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Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

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  1. Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Grimreaper 21.06.21 - 18:00

    Hauptproblem ist die Strahlungsfestigkeit gegen ionisierende Strahlung. Moderne Prozessoren und Speicherbausteine sind wegen ihrer Halbleiterarchitektur im Nanometer-Bereich nicht brauchbar, da die Strahlung die Datenkonsistenz korrumpieren würde. Weitere Probleme sind die besonderen Anforderungen bezüglich des breiten Temperaturspektrums im Weltraum und die höheren Anforderungen an die Kühlung unter Vakuum-Bedingungen.

    Es gibt aber durchaus leistungsfähigere weltraumtaugliche Halbleiter als die, die in Hubble verbaut sind... Man müsste halt ne aufwendige-Reparatur-Mission planen, um die alten Schaltungsmodule auszutauschen.



    2 mal bearbeitet, zuletzt am 21.06.21 18:06 durch Grimreaper.

  2. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 21.06.21 - 18:06

    Solche Architekturen werden heute überall in der Raumfahrt benutzt. Der Marshelikopter Ingenuity fliegt sogar mit einem handelsüblichen ARM Chip. Seit Silicon on Insulator zum Standardfertigungsprozess geworden ist, sind praktisch alle Chips das, was man früher als Strahlungsresistent bezeichnet hätte. Der Strahlungshintergrund im niedrigen Erdorbit stellt für die keine Herausforderung dar. - Natürlich werden üblicherweise etwas besser angepasste Chips verwendet, aber auch die basieren auf normaler Halbleitertechnik. Alles andere ist einfach nur uralte Technik, die zwar auch Strahlungsresistent ist, aber keine nennenswerte Leistung bietet.

    Frank Wunderlich-Pfeiffer (Twitter: @FrankWunderli13) - als freier Journalist bei Golem.de unterwegs - Countdown Podcast zur Raumfahrt @countdown_pod oder https://countdown.podigee.io/

  3. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Grimreaper 21.06.21 - 18:18

    Frank Wunderlich-Pfeiffer schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Solche Architekturen werden heute überall in der Raumfahrt benutzt. Der
    > Marshelikopter Ingenuity fliegt sogar mit einem handelsüblichen ARM Chip.
    > Seit Silicon on Insulator zum Standardfertigungsprozess geworden ist, sind
    > praktisch alle Chips das, was man früher als Strahlungsresistent bezeichnet
    > hätte. Der Strahlungshintergrund im niedrigen Erdorbit stellt für die keine
    > Herausforderung dar. - Natürlich werden üblicherweise etwas besser
    > angepasste Chips verwendet, aber auch die basieren auf normaler
    > Halbleitertechnik. Alles andere ist einfach nur uralte Technik, die zwar
    > auch Strahlungsresistent ist, aber keine nennenswerte Leistung bietet.

    Okay, danke, wieder was dazugelernt. Ich frage mich allerdings, ob man überhaupt besonders hochgezüchtete Halbleiter für solche Anwendungen braucht. Normalerweise würde doch die Rechenleistung nur für die rudimentäre Steuerung und die Sensorik, Zwischenspeicherung der Bild-Sensordaten, sowie die Datenkommunikation zur Erde reichen. Der Großteil der Rechenleistung könnte ja auf der Erde (bei ground control) passieren.

  4. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 21.06.21 - 18:40

    Für alle Fragen von autonomer Steuerung, Datenreduktion an Bord (um nicht an die Grenzen der Bandbreite der Kommunikation zu kommen) und ähnliches, ist hohe Rechenleistung von großem Vorteil. Etwas mehr Leistung als einen C64 kann man eigentlich immer ganz gut gebrauchen. ;)

    Frank Wunderlich-Pfeiffer (Twitter: @FrankWunderli13) - als freier Journalist bei Golem.de unterwegs - Countdown Podcast zur Raumfahrt @countdown_pod oder https://countdown.podigee.io/

  5. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: fabiwanne 21.06.21 - 18:42

    Moderne Technik könnte als erstes mal deutlich bessere Übertragungsverfahren und damit bei gleicher Bandbreite mehr Bits/s übertragen. Ich wette, dass das ein Vorteil wäre.
    Weiß aber nicht wie gut das in die Infrastruktur passt. Ich wette auch, dass man Daten vor analysieren könnte und nur noch wichtige Daten senden. So ne art lossy compression.
    Zu Letzt: Die Sensorik hat sich enorm verbessert. In den Letzten Jahrzehnten. Ich kann mir nicht vorstellen, dass man da im all keine Vorteile draus ziehen könnte.

  6. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Schattenwerk 21.06.21 - 19:00

    Frank Wunderlich-Pfeiffer schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Solche Architekturen werden heute überall in der Raumfahrt benutzt. Der
    > Marshelikopter Ingenuity fliegt sogar mit einem handelsüblichen ARM Chip.

    Was mir jedoch bei solchen Aussagen immer fehlt ist die Erfahrung über Langzeit. Das Hubble ist nun gut 30 Jahre im All. Der Flugcomputer arbeitet meines Wissens seitdem ohne Ersatz.

    Das ist eine Laufzeit, welche eine moderne CPU erst einmal beweisen muss. Die Mars-Mission geht nun wie lang?

    Zu sagen "Schau dir die modernen Chips an, welche für 1-2 Jahre hier und da genutzt werden" ist meiner Meinung nach auch etwas zu einfach gemacht.

  7. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Hoodini 21.06.21 - 19:13

    Die heutigen Prozessoren funktionieren soweit ich weiß im Weltraum gerade wegen ihrer extremen Leistungsfähigkeit. Durch den Weltraum hat man immernoch relativ hohe Berechnungsunsicherheiten, kann aber die Operation beinahe beliebig oft neu berechnen, lassen um in Folge auftretende Rechenfehler zu vermeiden. Rechenfehler sind also noch vorhanden, man schließt diese dann aber durch einen großen Pool an Ergebnissen der selben Rechnung statistisch aus.

  8. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Johannes321 21.06.21 - 19:26

    Hoodini schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Die heutigen Prozessoren funktionieren soweit ich weiß im Weltraum gerade
    > wegen ihrer extremen Leistungsfähigkeit. Durch den Weltraum hat man
    > immernoch relativ hohe Berechnungsunsicherheiten, kann aber die Operation
    > beinahe beliebig oft neu berechnen, lassen um in Folge auftretende
    > Rechenfehler zu vermeiden. Rechenfehler sind also noch vorhanden, man
    > schließt diese dann aber durch einen großen Pool an Ergebnissen der selben
    > Rechnung statistisch aus.

    Das wäre mir neu. Hast du eine Quelle?

    Ganz allgemein kann man für das Gewicht und den Stromverbrauch von so einem alten Urgestein gefühlt 3 moderne ARMs nehmen, jeweils in separate, strahlungsgeschirmte Gehäuse verpacken, und im Betrieb dann alle 3 auf gleiche Ergebnisse abgleichen mit Mehrheitsentscheidung.

    Nach meinem Gefühl fehlt in der Raumfahrt der Gedanke an günstige und modulare Desings. Bevor man für eine Mission einen Computerbaukasten für 50 Mio. entwickelt nimmt man lieber ein Custom Design für 40 Mio.
    Blöd nur, dass man dann bei der nächsten Mission wieder 40 Mio. investieren muss. Oder 80 Mio. - die Kosten werden sowieso immer überzogen.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 21.06.21 19:27 durch Johannes321.

  9. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: KringeWorld 21.06.21 - 20:02

    Vor allem betrachtet es den Schutzaufwand nicht, der nötig ist um Prozessoren von Heute der erhöhten Strahlung standhalten zu lassen, die Nasa hat nicht bis zuletzt Kontingente an 386er CPUs aufgekauft, die noch nicht in so strahlungsanfälligen Strukturbreiten hergestellt wurden.

    Wenn man dafür zusätzlich einen schweren Bleimantel mit hochschießen muss um das gleiche mit heute gefertigter Standardtechnologie zu leisten, rechnet sich das weniger als auf gröbere und kostengünstigere Modelle zurückzugreifen, und diese mehrfach redundant anzuordnen.

    So ein Weltraumteleskop muss auch keine großartige Vorauswertung des aufgefangenen Bildmaterials selbst leisten, es geht vor allem um Signalverarbeitung, Pufferung und Sendung zu Bodenstationen, eine Echtzeitanalyse der Bilddaten im Orbit ist nicht wirklich notwendig.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 21.06.21 20:08 durch KringeWorld.

  10. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: azonic 22.06.21 - 15:09

    KringeWorld schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Vor allem betrachtet es den Schutzaufwand nicht, der nötig ist um
    > Prozessoren von Heute der erhöhten Strahlung standhalten zu lassen, die
    > Nasa hat nicht bis zuletzt Kontingente an 386er CPUs aufgekauft, die noch
    > nicht in so strahlungsanfälligen Strukturbreiten hergestellt wurden.
    >
    > Wenn man dafür zusätzlich einen schweren Bleimantel mit hochschießen muss
    > um das gleiche mit heute gefertigter Standardtechnologie zu leisten,
    > rechnet sich das weniger als auf gröbere und kostengünstigere Modelle
    > zurückzugreifen, und diese mehrfach redundant anzuordnen.
    >
    > So ein Weltraumteleskop muss auch keine großartige Vorauswertung des
    > aufgefangenen Bildmaterials selbst leisten, es geht vor allem um
    > Signalverarbeitung, Pufferung und Sendung zu Bodenstationen, eine
    > Echtzeitanalyse der Bilddaten im Orbit ist nicht wirklich notwendig.

    Vorsicht mit solchen Aussagen, dass eine teleskopinterne Datenverarbeitung und Analyse nicht notwendig ist. Soweit mir bekannt macht die europäische Raumsonde Gaia seit fast 8 Jahren genau dies und sogar sehr intensiv.
    Zugegeben sind die dort eingesetzten CPUs spezielle PowerPC-750FX Prozessoren, welche für den Weltraum-Einsatz geeigneter sind, aber weit hinter dem liegen was moderne CPUs auf der Erde leisten. Bei "Gaia" ist aber die interne Verarbeitung alternativlos, da auch so extrem viele Daten erfasst und zur Erde gesendet werden. Durch die sondeninterne Verarbeitung werden viel "unnütze" Daten aussortiert, gelöscht und vorallem gar nicht zur Erde übertragen.

    Die Gaia-Mission finde ich sehr spannend und verspricht auch einen hohen wissenschaftlichen Nutzen ... allerdings werden keine bunten Bilder oder sogar Videoaufnahmen von schwebenden Astronaten erzeugt, ist also für den durchschnittlichen Bürger eher langweilig. Daher liest man kaum etwas darüber. Es gibt aber einen guten Wikipedia-Artikel :)

  11. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: picaschaf 23.06.21 - 08:00

    Johannes321 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Hoodini schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Die heutigen Prozessoren funktionieren soweit ich weiß im Weltraum
    > gerade
    > > wegen ihrer extremen Leistungsfähigkeit. Durch den Weltraum hat man
    > > immernoch relativ hohe Berechnungsunsicherheiten, kann aber die
    > Operation
    > > beinahe beliebig oft neu berechnen, lassen um in Folge auftretende
    > > Rechenfehler zu vermeiden. Rechenfehler sind also noch vorhanden, man
    > > schließt diese dann aber durch einen großen Pool an Ergebnissen der
    > selben
    > > Rechnung statistisch aus.
    >
    > Das wäre mir neu. Hast du eine Quelle?
    >
    > Ganz allgemein kann man für das Gewicht und den Stromverbrauch von so einem
    > alten Urgestein gefühlt 3 moderne ARMs nehmen, jeweils in separate,
    > strahlungsgeschirmte Gehäuse verpacken, und im Betrieb dann alle 3 auf
    > gleiche Ergebnisse abgleichen mit Mehrheitsentscheidung.
    >
    > Nach meinem Gefühl fehlt in der Raumfahrt der Gedanke an günstige und
    > modulare Desings. Bevor man für eine Mission einen Computerbaukasten für 50
    > Mio. entwickelt nimmt man lieber ein Custom Design für 40 Mio.
    > Blöd nur, dass man dann bei der nächsten Mission wieder 40 Mio. investieren
    > muss. Oder 80 Mio. - die Kosten werden sowieso immer überzogen.

    Gerade SpaceX wurde dafür bekannt den unrentablen Unsinn von hardened CPUs durch Skalierung von Standardkomponenten zu ersetzen.

  12. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Johannes321 23.06.21 - 14:40

    Ist ja auch nicht alles schlecht was SpaceX macht ;-)

    Bei Computerhardware ist es einfach blöd es nicht zu tun, Millionen Gerätschaften wie Smartphones, PCs usw. zeigen, dass es sehr gut und einfach geht.

    Entwürfe wie der RAD750 oder RAD5500 zeigen zwar einen gewissen Willen dazu auch in der Raumfahrt, aber der Preis (200k USD) stimmt einfach nicht. Es ist auch bezeichnend, dass BAE als so ziemlich einziger Anbieter weit und breit eine Power CPU hernimmt statt ARM. Warum billig, wenn's auch teuer geht?

  13. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Elkarlo 26.06.21 - 14:33

    Die PowerPC CPU'S sind Superskalar. Das hat einen deutlichen Vorteil, theoretisch kann diese Architektur sich nicht aufhängen oder überlastet werden. Dafür erfordert sie allerdings etwas mehr Zwischenspeicher als die Ultraschlanke Arm Achitektur.

    Die PowerPC Reihe sind halt noch die letzten CISC Prozessoren ohne compiler.
    Wenn ich mich richtig erinnere können bis zu 2x 256 Befehle gleichzeitig verarbeitet werden, während selbst ein moderner ARM "nur" 32 schafft.

    Damit kann es nicht zum Workload overflow kommen, die ARM holen ihre Leistung aus geringer STrukturbreite und damit hohen verbundenen Takt heraus.

    Die PowerPC wurden als CISC Superskalare Prozessoren noch für hohe Strukturbreite und geringen Takt entworfen. Durch die Probleme die Strahlung mit sich bringt, sind allerdings geringe Strukturbreiten im Weltall nicht möglich. Space X umgeht es dadurch das sie in der Dragon 3 Computer immer parrallel laufen lassen, nur ist das bei 20 Jahre Missionen nicht möglich.

    Auf der ISS werden Notebooks der C2D und Core 1 Generation eingesetzt und diese fallen regelmäßig aus, wegen Strahlung.

  14. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: Johannes321 26.06.21 - 17:19

    Irgendwie hast du da einiges falsch verstanden. So viele Fehler in einem Beitrag?? Gezielte Desinformation? Bullshit-Bingo? Nimms mir nicht übel, aber ich kann mir anders keinen Reim drauf machen.

    > Die PowerPC CPU'S sind Superskalar. Das hat einen deutlichen Vorteil, theoretisch kann diese Architektur sich nicht aufhängen oder überlastet werden. Dafür erfordert sie allerdings etwas mehr Zwischenspeicher als die Ultraschlanke Arm Achitektur

    Sowohl moderne ARMs, als auch Power-PC und auch x86 sind superskalar. (Und MIPS, und Sparc, und PA-RISC, und und und...)
    x86er übrigens seit dem Pentium 1 bzw. AMD K5, ersterer ist ein CISC Design mit 2 parallelen Pipelines, letzterer hat erstmalig x86 Instruktionen in RISC-artige µOps übersetzt und intern mit einer RISC-CPU (basierend auf einem DEC Alpha 2irgendwas) ausgeführt.

    Das mit dem nicht aufhängen oder nicht überlastet werden ist allerdings Quatsch mit Soße, woher hast du diese Info?? Superskalarität hat auf die logische Ausführungsreihenfolge keinen Einfluss, ein Programm funktioniert immer gleich. Vielleicht verwechselst du hier was mit SMT, aber auch da stimmt die Aussage hinten und vorn nicht.


    > Die PowerPC Reihe sind halt noch die letzten CISC Prozessoren ohne compiler.

    Uhhh... PowerPC ist RISC(!!!) Und "ohne compiler" - du meinst wohl ohne CISC -> RISC Übersetzung in der CPU? Niemand - also wirklich _niemand_ - würde das "compiler" nennen. Einen echten "compiler" (bzw. Assembler trifft es eher) gab es im Transmeta Efficeon, das Ding hat in Echtzeit x86 in VLIW compiliert/assembliert. Dabei ist die CPU tatsächlich vollständig VLIW und ein Stück Software hat die Umsetzung übernommen.

    Btw. weist du wofür das "Power" in PowerPC steht? "Performance optimization with enhanced RISC". Die letzten echten CISC CPUs auf x86 waren: Pentium P54 (P1 MMX), AMD 486er, Cyrix 6x86MX, Rise mp6 und einige VIA Designs. Die letzten CISCs von IBM waren vermutlich in der AS/400 zu finden.

    > Wenn ich mich richtig erinnere können bis zu 2x 256 Befehle gleichzeitig verarbeitet werden, während selbst ein moderner ARM "nur" 32 schafft.

    Keine CPU schafft es auch nur ansatzweise 256 Befehle parallel zu verarbeiten. Manche CPUs (Vektor-CPUs) schaffen es 256 Datenworte gleichzeitig zu verarbeiten. Das ist dann sehr breites VLIW und die Japaner haben lange Zeit Supercomputer damit gebaut. (NEC SX zum Beispiel, ich erinnere mich dunkel an 4096bit breite Register)

    Ein ARM schafft auch keine 32 Befehle. (Woher hast du nur diese Zahlen???) Gut sind aktuell 4 bis 6 tatsächlich parallel laufende Befehle, auf x86. Die Hochzucht-ARMs liegen da vermutlich ähnlich.

    > Damit kann es nicht zum Workload overflow kommen, die ARM holen ihre Leistung aus geringer STrukturbreite und damit hohen verbundenen Takt heraus.

    Auch falsch, solche Designs sind tot. Intel hat es mit dem P4 das letzte mal versucht, wir kennen alle das Ende vom Lied. Geringere Strukturbreite hilft allen Herstellern.

    > Die PowerPC wurden als CISC Superskalare Prozessoren noch für hohe Strukturbreite und geringen Takt entworfen.

    Zu dem "CISC" sag ich nichts mehr.

    Keine CPU wird für eine Strukturbreite entworfen. Es gibt Designs die hohe Taktraten erlauben, und solche, die eher geringere Taktraten erlauben, häufig dann mit etwas höherer IPC. Geht nicht immer auf das Konzept, siehe AMD K5. Das Ding hatte vermutlich eine höhere IPC als der deutlich später kommende Pentium 2, aber dafür halt viel zu niedrige Taktraten.

    Die Tatsache, dass alle Hersteller in einem ähnlichen Taktbereich rumkrebsen deutet darauf hin, dass es da einen sweet spot gibt. Man kann es auch so erklären, dass zunehmende Parallelität exponentiell steigende Kosten verursacht. Daher wird man mit dem Takt nicht unnötig nach unten gehen, außer vielleicht um Strom zu sparen.

    > Durch die Probleme die Strahlung mit sich bringt, sind allerdings geringe Strukturbreiten im Weltall nicht möglich.

    Jein, siehe SOI.

    > Space X umgeht es dadurch das sie in der Dragon 3 Computer immer parrallel laufen lassen, nur ist das bei 20 Jahre Missionen nicht möglich.

    Natürlich ist das möglich und wurde genau so auch bei älteren Sonden praktiziert. (Bin grad zu Faul um nachzusehen, Pioneer??) Was soll die Laufzeit der Mission da für einen Einfluss haben?



    4 mal bearbeitet, zuletzt am 26.06.21 17:26 durch Johannes321.

  15. Re: Moderne Prozessoren von der Stange sind halt nicht weltraumtauglich

    Autor: EGMU 28.06.21 - 12:29

    Als man den Computer 2001 mittels Spaceshuttle ausgetauscht hat, hätte das transportieren eines Bleimantels wie viel mehrkosten generiert?
    Das Gesamtsystem (Shuttle, Booster, Tank) hatte ein Startgewicht von 2.046.000 kg. Da sollen 5, oder von mir aus auch 50, Kilo Blei ein Problem darstellen?

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