NASA phát triển chip thế hệ mới để chinh phục không gian sâu

4 giờ trướcBài gốc

NASA phát triển chip thế hệ mới để tàu vũ trụ chinh phục không gian sâu

Được chế tạo thông qua một chương trình hợp tác thương mại, bộ chip thế hệ mới này được NASA thiết kế để cung cấp cho các thiết bị bay khả năng xử lý thông tin nhanh hơn rất nhiều và tự đưa ra các quyết định độc lập trong những sứ mệnh cách xa Trái đất. Sự xuất hiện của loại vi mạch sẵn sàng cho trí tuệ nhân tạo (AI) này hứa hẹn sẽ mang đến cho các thiết bị không gian một bộ não thực thụ, mở ra nhiều cơ hội mới cho các chuyến du hành khám phá vũ trụ trong tương lai của nhân loại.

Thử nghiệm khắc nghiệt với chip thế hệ mới dưới điều kiện không gian cực đoan

Dự án Điện toán Du hành Không gian Hiệu suất Cao của NASA đang tập trung vào mục tiêu tăng cường năng lực tính toán của các tàu vũ trụ được sử dụng cho những sứ mệnh thám hiểm. Từ trước đến nay, các thiết bị khám phá vũ trụ thường phải dựa vào các bộ vi xử lý đời cũ. Lý do chính là vì công nghệ cũ sở hữu kích thước bóng bán dẫn lớn hơn, ít bị ảnh hưởng bởi hiện tượng đảo bit do bức xạ gây ra, qua đó đã được chứng minh là đủ độ tin cậy và bền bỉ để sống sót qua các điều kiện khắc nghiệt.

Đổi lại, những con chip cũ đó lại thiếu đi hiệu suất cần thiết cho các nhiệm vụ thế hệ tiếp theo. NASA nhận định các bộ vi xử lý tiên tiến hơn là yêu cầu bắt buộc để phát triển các loại tàu vũ trụ tự hành, đẩy nhanh các khám phá khoa học thông qua việc phân tích dữ liệu trên khoang một cách nhanh chóng, đồng thời hỗ trợ các phi hành gia trong các sứ mệnh hướng đến Mặt trăng và sao Hỏa.

Kế thừa di sản từ các bộ vi xử lý không gian trước đây, hệ thống đa nhân mới này có khả năng chịu lỗi cao, linh hoạt và mang lại hiệu suất cực kỳ mạnh mẽ. Chuyên gia Eugene Schwanbeck thuộc Trung tâm Nghiên cứu Langley của NASA ở Hampton, Virginia, đánh giá cam kết của cơ quan này trong việc thúc đẩy điện toán du hành không gian là một thành tựu kỹ thuật đáng ghi nhận và là kết quả của sự hợp tác chặt chẽ giữa các bên. Trái tim của dự án là một bộ vi xử lý được tăng cường khả năng chống bức xạ, chế tạo với mục tiêu cung cấp sức mạnh tính toán gấp 100 lần so với các máy tính không gian hiện tại.

Các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA ở Nam California đã liên tục tiến hành hàng loạt bài kiểm tra chuyên sâu để mô phỏng những môi trường xa xôi đó. Quản lý dự án Jim Butler cho biết họ đang đặt những con chip mới này vào các buồng chân không, thử nghiệm thay đổi nhiệt độ liên tục, kiểm tra độ sốc cơ học và đánh giá hiệu suất thông qua một chiến dịch chức năng nghiêm ngặt.

Để đủ điều kiện sử dụng, bộ chip thế hệ mới phải chịu đựng được bức xạ cường độ cao và sự thay đổi nhiệt độ đột ngột có thể phá hủy các thiết bị điện tử nhạy cảm. Các hạt năng lượng cao phát ra từ Mặt trời và không gian sâu thường tạo ra lỗi buộc tàu vũ trụ phải chuyển sang chế độ an toàn, tạm thời đóng các hệ thống không thiết yếu cho đến khi kỹ sư giải quyết được vấn đề. Thiết kế mới sẽ cố gắng giảm thiểu tối đa tình trạng này.

Cơ quan này cũng đang kiểm tra cách con chip xử lý các điều kiện khó khăn liên quan đến việc hạ cánh xuống các hành tinh khác. Để mô phỏng hiệu suất trong thế giới thực, họ sử dụng các kịch bản hạ cánh có độ trung thực cao từ các sứ mệnh thực tế của NASA. Quá trình hạ cánh thường đòi hỏi phần cứng tiêu thụ nhiều năng lượng để xử lý khối lượng khổng lồ dữ liệu từ cảm biến. Quá trình thử nghiệm tại JPL đã bắt đầu vào tháng 2 và sẽ tiếp tục trong vài tháng tới.

Kết quả ban đầu tỏ ra rất khả quan khi bộ vi xử lý hoạt động đúng như mong đợi và dường như có khả năng hoạt động với hiệu suất gấp khoảng 500 lần so với các bộ vi xử lý chống bức xạ đang được sử dụng hiện nay. Nhóm nghiên cứu đã đánh dấu sự kiện bắt đầu thử nghiệm bằng cách gửi một email với tiêu đề "Hello Universe", một cách tri ân những thông điệp giới thiệu đầu tiên của ngành khoa học máy tính.

Trí tuệ nhân tạo trao quyền tự chủ cho thiết bị vũ trụ

Sự ra đời của bộ vi xử lý mới là thành quả từ mối quan hệ hợp tác giữa JPL và Microchip Technology Inc., một công ty có trụ sở tại bang Arizona. Những phiên bản đầu tiên của con chip này đã được chia sẻ với các đối tác trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ thương mại và quốc phòng. Việc đưa công nghệ xử lý thông minh lên quỹ đạo sẽ cho phép các tàu vũ trụ tự hành tận dụng trí tuệ nhân tạo để phản ứng theo thời gian thực trước các tình huống bất ngờ.

Trong môi trường vũ trụ sâu, khoảng cách không gian tạo ra độ trễ tín hiệu rất lớn do giới hạn của tốc độ ánh sáng. Ví dụ, một tín hiệu truyền từ sao Hỏa về Trái đất có thể mất từ vài phút đến hơn chục phút. Độ trễ này khiến việc tiếp nhận lệnh điều khiển từ con người trở nên bất khả thi trong những thời khắc quan trọng. Việc có một hệ thống máy học ngay trên khoang sẽ giúp con tàu hoặc xe tự hành tự đánh giá chướng ngại vật, nhận diện rủi ro và tự động thay đổi lộ trình một cách an toàn.

Hệ thống vi mạch mới mang lại nhiều giá trị to lớn cho các sứ mệnh thám hiểm bằng cách phân tích, lưu trữ và truyền tải khối lượng khổng lồ dữ liệu khoa học. Thay vì phải gửi toàn bộ dữ liệu thô về mặt đất để phân tích, một quy trình tốn rất nhiều thời gian và băng thông, bộ xử lý trên tàu sẽ tự động phân tích sơ bộ, lọc ra những thông tin quan trọng nhất và chỉ truyền kết quả về Trái đất.

Sự thay đổi này sẽ làm giảm áp lực cho hệ thống ăng-ten liên lạc trong không gian. Bộ vi xử lý này dự kiến sẽ đóng vai trò cốt lõi trong việc hỗ trợ các chuyến bay có phi hành đoàn hướng đến các hành tinh khác. Các phi hành gia sẽ có một cỗ máy đủ mạnh để xử lý các dữ liệu sinh học, điều hướng quỹ đạo phức tạp hoặc quản lý các thiết bị hỗ trợ sự sống tự động.

Hệ thống vi mạch siêu nhỏ gọn và tầm nhìn ứng dụng trên mặt đất

Bộ xử lý này được thiết kế theo cấu trúc hệ thống trên một vi mạch (SoC), kết hợp tất cả các thành phần thiết yếu của một máy tính vào một thiết bị nhỏ gọn duy nhất có kích thước chỉ bằng lòng bàn tay. Một SoC hoàn chỉnh chứa các đơn vị xử lý trung tâm, bộ chia tải tính toán, hệ thống kết nối mạng, bộ nhớ và các giao diện đầu vào/đầu ra.

Trong ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng, thiết kế SoC đã được sử dụng rất phổ biến trong điện thoại thông minh và máy tính bảng vì tính nhỏ gọn và sử dụng năng lượng hiệu quả. Sự khác biệt lớn nhất nằm ở chỗ các phiên bản đang được JPL thử nghiệm phải được chế tạo với vật liệu và cấu trúc đặc biệt để sống sót trong nhiều năm.

Chúng có khả năng vận hành trơn tru ở khoảng cách hàng triệu, thậm chí hàng tỉ km cách xa Trái đất, nơi không hề có bất kỳ xưởng bảo dưỡng hay kỹ sư sửa chữa nào. Đặc điểm nhỏ gọn của vi mạch mang ý nghĩa rất lớn đối với ngành hàng không vũ trụ, nơi mỗi kg hàng hóa mang theo trên tên lửa đẩy đều tiêu tốn một lượng kinh phí khổng lồ. Việc thu gọn hàng loạt bo mạch phức tạp vào một con chip duy nhất giúp tiết kiệm trọng lượng và dành thêm không gian cho các công cụ khoa học khác.

Khi công nghệ này được chứng nhận đủ tiêu chuẩn cho các chuyến bay, NASA có kế hoạch tích hợp bộ vi xử lý vào nhiều loại hình sứ mệnh khác nhau, bao gồm các vệ tinh quay quanh Trái đất, xe tự hành trên hành tinh, môi trường sống của phi hành đoàn và tàu khám phá không gian sâu. Công ty Microchip cũng lên kế hoạch điều chỉnh công nghệ này để phục vụ cho các ngành công nghiệp ngay trên mặt đất, bao gồm sản xuất ô tô và hàng không.

Bùi Tú

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/nasa-phat-trien-chip-the-he-moi-de-chinh-phuc-khong-gian-sau-251780.html