1. Hardwareluxx
  2. >
  3. News
  4. >
  5. Hardware
  6. >
  7. Prozessoren
  8. >
  9. New Horizons: Mit 12 MHz zum Pluto (Update)

New Horizons: Mit 12 MHz zum Pluto (Update)

Veröffentlicht am: von

new horizonsAlle Weltraumbegeisterten dürfte dieser Sommer in Erinnerung bleiben, denn die Raumsonde New Horizons der NASA besuchte den ehemaligen Platen Pluto mit seinen Monden. Erst im vergangenen Jahr schaffte es die ESA, einen Lander auf einem Kometen abzusetzen, auch wenn dies anders als ursprünglich geplant verlief. Solche Langzeitmissionen sind eine technische Herausforderung, denn der lange Flug in extremer Kälte und die Strahlenbelastung im Weltraum setzen moderner Hardware recht schnell zu. Auch die langfristige Planung, Entwicklung und die Missionsdauer stellen eine Herausforderung dar.

Die Sonde New Horizons wurde am 19. Januar 2006 gestartet. Bereits Jahre davor mussten die technischen Spezifikationen festgezogen werden. Die neueste Hardware kann man an Bord einer solchen Sonde also nicht erwarten. Imagination Technologies erläutert in einem Blogpost den Einsatz der eigenen Hardware auf der Raumsonde und spricht auch etwas über die Voraussetzungen, die an einen dort verwendeten Prozessor gestellt werden.

New Horizons in der Montagehalle vor dem Start
New Horizons in der Montagehalle vor dem Start

New Horizons verwendet für die Navigation und Steuerkontrolle sowie die Übertragung und die Datenverarbeitung zwei getrennte Systeme. Diese sind jeweils redundant vorhanden, so dass insgesamt vier Computersysteme mit einzelnen Prozessoren ihren Dienst verrichten. Verwendet wird ein Prozessor auf MIPS-Basis namens Mongoose-V. Beim Mongoose-V handelt es sich um eine strahlengehärtete Version des MIPS R3000, der von Synova in Florida gefertigt wird.

Die NASA und Synova haben gemeinsam verschiedene Einsatzprofile für den Prozessor entwickelt, die verschiedene Takt- und Timing-Routinen beinhalten. Die so abgestimmte Zusammenarbeit von Hard- und Software sollte Fehler verhindern und Ausfallzeiten sowie Komplettausfälle vermindern. So wurde der höchste Takt auf 12 MHz festgelegt – im Hinblick auf die Taktung moderner CPUs und GPUs natürlich kein Vergleich. Der Mongoose-V-Prozessor wurde aber auch für bestimmte Anwendungen spezifiziert. Dazu gehören die Analyste von Positionsdaten, die Verarbeitung der Kommandos von der Bodenstation an die verschiedenen Sub-Systeme, die Sammlung und Verarbreitung der Sensordaten sowie die Vorbereitung für das Senden der Daten zurück an die Bodenstation. Im Falle einer Störung kann der Mongoose-V auch einen automatisierten Algorithmus ausführen, der die Sonde in Teilen automatisch steuert und ausrichtet sowie die Kommunikation mit der Bodenstation sicherstellen soll.

Chipshot des Mongoose-V-Prozessors
Chipshot des Mongoose-V-Prozessors

Der MIPS R3000 ist ein 32-Bit-RISC-Mikroprozessor. RISC steht für Reduced Instruction Set Computer und beschreibt das Design bzw. die notwendigen Befehle als extrem kompakt und effizient. Er wurde in zahlreichen Servern und Workstations von Unternehmen wie Evans & Sutherland, DEC, Silicon Graphics, Tandem Computers und Whitechapel Workstations verwendet. Noch heute verbaut Toshiba den MIPS R3000 in einigen Mikrokontrollern und am bekanntesten dürfte der Prozessor durch den Einsatz in der ersten PlayStation von Sony geworden sein. Er basiert auf der MIPS-I-ISA-Architektur aus den späten 1980er-Jahren. Hier werden die Dimensionen der Entwicklungszyklen für eine Raumsonde sicherlich am deutlichsten.

Das CPU-Design ist weit weniger komplex als heutzutage und wurde, wie bereits erwähnt, auf eine hohe Effizienz hinsichtlich der zu übertragenen Befehle entwickelt. Die meisten Instruktionen werden durch die 5-Layer-Pipeline in einem Takt erledigt. Doch die eigentliche CPU ist nur ein kleiner Teil des MIPS R3000. Hinzu kommen ein numerischer Coprozessor, Speicherkontroller, Timer, eine automatische Fehlererkennung und vieles mehr. Weitere Details werden in einem Whitepaper beschrieben und zeigen die Designvorgaben der 1980er sehr schön auf.

Blockdiagramm des Mongoose-V-Prozessors
Blockdiagramm des Mongoose-V-Prozessors

Auch wenn New Horizons den Pluto und seine Monde bereits passiert hat, wird die Mission weiter fortgesetzt. Die NASA plant noch ein bis zwei weitere Objekte des Kuiper-Gürtels zu besuchen. Im Rahmen des NASA-New-Frontier-Programms sind noch weitere Missionen geplant, die aus technischer Sicht sicherlich ebenso faszinierend sind und einen dennoch gleichzeitig in die Vergangenheit zurückbefördern.

Update:

Imagination Technologies hat weitere Informationen zur Hardware auf der New-Horizon-Mission veröffentlicht. Zunächst einmal wird auf die Rechenleistung eingegangen, die der Mongoose-V-Prozessor zur Verfügung stellt. Diese liegt um einige Faktoren über dem, was bisher im Weltraum verwendet wurde. Interessant sind die Vergleiche zur zeitlichen Entwicklung solcher Hardware, die ab 1972 für Weltraummissionen verwendet wurde.

Vergleich der Rechenleistung des Mongoose V gegenüber früheren Missionen
Vergleich der Rechenleistung des Mongoose V gegenüber früheren Missionen

Der von Synova gefertigte Prozessor kommt auf einen Stückpreis von 20.000 bis 40.000 US-Dollar - je nachdem wie viele gefertigt werden müssen. Der auf die Verarbeitung der Daten ausgelegte Prozessor muss beispielsweise Bilder einer Kamera mit 1 Megapixel verarbeiten. Dies klingt nach keiner besonderen Herausforderung, allerdings wird eine Bildbearbeitung angewendet, damit zunächst einmal nur die notwenigen Daten gesendet werden müssen. Auf einem 16 GB Flashspeicher wurden und werden alle Daten zunächst zwischengespeichert. Auch dieser wurde speziell gehärtet, um der Strahlung im Weltraum zu wiederstehen.

Die Datenübertragungsrate beträgt 2 KBit/s. Ein Bild mit 1.200 x 900 Pixel braucht somit 3-4 Stunden, um über das Deep Space Network der NASA übertragen zu werden. Es wird auch noch mehrere Monate wenn nicht Jahre dauern, bis New Horizon alleine die Daten des Vorbeifluges am Pluto übertragen hat. Dank der Plutonium-Batterie und weiteren geplanten Vorbeiflügen an Objekten des Kuiper-Gürtels hat die Raumsonde dazu aber auch etwa 88 Jahre Zeit.

Eines der Systeme von New Horizon im Vergleich zu anderen
Eines der Systeme von New Horizon im Vergleich zu anderen

In einem Blogpost gibt Imagination noch weitere Einblicke, auch in die Software und die Arbeit an der Hardware von New Horizon.

Welche ist die beste CPU?

Unsere Kaufberatung zu den aktuellen Intel- und AMD-Prozessoren hilft dabei, die Übersicht nicht zu verlieren. Dort zeigen wir, welche Prozessoren aktuell die beste Wahl darstellen - egal, ob es um die reine Leistungsfähigkeit oder das Preis-Leistungs-Verhältnis geht.


Social Links

Das könnte Sie auch interessieren:

  • AMD Ryzen 5 3600 im Test: Ohne X noch viel besser

    Logo von IMAGES/STORIES/2017/AMD_RYZEN_5_3600_TEST-TEST

    Gegenüber dem AMD Ryzen 5 3600X aus unserem letzten Test, der trotz seiner Einstufung in die Mittelklasse ältere Topmodelle schlägt, ist der AMD Ryzen 3600 ohne das X-Kürzel nur 200 bis 300 MHz niedriger getaktet und mit einer TDP von 65 W sparsamer klassifiziert, was einen... [mehr]

  • AMD Ryzen 7 3800X im Test: Ein hungriger Lückenfüller

    Logo von IMAGES/STORIES/2017/AMDRYZEN93900X

    Kurz vor dem Start des lange ersehnten AMD Ryzen 9 3950X und der kommenden Threadripper-Modelle schließen wir eine weitere Lücke in unserer Testdatenbank und stellen den AMD Ryzen 7 3800X auf den Prüfstand, der über acht Kerne verfügt, gegenüber seinem kleinen Schwestermodell jedoch in einer... [mehr]

  • In Spielen König, sonst eher ein kleiner Prinz: Intel Core i5-10600K und Core...

    Logo von IMAGES/STORIES/2017/INTEL-CML-S

    Heute ist es soweit und wir dürfen die ersten Leistungsdaten des Core i5-10600K und des Core i9-10900K präsentieren. Damit öffnet Intel seine Comet-Lake-Prozessoren für den Markt, denn ab heute sind die ersten Modelle im Handel verfügbar. Die Kernkompetenzen der neuen Prozessoren liegen vor... [mehr]

  • AMD hängt Intel weiter ab: Der Ryzen 9 3950X im Test

    Logo von IMAGES/STORIES/2017/RYZEN-3950X

    Besser spät als nie – so ließe sich das Timing für unseren Test des Ryzen 9 3950X wohl am besten zusammenfassen. Zum Ursprünglichen Termin der Tests konnte uns AMD kein Sample zur Verfügung stellen und so mussten wir uns etwas gedulden, bis auch wir den 16-Kerner testen konnten. Der... [mehr]

  • Insider-Gerüchte: Intel streicht 10-nm-Pläne für den Desktop komplett

    Logo von IMAGES/STORIES/2017/INTEL

    Aus Insiderkreisen haben wir einige exklusive Informationen zu zukünftigen Desktop-Prozessoren von Intel erhalten. Die Quelle hat sich in der Vergangenheit zu CPU-Themen bereits mehrfach aus treffsicher erwiesen. Dennoch sollte wie bei allen Gerüchten dieser Art eine gewisse Vorsicht an den... [mehr]

  • Ein Athlon ist noch längst kein Ryzen: Der Athlon 3000G im Test

    Logo von IMAGES/STORIES/2017/AMD_ATHLON_200GE

    Für den Athlon 3000G hat sich AMD ein knappes Zeitfenster ausgesucht. Letzte Woche hab es die Testberichte zum Ryzen 9 3950X, zum 25. November erfolgt der Marktstart und auch die Tests zu den Ryzen-Threadripper-Prozessoren werden dann veröffentlicht. Dementsprechend fokussieren wir uns heute auf... [mehr]