阿波罗11号 vs. USB-C 充电器(2020)
如今,现代 USB-C 充电器和线缆中都装有微控制器,其原始速度可与阿波罗 11 号制导计算机相媲美甚至更强,这凸显了嵌入式计算已变得多么强大且无处不在。评论者将这一现象与航天硬件的截然不同需求进行对比:在航天领域,可靠性、抗辐射能力、冗余以及专用模拟系统仍然比单纯性能更重要。讨论还涉及工程优先级如何从最小化、任务专用设计,转向大规模生产、软件密集型系统——这些系统在不起眼的物件中悄然塞入了惊人的复杂性。
航天计算:过去、现在、未来
- 讨论传统 CPU(如 Z80)是否仍会/将会被使用;有人回忆历史用途,另一些正在参与当前航天项目的人说,现代 ARM、PowerPC(RAD750)以及新兴的 RISC‑V 芯片占主导。
- 有评论提到 NASA 正在转向新的基于 RISC‑V 的航天处理器;另有人指出 RAD750 很常见但并非无处不在,原因是成本/功耗问题,许多任务会改用经过认证的汽车级/工业级硬件。
- 关于数据链路的讨论:较旧的协议如 Kermit/Xmodem 曾在本地使用(例如 ISS),但深空和月球通信大多使用 CCSDS 标准。
- 有人提到 SpaceX 使用商用 x86,多核以 lockstep 方式运行,并通过三路“strings”投票,把执行机构控制卸载到微控制器上。
阿波罗制导计算机与阿波罗时代系统
- AGC 被认为就其体积、功耗和可靠性而言是当时最先进的,但到 1960 年代末,相比更新的航天计算机已显得过时。
- 它的 2 ft³ 体积约束是在相关 IC 甚至还不存在之前就协商确定的。
- 与 Data General Nova 和 IBM 4Pi 的比较凸显了 AGC 在性能/重量权衡上的强大表现。
- 阿波罗还使用了额外的计算机:土星 V 上的模拟飞行控制计算机(FCC),以及地面上的人类“计算机”。
- 登月舱制导程序有多个模式;自动着陆模式虽然存在,但实际上从未在飞行中使用过。
USB-C 充电器与无处不在的嵌入式 CPU
- 许多 USB 控制器,甚至简单外设,都内嵌了完全可编程的 CPU;对许多用途来说,微控制器如今比定制 ASIC 更便宜。
- 这引发了对“软件正在吞噬世界”的反思,以及纯硬件/电气工程师的角色是否在缩小;也有人认为,只要系统要与物理世界打交道,电气工程师仍然不可或缺。
- 有人对“wall warts”和恶意智能线缆提出了安全担忧。
模拟计算 vs 数字计算,以及图灵完备性
- 争论进一步扩展到:模拟飞控硬件是否应被称为“计算机”,以及“计算机”与单纯算术硬件之间的区别。
- 多位评论者讨论了模拟、数字和混合架构,以及通用模拟计算机是否可以图灵完备;并提到了一些理论模型(如 GPAC)及其由于精度和物理限制所受到的约束。
- 结论是:模拟系统确实会“计算”,但将其对应到现代“通用计算机”这一术语上仍有争议。
辐射、可靠性与冗余
- 讨论集中在 rad-hard、屏蔽与冗余之间的取舍。
- 一些人认为,使用屏蔽加 COTS 组件(并配合复位/重启策略)对许多任务是可行的;另一些人强调,大型厂商正在逐步减少专用 rad-hard 器件。
- 文章拆解了多路投票机制(SpaceX 火箭、线控飞行飞机、土星 LVDC 三模冗余);对于如何计算“N 路冗余”以及如何避免投票器成为单点故障,存在分歧。
- 还提到并行、独立开发的硬件/软件栈可用于缓解共模故障,不过一项被引用的研究指出,独立团队仍可能产生相关联的 bug。
算力进步、日常技术与对类比的质疑
- 许多人觉得充电器/控制器芯片能够与阿波罗时代计算机相媲美甚至超越它们,这一点很惊人;但也有人警告,不应过度解读为如今登月任务“很容易”。
- 评论指出,阿波罗的成功依赖于卓越工程、地面支持和定制系统,而不仅仅是 CPU 速度。
- 有人沿着摩尔定律式曲线推演,想象未来的线缆会具备集群级 AI 能力;也有人开玩笑说,软件膨胀会吞掉这些进步。
- 还讨论了政府是否仍然拥有明显的计算优势;一些人认为,除专门的超级计算中心外,大型科技公司如今已能匹敌甚至超过大多数国家级算力。