Strahlengehärtete Prozessoren

In der Weltraumfahrt werden nur strahlengehärtete Prozessoren verwendet...

Was gibt es wissenswertes über strahlengehärtete Prozessoren zu erzählen?
Was zeichnet einen solchen Prozessor aus bzw. wie wird er strahlengehärtet?
Welche strahlengehärteten Prozessoren sind verfügbar bzw. werden verwendet?
Sind alle verwendeten ICs strahlengehärtet?
...
Muß ein strahlengehärtetet Prozessor Animaterie-Resistent sein?

Hallo,

schau mal hier: http://bernd-leitenberger.de/raumfahrt-sonstige.shtml

Computer in der Raumfahrt 1 bis 3, sehr informativ.

Martin

Interessantes Video und Transkript zu Prozessoren die in der Raumfahrt eingesetzt werden.

https://www.heise.de/news/c-t-3003-Welche-Computer-ueberleben-im-Weltall-7442508.html?utm_source=pocket-newtab-global-de-DE

JPL testet zur Zeit einen neuen strahlungsgehärteten System-on-a-Chip-Prozessor für Weltraumanwendungen, der etwa die 500fache Performance derzeitiger strahlungsharter Prozessoren besitzt:


  Bild NASA/JPL
Der Chip in seinem Gehäuse wird über ein Ball Grid Array mit knapp 2000 Kontakten eingelötet..

https://www.jpl.nasa.gov/news/hello-universe-nasas-next-gen-space-processor-undergoes-testing/

Und zwar der da: Microchip PIC64-HPSC1000 Radiation-Hardened High-Performance 64-bit Processor

8x 64-bit High-Performance RISC-V Cores, , 26000 MIPS, max. 1000 MHz
20 Ethernet MACs, TSN Ethernet Interfaces mit bis zu 10 Gbps
240 Gbps TSN Ethernet Switch
2x PCIe Gen 3
....

Zitat von obiger Seite:

Mit einer 100-fachen Steigerung der Rechenleistung im Vergleich zu herkömmlichen Weltraumprozessoren und der Einführung neuer Funktionen im Weltraum wie Virtualisierung, KI, TSN-Ethernet, RDMA over Converged Ethernet v2, PCIe®, Compute Express Link® (CXL®) 2.0 und Post-Quanten-Kryptografie setzt der PIC64-HPSC neue Maßstäbe für die Zukunft der Weltraumforschung und der Datenverarbeitung im Weltraum.

Es ist immer wieder verblüffend, wie sehr die gehärtenen Chips dann zu Lasten der Leistung gehen. Vergleicht man die Eckdaten mit einem handelsüblichen High-Performance-Prozessor für PC/Workstation, ist das schon ernüchternd:

500.000 MIPS gegen 26.000 MIPS
5-6 GHz gegen 1 GHz
16 bis 24 Kerne  gegen 8 + 2

Allerdings braucht man solche Rechenleistung auch nicht unbedingt im All - das mag sich dann mit AI-Satelliten ändern. Wichtiger ist Ausfallsicherkeit, Arbeitsbereich insb. was Temperaturen angeht und Verschlüsselung.

Dafür glänzt dieser Chip dann mit eingebauten Sonderfunktionen:
So haben PC-Chips keinen nativen MAC/Ethernetanschluss, dieser Chip hingegen gigantische 20x 10M bis zu 10G
Ebenso sind Netzwerk-Protokolle bereits integriert, die in PCs softwareseitig oder über Netzwerkkarten bereitgestellt werden.
Zudem das volle Paket Sicherheit schon auf dem Chip: Crypto Engine, Secure Key Storage und Hardware-Isolierung.

Würde das die Datenübertragungsraten für potentielle satellitengestützte Rechenzentren im All bei den "optisch/elektronischen Kopplern" dann quasi auch begrenzen?

dksk

500.000 MIPS gegen 26.000 MIPS

Strahlengehärtet werden traditionell natürlich nicht absoluten High-End-Strukturen. Kleine Strukturbreiten sind ja auch ein Risikofaktor. Ganz trifft der Vergleich aber sowieso nicht. Du vergleichst da einen dedizierten Prozessor, warscheinlich Intel Architectur, mit einem SOC auf ARM Basis. Die SOCs (System on Chip) müssen durch den sehr hohen Platzbedarf auf dem Chip für die umfangreiche Peripherie Abstriche bei der Core Ausführung machen, irgendwie muß man mit der Die-Größe auch auskommen. Ich bin jetzt selber nicht mehr auf dem laufenden wie hochperformant die SOCs mittlerweile sind, aber ein Vergleich mit den letzten hochgezüchteten Maschinen kann nicht hinkommen.

_{Nachtrag: Hab mich mal wieder bei einem Fremdwort vertan. Auf "dediziert" geändert. Danke für den Hinweis}

Ja natürlich.
Ich dachte, ich hätte die ganz andersartigen Anforderungen und Spezialfähigkeiten herausgestellt.
Trotzdem interessant, das mit aus dem Alltag bekannten Geräten, hier PC-Chips zu vergleichen, um mal ein Gespür zu bekommen.
Das ist für künftige "Rechenzentren im All" ja auch nicht unwichtig, denn die brauchen dann Rechenleistung und Speicher in Mengen, dafür braucht man ganz neue Chiparchitektur - oder einen externen Strahlenschutz, oder Redundanz. Am besten alles drei.
Immerhin haben aber die Iphones der Artemis-II tadellos auch jenseits des LEO funktioniert. Da war Consumer Electronics, ohne speziell gehärtete Chips oder Strahlenschutz, im Van-Allen-Gürtel unterwegs.

Das ist für künftige "Rechenzentren im All" ja auch nicht unwichtig, denn die brauchen dann Rechenleistung und Speicher in Mengen, dafür braucht man ganz neue Chiparchitektur - oder einen externen Strahlenschutz, oder Redundanz.

Ich denke, das sind zwei verschiedene Ansätze.

"Old Space": Hier wird alles "Strahlengesichert" entwickelt und zertifiziert. Das dauert Jahre und kostet Millionen. Dafür ist es auch nahezu perfekt.

"New Space": Speziell SpaceX: Die probieren einfach aus, was geht. Setzen auf normale technik. Schnell, effizient und günstig. Dass das nicht 100%ig ist, hat man ja gesehen beim Sonnensturm vor ein paar Jahren, als zahlreiche Starlinks in Folge abgestützt waren. Aber es reicht technisch aus.

Auch auf der ISS sieht man, dass dort ganz normale Elektronischer Kameras genutzt werden. Consumer-Geräte. Und die Funktionieren auch.

Zitat von: SpaceSil am Gestern um 12:12:57

Das ist für künftige "Rechenzentren im All" ja auch nicht unwichtig, denn die brauchen dann Rechenleistung und Speicher in Mengen, dafür braucht man ganz neue Chiparchitektur - oder einen externen Strahlenschutz, oder Redundanz.

Ich denke, das sind zwei verschiedene Ansätze.

"Old Space": Hier wird alles "Strahlengesichert" entwickelt und zertifiziert. Das dauert Jahre und kostet Millionen. Dafür ist es auch nahezu perfekt.

"New Space": Speziell SpaceX: Die probieren einfach aus, was geht. Setzen auf normale technik. Schnell, effizient und günstig. Dass das nicht 100%ig ist, hat man ja gesehen beim Sonnensturm vor ein paar Jahren, als zahlreiche Starlinks in Folge abgestützt waren. Aber es reicht technisch aus.

Auch auf der ISS sieht man, dass dort ganz normale Elektronischer Kameras genutzt werden. Consumer-Geräte. Und die Funktionieren auch.

"Ganz normale Technik" braucht dann eben Redundanz, wie ich oben geschreiben habe. Bei Starlinks die schiere Masse, bei AI-Satelliten dann auch.
Das sieht man mittlerweile auch bei NASA/ISS/Artemis so. Hätte man nur eine Kamera / ein IPhone an Bord gehabt und die wäre ausgefallen, wäre das Drama groß. So war es egal. Bis vor wenigen Jahren hatte man Consumer Electronics nicht erlaubt. So wie man Handys im Flugzeug abschalten musste, heute nur noch Flugmodus, und teilweise Wlan/BT wieder anschalten darf.