Komputer Di Ruang Angkasa
03.36
Komputer Di Ruang Angkasa
Sebuah PC dari toko komputer tidak bisa berbuat apa-apa di ruang angkasa meskipun spesifikasinya sudah yang tertinggi. Di sana akurasi lebih penting daripada performa hitung dan multimedia.
Komputer di ruang angkasa 3 kali crash! Komputer buatan jerman dalam modul satelit rusia tidak berfungsi! NASA mempertimbangkan untuk mengevakuasi stasiun ruang angkasa ISS. Demikian headline yang terpampang di media massa pertengahan juli lalu.
Yang dimaksud dengan komputer disini adalah dua sistem DRM-R yang terpasang dalam service modul swesda (bintang) di ISS (International Space Station). Sistem komputer tersebut mengatur lalu lintas data, stabilitasi ketinggian -- setiap hari ISS turun sekitar 350 meter serta pasokan air dan udara. Dengan demikian, sistem komputer ini sangat penting bagi kalangsungan hidup para astronot di sana.
"Sebenarnya, semuanya tidak separah itu," kata matthias spude dari EADS astrium memenangkan. Perusahaan di bremen inilah yang akhir tahun 90-an mengembangkan dan membangun DMS-R. Kenyataanya semua sangat berbeda. Dalam misi space-shuttle STS-117, para astronot AS memasang sebuah panel surya baru pada ISS. Tak lama kemudian, pasokan energi terhenti total, termasuk pasokan listrik darurat.
Sebelum itu, sejak bulan juli 2000, sistem PC tersebut telah bekerja tanpa kesalahan maupun crash. "Di saat tidak ada pasokan listrik, PC terbaik pun tidak dapat lagi berfungsi,"kata spude. Selama 7 Tahun, sebuah komputer ruang angkasa setidaknya telah berganti CPU tiga kali. Namun, baru kali ini ia direstart dalam orbit. Ini menunjukkan bahwa di ruang angkasa berlaku aturan yang berbeda dengan aturan yang ada di bumi.
Radiasi membahayakan komputer
Tuntutan pada sebuah komputer ruang angkasa lebih berat dibandingkan pada komputer di bumi. Ini dimulai sejak saat booting. Hardware mengalami percepatan ekstrim (9 G/5 ms) dan guncangan hebat yang berlanjut dengan kondisi anti gravitasi. Komputer juga harus tahan fluktuasi suhu dari minus 20*C hingga 60*C. Ia harus bekerja dengan handal dalam ruang hampa udara dan mampu menghadapi radiasi kosmis. Atmosfer bumi menangkal sebagian besar arus partikel energi tinggi, terutama yang berasal dari matahari. Sebaliknya, manusia dan mesin di ruang angkasa terpapar hujan proton, elektron, neuron dan ion tanpa proteksi sama sekali.
Partikel energi tinggi mengubah isi PC
Ada dua jenis kerusakan utama pada perangkat elektronik diakibatkan oleh radiasi. Jenis kerusakan pertama disebut efek latch-up dimana sebuah proton atau ion masuk ke dalam chip. Proton/Ion ini menyebabkan terjadinya hubungan singkat dan kerusakan komponen. Kerusakan yang terjadi biasanya langsung terlihat.
Jenis kerusakan kedua disebut efek Single Event Upset lebih tersembunyi. Efek ini timbul bila partikel energi tinggi seperti proton menghambat sebuah sel memori. Ia tidak menghancurkannya, tetapi tanpa diketahui mengubah isinya. Akibatnya cukup fatal karena dapat menyebabkan kalkulasi. Hal seperti ini pernah terjadi 9 tahun yang lalu, Ketika rocket pembawa ariane 5 menyimpang dari rutenya dan harus diledakan akibat terdapat parameter yang salah.
Dari kejadian tersebut, satu hal menjadi jelas. Kita tidak bisa kemana-mana di ruang angkasa dengan sebuah PC dari toko komputer meskipun sudah dipilih yang spesifikasinya paling tinggi. PC 'biasa ' tidak akan tahan radiasi kosmik.
EADS Astrium di bawah pimpinan Bernd Wolff telah mengembangkan sebuah sistem komputer yang sangat toleran terhadap kesalahan. Sistem ini digunakan dalam Service-Module di ISS. Sistem ini disebut DMS-R (Data Management System Rusia) dinamakan berdasarkan aplikasi dan pemberi order.
Jantung sistem yang dibuat dengan biaya sekitar 50 Juta Euro ini berisi 4 buah FCR (Faulth Containment Region) yaitu kotak logam solid seukuran kotak sepatu (295 x 160 x 250 mm). Dalam setiap kotak ini terdapat 3 board. Board pertama adalah application layer yang merupakan komputer sebenarnya. dan tempat menyimpan data. Board kedua disebut Fault Management Layer yang berisi perangkat elektronik untuk mengidentifikasi dan mengeliminasi kesalahan. Board ketiga bernama Avionics Interface yang berfungsi untuk melakukan pertukaran data dengan lingkungan. Seluruh sistem ini sangat hemat energi dan hanya membutuhkan daya sekitar 40 watt (prosessor Core 2 Duo memerlukan daya hingga 65 watt)
Performa Komputer Sekelas 486
Processor ERC SPARC 32-bit digunakan sebagai CPU pada setiap FCR. Kecepatan clock processor ERC SPARC ini adalah 14 Mhz dengan kemampuan hitung 2.5 juta operasi floating point/detik. Kemampuan seperti ini kira-kira berada di antara processor 386 dan 486. Ini sudah cukup karena dalam FCR ini tidak ada windows yang boros resource. Di dalamnya, hanya ada aplikasi khusus yang dirancang untuk sistem tersebut.
Kehebatan utama FCR terletak pada ketahanan radiasinya yang dicapai melalui penggunaan arsitektur khusus dan RAM 8 MB yang juga tahan radiasi. Aplikasi Disimpan dalam sebuah EEPROM 4 MB.
Pada RAM tahap pertama, sistem identifikasi dan eliminasi kesalahan EDAC (Error Detection Correction) sudah langsung bekerja. Secara Berkala, isi RAM dibandingkan dengan sebuah nilai perbandingan. Bila terjadi penyimpangan, secara otomatis ia akan terkoreksi.
Sinkronisasi data setiap 1/10 Detik
Manajemen kesalahan tahap kedua dilakukan oleh Fault Management Layer. Disini dibutuhkan kerja tim. Sistem FTC menggunakan algoritma byzantik sebagai metode eliminasi kesalahan. Setiap sepersepuluh detik, keempat FCR yang terkoneksi saling bertukar hasil kalkulasi. Bila salah satu menyimpang, secara otomatis ia akan terkoreksi.
Bila pada putaran berikutnya ( setelah 100 milidetik ) hasilnya salah lagi, komputer (FCR) tersebut akan dikeluarkan dari tim dan tidak disertakan dalam proses selanjutnya. Dengan demikian dua kesalahan berturut-turut dapat dikoreksi karena ketiga komputer lainnya menentukan hasil berdasarkan nilai mayoritas. Bila setelah itu masih juga terjadi kesalahan, sistem baru menyerah.
Menurut pengembangnya, Kai burmeister, sebuah sistem foleransi kesalahan sederhana sudah mencukupi. Saat perancangan, hanya tiga unit FCR yang digabung menjadi satu unit FTC. FCR keempat ditambahkan untuk berjaga-jaga.
Algoritma Byzantinik : Mayoritas Benar
Efek teflon tidak terjadi
Para pengembang di Bremen sangan antusias dengan sistem mereka sehingga menggunakannya secara universal. FTC juga dipasang dalam Columbus. Columbus adalah sebuah kendaraan ruang angkasa (ATV, Automated Transfer Vehicle) yang akan memasok keperluan ISS secara teratur.
Saat menghidupkan modul 27 juli 2000 lalu, mantan direktur Astrium Josef Kind juga mencoba pneggunaan sejenis teflon pada FTC. Ia membayangkan penggunaan di area-area kritis bumi, misalnya dalam industri kimia.
Saat ini sedang dilakukan negosiasi dengan bidang yang dekat dengan ruang angkasa seperti industri penerbangan dan militer, Kata Swen Rakers, team leader Astrium untuk pengembangan lanjutan sistem DRM-R yang lebih kecil, berperforma lebih tinggi, dan tersusun secara modular. Namun, kapan generasi FTC masa depan buatan jerman ini dapat membuktikan kualitasnya di ruang angkasa masih belum jelas.
Partikel energi tinggi mengubah isi PC
Ada dua jenis kerusakan utama pada perangkat elektronik diakibatkan oleh radiasi. Jenis kerusakan pertama disebut efek latch-up dimana sebuah proton atau ion masuk ke dalam chip. Proton/Ion ini menyebabkan terjadinya hubungan singkat dan kerusakan komponen. Kerusakan yang terjadi biasanya langsung terlihat.
Jenis kerusakan kedua disebut efek Single Event Upset lebih tersembunyi. Efek ini timbul bila partikel energi tinggi seperti proton menghambat sebuah sel memori. Ia tidak menghancurkannya, tetapi tanpa diketahui mengubah isinya. Akibatnya cukup fatal karena dapat menyebabkan kalkulasi. Hal seperti ini pernah terjadi 9 tahun yang lalu, Ketika rocket pembawa ariane 5 menyimpang dari rutenya dan harus diledakan akibat terdapat parameter yang salah.
Dari kejadian tersebut, satu hal menjadi jelas. Kita tidak bisa kemana-mana di ruang angkasa dengan sebuah PC dari toko komputer meskipun sudah dipilih yang spesifikasinya paling tinggi. PC 'biasa ' tidak akan tahan radiasi kosmik.
EADS Astrium di bawah pimpinan Bernd Wolff telah mengembangkan sebuah sistem komputer yang sangat toleran terhadap kesalahan. Sistem ini digunakan dalam Service-Module di ISS. Sistem ini disebut DMS-R (Data Management System Rusia) dinamakan berdasarkan aplikasi dan pemberi order.
Jantung sistem yang dibuat dengan biaya sekitar 50 Juta Euro ini berisi 4 buah FCR (Faulth Containment Region) yaitu kotak logam solid seukuran kotak sepatu (295 x 160 x 250 mm). Dalam setiap kotak ini terdapat 3 board. Board pertama adalah application layer yang merupakan komputer sebenarnya. dan tempat menyimpan data. Board kedua disebut Fault Management Layer yang berisi perangkat elektronik untuk mengidentifikasi dan mengeliminasi kesalahan. Board ketiga bernama Avionics Interface yang berfungsi untuk melakukan pertukaran data dengan lingkungan. Seluruh sistem ini sangat hemat energi dan hanya membutuhkan daya sekitar 40 watt (prosessor Core 2 Duo memerlukan daya hingga 65 watt)
Performa Komputer Sekelas 486
Processor ERC SPARC 32-bit digunakan sebagai CPU pada setiap FCR. Kecepatan clock processor ERC SPARC ini adalah 14 Mhz dengan kemampuan hitung 2.5 juta operasi floating point/detik. Kemampuan seperti ini kira-kira berada di antara processor 386 dan 486. Ini sudah cukup karena dalam FCR ini tidak ada windows yang boros resource. Di dalamnya, hanya ada aplikasi khusus yang dirancang untuk sistem tersebut.
Kehebatan utama FCR terletak pada ketahanan radiasinya yang dicapai melalui penggunaan arsitektur khusus dan RAM 8 MB yang juga tahan radiasi. Aplikasi Disimpan dalam sebuah EEPROM 4 MB.
Pada RAM tahap pertama, sistem identifikasi dan eliminasi kesalahan EDAC (Error Detection Correction) sudah langsung bekerja. Secara Berkala, isi RAM dibandingkan dengan sebuah nilai perbandingan. Bila terjadi penyimpangan, secara otomatis ia akan terkoreksi.
Sinkronisasi data setiap 1/10 Detik
Manajemen kesalahan tahap kedua dilakukan oleh Fault Management Layer. Disini dibutuhkan kerja tim. Sistem FTC menggunakan algoritma byzantik sebagai metode eliminasi kesalahan. Setiap sepersepuluh detik, keempat FCR yang terkoneksi saling bertukar hasil kalkulasi. Bila salah satu menyimpang, secara otomatis ia akan terkoreksi.
Bila pada putaran berikutnya ( setelah 100 milidetik ) hasilnya salah lagi, komputer (FCR) tersebut akan dikeluarkan dari tim dan tidak disertakan dalam proses selanjutnya. Dengan demikian dua kesalahan berturut-turut dapat dikoreksi karena ketiga komputer lainnya menentukan hasil berdasarkan nilai mayoritas. Bila setelah itu masih juga terjadi kesalahan, sistem baru menyerah.
Menurut pengembangnya, Kai burmeister, sebuah sistem foleransi kesalahan sederhana sudah mencukupi. Saat perancangan, hanya tiga unit FCR yang digabung menjadi satu unit FTC. FCR keempat ditambahkan untuk berjaga-jaga.
Komputer buatan jerman di ISS dirancang untuk terus bekerja bila terjadi kesalahan. Untuk itu, sistem DMS-R menggunakan algoritma byzantinik.
Menurut legenda, seorang ahli perang di byzantinium ingin merebut sebuah kota dengan 4 pasukannya. Itu hanya bisa berhasil bila semua pasukan menyerang pada saat yang sama. Jadi, ia harus memastikan perintahnya sampai kesetiap jendral dengan benar dan tidak dipalsukan oleh kurir yang berkhianat. Untuk itu setiap jendral harus meneruskan perintah yang diterimanya kepada ketiga jendral lainnya. Dengan demikian, setiap jendral dapat memeriksa kebenaran perintah masing-masing.
Prinsip ini juga digunakan oleh sistem FTC (Fault Tolerant Computer). Dalam siklus tertentu, setiap FCR (Fault Containment Region) yang terkoneksi dalam FTC saling bertukar hasil kalkulasi. 4 FCR dapat mengidentifikasikan dan mengeliminasi 2 kesalahan yang terjadi secara berturut-turut tanpa harus berhenti bekerja. Bila sebuah FTC membuat kesalahan yang sama sebanyak 2 kali, ia tidak disertakan dalam proses selanjutnya. Ia kembali bekerja setelah kesalahan pada dirinya dihilangkan.
Efek teflon tidak terjadi
Para pengembang di Bremen sangan antusias dengan sistem mereka sehingga menggunakannya secara universal. FTC juga dipasang dalam Columbus. Columbus adalah sebuah kendaraan ruang angkasa (ATV, Automated Transfer Vehicle) yang akan memasok keperluan ISS secara teratur.
Saat menghidupkan modul 27 juli 2000 lalu, mantan direktur Astrium Josef Kind juga mencoba pneggunaan sejenis teflon pada FTC. Ia membayangkan penggunaan di area-area kritis bumi, misalnya dalam industri kimia.
Saat ini sedang dilakukan negosiasi dengan bidang yang dekat dengan ruang angkasa seperti industri penerbangan dan militer, Kata Swen Rakers, team leader Astrium untuk pengembangan lanjutan sistem DRM-R yang lebih kecil, berperforma lebih tinggi, dan tersusun secara modular. Namun, kapan generasi FTC masa depan buatan jerman ini dapat membuktikan kualitasnya di ruang angkasa masih belum jelas.
IndoBCenter
0 comments