为什么好奇号的硬件配置那么低?

好奇号的 Rover Compute Element 包含两套相同的计算机系统,一个发生故障后另一个会自动配置接管,它包含 256K EEPROM,256MB 内存,2GB 闪存,抗辐射处理器是 BAE RAD750(1040 万晶体管,核心频率 110 到 200 MHz),基于 IBM 的 PowerPC 750 设计,速度 400MIPS。

为什么不使用更高的配置,既然要飞那么久,肯定要拿出当时候最好的硬件配置额。

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32个答案
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恩,今天也是看到好奇号的配置就觉得很低,也想知道为什么。不过好像没人回答,我搜集了一点资料,然后加上自己对于这些东西的一些基本了解来解析一下。

它是RAD6000的升级版。关于RAD6000,2008年的统计是有200个左右用这个处理器的空间探测器正在太空中(As of June 2008, there are 200 RAD6000 processors in space on a variety of NASA, United States Department of Defense and commercial spacecraft,理解差,不知道是总共还是现在还在太空中的),可见稳定性和可靠性是非常高的。然后系统是VxWorks,自1996年就开始在市场上卖了,价格在200,000到300,000美元之间(应该是核心板,不只是芯片)。

至于RAD750,从2001年开始卖,2005年第一次进入太空。110M到200M时钟,266或者更过的MIPS,系统构架是IBM PowerPC 750。2002年的数据显示卖200,000美元,这个和RAD6000是差不多的,当然,对于不同的程序和质量要求,最终价格是会变的。到2010年为止,也有150多个空间探测器上用到了这个处理器了。这次的火星车上面一共有两套这个设备,一套备用。

这个CPU主要负责控制电机和搭载的科考设备,另外就是和地球的通信。实时采集数据,至于运动和对仪器的操作都是由地球发送的指令来控制的。总体上来说的话,也没有那么巨大的任务量。

最后进入正题:
1。我们习惯在买手机的时候关注屏幕和处理器性能,但是空间探测器不一样,首先关注的稳定性和抗干扰性,另外功耗啊一些其他的东西,主频可能比较其次了。200,000美元应该是稳定性的价格而不是主频的价格。想象一下,NASA的人去买火星车的CPU的话第一个肯定不会问主频有多高吧,而是会问,可不可靠。

2。另外就是价格和难度的原因,为了在稳定性和抗干扰性上保持不变的话,高主频可能需要更高的价格,而且制造难度也会加大。

3。不去追求高主频可能还有个原因就是确实是没有必要的(从性价比上面来说),火星车的CPU的任务比较简单,只是搜集数据和控制运动,至于具体怎么运动是由地面控制中心发送的。另外,说到整个探测器的着陆这么复杂的控制,我相信是由地面事先模拟环境和计算了各种因素之后按部就班来的,就像普通卫星的发射一样,什么时候变轨什么的时候分离都是事先计算好,或者如果需要处理数据的话是由特定单元来处理和控制。

最后一句话,刚好够完成所有任务就行,没必要最炫。

参考网址:
http://en.wikipedia.org/wiki/RAD6000
http://en.wikipedia.org/wiki/RAD750
http://en.wikipedia.org/wiki/Mars_Science_Laboratory
http://marsprogram.jpl.nasa.gov/msl/mission/rover/

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星期天的北极嵌入式系统工程师

2012-08-12 18:38

好奇号上面跑的是VxWorks,我可以确定的说。

因为就是我们公司的产品,公司内部有邮件都说过了。版本方面不太确定,可能是VxWorks 5.x(应该是5.4或者5.4)或者6.4.

对于VxWorks来说,这个配置不算低了,VxWorks能在更慢的CPU和更低的配置上跑(有传说能把VxWorks内核裁剪到100K以下)。

而且好奇号的主要功能不是人工智能,而是探测,所以最主要的功能就是接受控制信号和返回数据,所以稳定性是最重要的。高性能的CPU往往在抗辐射抗干扰方面比较差,所以用低端的稳定的设备才是最好的选择。

顺便说说上面的软件:这个系统里貌似是只有一个中断的(另有说法是一个都没有),一个中断是时钟中断,也就是说,除了时钟用来维护任务调度以外,别的任务都保持绝对的实时性,据说这么实际是为了保证任何时间断面下,整个系统的运行状态都是可以模拟和预知的。

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DUMBO 软件架构师

2012-08-12 17:17

军品与民品的要求是不一样的。同样的486CPU,现在民品白送都没有人要,但军品的486还在很多低端常规武器中使用,价格从数百美元到数万美元不等。好奇号上用的CPU等级比486高多了。
这种航天级CPU的难度在于:高辐射导致芯片内BIT位反转的问题,这在民用环境的可能性并不大,常规的ECC技术解决不了,因为反转的位数可能远高于2位。再就是抗震问题,过解决数G甚至10几G的过载。最后就是高低温问题,最低温和最高温差数百度,民用CPU单是热涨冷缩就会报销掉。
对于好奇号来说,这款CPU的主频已经足够使用,再NB的CPU从成本上已经不上算了。

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支持者: JahowChen tmk Aule Mchaoo

航空比较特殊,因为它容不得失误,发射一次需要消耗巨大的人力物力财力,所以稳定才是首要的,要考虑到宇宙中各种高能粒子的撞击,要考虑宇宙射线的辐射,等等等等
当年阿波罗登月的时候整个飞船的硬件性能还不如现在的手机,不也是上去了?
飞船最重要的就是能够稳定的运行,收集数据,至于数据处理那是在地面完成的,航空中硬件配置的大头都在地面上,飞船上的设施只是充当数据的传输和执行命令的功能,没必要弄太高的硬件配置

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支持者: JahowChen Aule

稳定和故障率低那是必须必的,人家又不跑windows又木有图形界面要那么高配置做啥,难道打算把奥运上的全球直播蓝屏拓展到全火星广播蓝屏广告咩……

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支持者: gooey Aule

航天和民用设备在设计原则上是完全不一样的。
首先,航天首要考虑的是可靠性。尤其是长时间留轨或长途飞行。空间粒子、大温差等对设备尤其是器件影响太大,所以很多芯片都是特殊设计过,才能保证能上太空。
再者,因为航天器的功能和民用电子的功能根本不是一回事,cpu运算能力够用就行,不需要追求高主频大内存。

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支持者: JahowChen 卡内其古哈

简单的来说,太空里面的辐射能把内存里面的0直接轰击成1,从而进一步影响其他数据,而在飞船里面0和1的差别往往决定任务成败的吧。。。。另外个人觉得现在的个人计算机内存主要还是用来处理图形界面了,好奇号上没有图形显示器,内存就远不需要那么大了。其实现在个人计算机能做的事情很多几十年前的电脑就能做了,不同的是现在不用输命令而且界面华丽。

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支持者: Aule

可靠是这样环境中选择硬件的最重要的标准

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snowmark-zhang电子信息硕士,高校教师,奶爸

2012-08-10 14:55
支持者: Danteruz

400百万条指令每秒,在DSP里面算是很不错的性能了。这又不是CISC的通用CPU,这是RISC的DSP。哈佛结构的指令和数据空间是独立的,跟冯诺依曼结构不同。

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支持者: JahowChen

主要是功耗:发热跟耗电,如果性能太高,过热烧毁……

然后是太阳能驱动,太阳能的转换效率。还是频率低点好

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看到一篇报道,貌似是05年左右看是研制的,那时候有些配置已经算高端。
另外,楼主的数据无误?

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dsp里能跑vxworks么?应该是rics核加个dsp的协处理器吧

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Skysea英语专业本科

2012-08-10 15:08

能否从国外论坛上或者是直接@下相关人员

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1379铁路 数码

2012-08-10 17:19

越是复杂,出问题的概率也越大。

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支持者: JahowChen

感觉跑的是汇编,所以低了速度也很快的

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wishpolo电子工程师

2012-08-12 14:48

双冗余计算机系统
所有部件全部都是抗辐射航天级器件
就凭这两项已经高过所有人手中使用的所谓高配置计算机了。

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Fire47科技爱好者,营销本科生,单车单反小文艺

2012-08-12 20:10

好奇一个问题,所谓的抗辐射实在硬件结构上实现的么?如何实现是加一个大铁壳就完成这么简单么,如果不是为什么?
另外如果不是抗辐射,普通CPU放到太空会烧掉?

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我觉得功耗问题还是很重要的影响因素,因为好奇号估计是要用好多年的,而这次好奇号用的是钚238电池,具体的数据还不太清楚,不过应该不会有很高的电压和电流输出吧。

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穷梦诗词科普作家

2012-08-13 11:00

配置越高耗电越大,好奇好主要负责收集信息,信息分析传回地球后再进行分析,所以不必要用那么高的配置。

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和楼上几位朋友看法相同,我估计硬件配置低是为了节能,毕竟没什么机会补充能源,能省就省了。

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286 芯片足以控制洲际导弹准确击中一万公里之外的目标,但却不敢保证你流畅的碗超级玛丽······图形处理事一大杀手
相比之下计算个弹道什么的就毛毛雨了,至于传照片,不就是个慢么,本来就不着急

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相对于51单片机而言,这个简直就是神级处理器啊。51系列单片机不止是能做跑马灯的……温湿度、障碍探测、测速。用51单片机完全可以做个在地面跑的智能小车。就LZ说的这配置,跑个嵌入式的图形操作系统简直毫无鸭梨……

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土鳖傻翛光电学士;电力硕士;程序猿

2015-01-29 11:56

首先是没必要,去火星探测又不是玩儿3D游戏,不需要那么高计算量.而且越复杂的机械,故障率也越高,总不能发射到火星之后,再让计算机重启一下吧.

其次高性能的cpu,功耗也是个大问题,火星上的太阳能已经很少了,能量很宝贵.

第三,单位体积和重量的芯片,如果含有更多的MOS管,那么每个MOS管的尺寸也要减小.在火星这种温度变化极大的地方,大尺寸的MOS管反而有更高的可靠性.这点可以参考军用电脑,尺寸大,成本高,但是性能低.

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好奇号简单地说就是一辆数据采集遥控小车,搞的太复杂啦,各个研发团队之间磨合也困难,技术也不好推广…… 搞科研为了要工程经验和实验数据,不是要吹牛逼自己的技术有多强!
任真的从技术的角度上说,我拉上一个团队也可以造出类似的火星探测设备,但是就是放不到火星上,数据也传不回来,只能在地球上溜达,但是技术可以很牛逼,老美是实用主义至上,讲究性价比,够用而且稳定可靠才是王道。
这样解释可以吧!

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按照楼上几位的意思 ,降落的时候也是回传数据到地面处理中心来解析?然后在进行回传?这个延迟。。这个车也要具备一定的处理能力才行 不然30多分钟就干等在那?

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