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MRAM可支持时间更长、更复杂的太空任务
2017-11-04

[据intelligent-aerospace网站近日综合报道]火星探测、月球殖民、恒星探测等长期太空探索项目正逐渐成为现实。这些任务都需要收集大量的信息,解决大量的问题,才能减少失败的风险。由于这些任务比我们所熟悉的国际空间站等项目复杂得多,预计出现的潜在问题与结果也将呈指数增加,因此,我们需要提供一种可协助航天员与工程师的智能解决方案,以大幅降低失败的风险。

在高可靠性航空航天领域,随着磁阻随机存取存储器(MRAM)技术日益强大,它将作为一种可行的候选技术,用于开发学习和存储传感器数据的自主系统。
令MRAM成为首选存储器的特点

MRAM具有许多特性,使其成为高可靠性和外太空应用的绝佳选择。这些特性包括:对不同形式的太空辐射引发的单粒子翻转效应(单个高能粒子作用于半导体器件,引发器件的逻辑状态发生异常变化)免疫:几乎永久耐用;对称写入和读取;运行功耗非常低。通常,MRAM比同等密度的动态随机存取存储器(DRAM)速度更快、功耗更低。上述所有特性都符合长距离太空飞行的要求。

由于航天器距离太阳越来越远,太阳能电力供应将受到限制甚至逐渐减少,而MRAM存储单元固有极低功耗读写功能,允许它在减少功率需求的同时处理更多的信息。由于MRAM不需要高速的持续刷新周期,因此总体的系统功耗要求最终会降低。

容错/校正

器件需要耐受上文中提及的单粒子翻转效应。实际上,未来探索项目中使用的存储系统还需要校正错误。这种功能不属于基本的内存配置,需要将错误校正机制嵌入到存储器阵列中。由于MRAM是概率存储器件,所以在读取和写入器件时,发生读取错误和写入错误的几率很低。

自旋转移技术公司(Spin Transfer Technologies, STT)开发了几种方法,可通过使用设备和阵列中内置的几个独特电路来消除错误。用户可获得持久性强且无错误的操作,使用效果类似于静态随机存取存储器(SRAM)。相同的方法也可用于应对单粒子翻转等外部事件。

应对复杂度增长

在任何自主系统中,输入数据和所执行操作的完整记录必须保存在日志中。这意味着航天器需要携带大量传感器,记录每项功能的每次活动,并处理记录的数据,执行预防性和反应性反馈,以防止事故发生。通过在控制集成电路中引入低功耗、非易失性存储器记录数据,可以显著降低用于捕获和分析传感器输出的系统互联结构的复杂度。

使用MRAM,互联将更加简单。新互联形式的开发将由一套不同的标准所确定,而不再依赖于对所有流量的实时管控。MRAM将以后台模式检索记录的数据,也可能仅在需要算后检查时检索。这对于将大多数开发时间集中于算法研究,而对错误恢复树关注较少的互联形式非常重要,并可以降低代码复杂度。

MRAM如何勾画太空旅行的前景

在未来的系统中,MRAM可以用于记录事件和其他运算引擎做出的决定,并确保控制功能和基于传感器的元器件能够执行准确的即时拷贝。开发人员因而可以花费大量的时间开发能够挖掘MRAM数据的算法,从而发现未来失败的可能性,而不是试图修复各种人为构想的问题。由此衍生出的机器学习行为和各种行动,可以帮助执行长时间太空任务的工程人员快速、彻底地解决问题。

结论

定义一种架构,将MRAM作为子系统的基本组件,并利用MRAM高耐受度、低功耗、非易失性的优异特性,就可以满足系统开发的要求,控制复杂的航天器。随着最新的技术进步,大量可用的相关数据集可以显著减少为错误案例开发解决方案的时间。这些系统可以进行地面测试和最终设计阶段测试,从而可以加速子系统的开发。对于有兴趣参与私营机构太空竞赛的企业,这一点对于实现预定的时间安排非常重要。(中国航天系统科学与工程研究院 李薇濛)
本文作者:Bob Warren, Spin Transfer Technologies公司工程部副总裁


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