จากซีพียูเครื่องเล่นเกมสู่ภารกิจพิชิตอวกาศ

      ภารกิจหนึ่งขององค์การบริหารการบินและอวกาศเแห่งชาติหรือนาซา(National Aeronautics and Space Administration: NASA) คือ การศึกษาวิจัยเพื่อแสวงหาความรู้เกี่ยวกับดวงดาวและอวกาศ  ดังนั้นเพื่อให้ภารกิจนี้ประสบความสำเร็จให้มากที่สุด นาซาจึงมีโครงการส่งยานอวกาศออกไปค้นหา สำรวจดวงดาว วัตถุ ปรากฏการณ์ต่างๆที่เกิดในอวกาศ และสิ่งมีชีวิตนอกโลก โดยโครงการนี้จะต้องมีการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเดินทางไปในอวกาศ  ซึ่งรวมไปถึงการพัฒนาเทคโนโลยีด้านคอมพิวเตอร์ เนื่องจากต้องใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการทำงานของยานอวกาศและสื่อสารมายังโลกตลอดการเดินทาง คอมพิวเตอร์ดังกล่าวจะต้องสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง แม่นยำและไม่หยุดการทำงานตลอดอายุการใช้งาน

ภารกิจยานอวกาศนิวโฮไรซอน การเดินทางไปสำรวจดาวพลูโต

      ย้อนกลับไปในปี ค.ศ. 2006 นาซาได้ส่งยาน อวกาศไร้คนขับชื่อนิวโฮไรซอน(New Horizons) ไปสำรวจดาวพลูโตรวมถึงดวงจันทร์ชารอน นอกจากนี้ยานอวกาศดังกล่าวยังได้เดินทางที่แถบไคเปอร์ (Kuiper Belt) ซึ่งอยู่ห่างจากวงโคจรของดาวเนปจูนไม่ต่ำกว่า 1 พันล้านไมล์ เพื่อสำรวจวัตถุอวกาศต่างๆ ที่ลอยอยู่บริเวณนี้

รูปที่ 1 ยานอวกาศนิวโฮไรซอน
ที่มา: http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/nh-surface.jpg

     ในเดือนกรกฎาคมปี ค.ศ. 2015 ยานอวกาศนิวโฮไรซอนได้เคลื่อนที่เข้าใกล้ดาวพลูโตมากที่สุด ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่าดวงดาวและวัตถุที่อยู่ในบริเวณนี้มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นน้ำแข็ง[1]

รูปที่ 2 ภาพจากยานอวกาศนิวโฮไรซอนแสดงพื้นผิวดาวพลูโตที่มีสภาพเป็นน้ำแข็ง
ที่มา : http://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width_feature/public/thumbnails/image/nh-mountainousshorline.jpg

     ยานนิวโฮไรซอนมีตัวตรวจจับและเครื่องมือที่วัดค่าต่างๆ ทางฟิสิกส์  จึงได้ส่งข้อมูลอุณหภูมิ คลื่น รังสี รวมทั้งการถ่ายภาพวัตถุอวกาศที่ยานเคลื่อนผ่านส่งกลับมายังโลก ซึ่งเป็นภารกิจที่ใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการทำงานอัตโนมัติ[2]  คอมพิวเตอร์ที่ใช้จึงต้องสามารถทำงานตลอดการเดินทางจากโลกไปยังดาวพลูโตและแถบไคเปอร์เป็นเวลานานกว่า 10 ปี  โดยใช้ตัวประมวลผลที่แม่นยำและมีความเสถียรสูง นาซาได้เลือกใช้ซีพียู MIPS R3000 ในการประมวลผลและควบคุมการทำงานเพื่อให้ภารกิจของยานอวกาศบรรลุเป้าหมาย[3]

ซีพียู MIPS R3000

    ซีพียู MIPS R3000 เป็นซีพียูแบบแกนเดียว(single core) ขนาด 32 บิต ที่ผลิตขึ้นในปี ค.ศ. 1988 มีชุดคำสั่งที่เล็กมากเมื่อเทียบกับซีพียู 8086  มีความถี่ 16.67 – 33.33 MHz [4][5]  ซึ่งปัจจุบัน (ค.ศ.2016) ซีพียูบางตัวมีความเร็ว 4 GHz หรือมากกว่านั้น โดยในช่วงแรกมีการนำซีพียู MIPS R3000 นี้ไปใช้สำหรับหน่วยประมวลผลกลางของเครื่องคอมพิวเตอร์ Work station และ Server ต่อมาในปี ค.ศ. 1994 บริษัทโซนี่นำซีพียูชนิดนี้มาใช้เป็นตัวประมวลของเครื่องเล่นเกม Play station [6]  ซึ่งเป็นเครื่องเล่นที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก เช่น PS1 PS2 และ PSX  จึงทำให้ซีพียูนี้เป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายในฐานะซีพียูสำหรับเครื่องเล่นเกม และต่อมานาซาก็ได้นำซีพียูนี้ไปพัฒนาเพื่อใช้เป็นซีพียูสำหรับคอมพิวเตอร์ของยานอวกาศนิวโฮไรซอน[7] ในภารกิจสำรวจดาวพลูโต

เครื่องเล่นเกม Playstation 1 ซึ่งใช้ซีพียู MIPS R3000 เป็นตัวประมวลผล
ที่มา https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/PSone-Console-Set-NoLCD.jpg

จากซีพียูเครื่องเล่นเกม สู่ซีพียูยานอวกาศ

     จากซีพียู MIPS R3000 ซึ่งเป็นซีพียูสำหรับเครื่องเล่นเกม นาซาได้พัฒนาต่อเป็นรุ่นที่ใช้สำหรับยานอวกาศนิวโฮไรซอน เรียกว่า Mongoose-V โดยมีความเร็ว 12 MHz และสามารถทนต่อคลื่นและรังสีต่างๆ ที่อาจจะทำให้วงจรเสียหายได้ระหว่างเดินทางในอวกาศ[8]  ซีพียูนี้ได้เดินทางไปกับยานนิวโฮไรซอนในปี ค.ศ. 2006 และพิสูจน์ให้เห็นว่าสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่มีปัญหาใดๆ ตลอดเวลาระยะเวลา 9 ปีจากโลกสู่ดาวพลูโต   

ซีพียู Mongoose-V ที่พัฒนามาจาก MIPS R3000
ที่มา http://blog.imgtec.com/wp-content/uploads/2015/01/Mongoose-V-chip_inside.jpg

     จะเห็นได้ว่าจากซีพียูเครื่องเล่นเกมที่เราใช้เพื่อความสนุกสนานและความบันเทิงได้ก้าวขึ้นเป็นซีพียูสำหรับคอมพิวเตอร์ในยานอวกาศในที่สุด แล้วเพราะเหตุใดนาซาจึงเลือกซีพียูรุ่นนี้?

ปัจจัยที่นาซาเลือกซีพียู MIPS R3000

     ผู้อ่านอาจจะสงสัยว่าเหตุใดนาซาเลือกซีพียูรุ่นเก่าตัวนี้ติดตั้งไปกับยานอวกาศในโครงการสำรวจอวกาศที่มีมูลค่านับพันล้านดอลลาร์สหรัฐ เหตุใดไม่เลือกซีพียูที่มีประสิทธิภาพสูงกว่านี้
     นาซาเลือกซีพียูนี้เนื่องจากต้องการระบบคอมพิวเตอร์ที่มีความพร้อมใช้งานตลอดเวลา คงทนแข็งแรง สามารถทำงานได้ต่อเนื่องไม่มีวันหยุดภายใต้สภาวะแวดล้อมในอวกาศที่ไม่สามารถคาดเดาได้  นอกจากนี้ต้องมีความน่าเชื่อถือของระบบนั่นคือ ซีพียูสามารถประมวลผลข้อมูลได้อย่างถูกต้องโดยไม่มีข้อผิดพลาด[9]

ความสำเร็จของซีพียู MIPS ต่อภารกิจสำรวจอวกาศ

    แม้ซีพียู MIPS R3000 จะมีความเร็วไม่สูงมาก แต่นาซาก็ได้ตัดสินใจเลือกใช้ซีพียูตัวนี้ เพราะได้ผ่านการทดสอบทั้งในด้านความคงทนต่อการทำงานและความน่าเชื่อถือในการประมวลผล  ซีพียูตัวนี้จึงเหมาะสมกับการเดินทางพิชิตอวกาศในครั้งนี้

    ยานอวกาศ นิวโฮไรซอน พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าสามารถทำงานได้ต่อเนื่องอย่างถูกต้องแม่นยำตลอดเวลา 9 ปี และยังคงปฏิบัติภารกิจสำรวจอวกาศอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะหมดอายุการใช้งานหรือจนกว่าจะขาดการติดต่อ

ยกร่างบทความโดย นายพนมยงค์ แก้วประชุม
บรรณาธิการโดย คณะบรรณาธิการสาขาวิชาเทคโนโลยี สสวท.

อ้างอิง

1. NASA, New Horizons: The First Mission to the Pluto System and the Kuiper Belt, [Online], 
   Available: http://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/overview/index.html [2016, Jan 25].

2. NASA, APL New Horizons Fact Sheet, [Online], 
   Available: http://www.nasa.gov/sites/default/files/files/NHMissionFS082114HiPrint.pdf [2016, Jan 25].

3. Tyler Lee, Probe Sent To Pluto Is Powered By The Original PlayStation’s CPU. ,[Online],
   Available: http://www.ubergizmo.com/2015/07/probe-pluto-original-playstation-cpu/ [2016, Jan 26].

4. Chris Rowen, Mark Johnson, Paul  Ries, The MIPS R3010 Floating-Point Coprocessor,  IEEE Micro, vol. 8, no. 3, pp. 53–62, May/June 1988.

5. ____, MIPS Technologies R3000,[Online], Available: http://www.cpu-world.com/CPUs/R3000/ [2015, Jul 15].

6. ____, Everything You Have Always Wanted to Know about the Playstation But Were Afraid to Ask.,[Online], Available: http://www.raphnet.net/electronique/psx_adaptor/Playstation.txt  [2015, Jun 6].

7. Aashish Sharma , The Original PlayStation CPU is Powering New Horizons,[Online], 
   Available: http://fossbytes.com/the-original-playstation-cpu-is-powering-new-horizons/ [2015, Jul 21].

8. Alexandru Voica , MIPS goes to Pluto,[Online],
   Available: http://blog.imgtec.com/mips-processors/mips-goes-to-pluto [2015, Jan 15].

9. ____, The CPU from the original PlayStation is guiding a probe to Pluto,[Online], 
   Available:  http://www.theverge.com/2015/1/15/7551365/playstation-cpu-powers-new-horizons-pluto-probe/in/8724384 [2015, Jan 15].