا گزارش دادند که عملکرد این پردازنده در برخی آزمایش‌ها به ۵۰۰ برابر توان پردازشی تراشه‌های مقاوم در برابر تشعشعاتی که هم‌اکنون در مأموریت‌های فضایی استفاده می‌شوند، رسیده است.

پس از دریافت تأییدیه نهایی برای پرواز فضایی، ناسا قصد دارد HPSC را در نسل آیندۀ تجهیزات خود به کار بگیرد، از جمله: مدارگردها، مریخ‌نوردها، پایگاه‌های فضایی، سامانه‌های اقامتی فضانوردان، مأموریت‌های اعماق فضا.

اگر این پروژه مطابق برنامه پیش برود، HPSC می‌تواند به مغز متفکر نسل آینده مأموریت‌های فضایی تبدیل شود؛ تراشه‌ای که به فضاپیماها اجازه می‌دهد در فاصلۀ میلیون‌ها کیلومتری از زمین، مستقل‌تر، هوشمندتر و سریع‌تر از همیشه تصمیم‌گیری کنند. به بیان ساده، ناسا در حال ساخت پردازنده‌ای است که می‌تواند هوش مصنوعی را مستقیماً به قلب فضاپیماهای آینده ببرد؛ گامی مهم برای سفرهای طولانی‌مدت به ماه، مریخ و فراتر از آن.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: sciencealert.com

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=109687