จากซีพียูเครื่องเล่นเกม สู่ภารกิจพิชิตอวกาศ
ภารกิจหนึ่งขององค์การบริหารการบินและอวกาศเแห่งชาติหรือนาซา (National Aeronautics and Space Administration: NASA) คือ การศึกษาวิจัยเพื่อแสวงหาความรู้เกี่ยวกับดวงดาวและเอกภพ ดังนั้นเพื่อให้ภารกิจนี้ประสบความสำเร็จให้มากที่สุดนาซาจึงมีโครงการส่งยานอวกาศออกไปค้นหาและสำรวจดวงดาวต่าง ๆ และปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในอวกาศรวมถึงสิ่งมีชีวิตนอกโลก โครงการนี้จึงต้องมีการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเดินทางของมนุษย์ไปในอวกาศ ซึ่งรวมไปถึงการพัฒนาเทคโนโลยีด้านคอมพิวเตอร์ เนื่องจากต้องใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการทำงานของยานอวกาศที่ต้องสื่อสารมายังโลกตลอดการเดินทาง คอมพิวเตอร์ดังกล่าวจะต้องสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง แม่นย่ำและไม่หยุดทำงานตลอดการเดินทาง
ภารกิจยานอวกาศนิวโฮไรซอนส์ ในการเดินทางไปสำรวจดาวพลูโต
ย้อนกลับไปในปี ค.ศ. 2006 นาซาได้ส่งยานอวกาศไร้คนขับชื่อนิวโฮไรซอนส์ (New Horizons) ไปสำรวจดาวพลูโตและดวงจันทร์ชารอน นอกจากนี้ยานอวกาศดังกล่าวจะได้เดินทางไปแถบไคเปอร์ (Kuiper Belt) ซึ่งอยู่ห่างจากวงโคจรของดาวเนปจูนไม่ต่ำกว่า 1.6 พันล้านกิโลเมตรเพื่อสำรวจวัตถุอวกาศต่าง ๆ ที่โคจรอยู่บริเวณนี้
ในเดือนกรกฎาคมปี ค.ศ. 2015 ยานอวกาศนิวโฮไรซอนส์ได้เคลื่อนที่เข้าใกล้ดาวพลูโตมากที่สุด ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่าดาวดวงนี้และวัตถุที่อยู่ในบริเวณนี้มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นน้ำแข็ง
รูปที่ 1 ยานอวกาศนิวโฮไรซอนส์
ที่มา: http://ww.nasa.gov/sites/defaut/iles/thumbnails/image/nh-suface.jpg
ยานนิวโฮไรซอนส์มีอุปกรณ์ตรวจจับและเครื่องมือที่วัดปริมาณต่าง ๆ ทางฟิสิกส์ จึงได้ส่งข้อมูลเช่นอุณหภูมิ คลื่น รังสี รวมถึงได้ถ่ายภาพวัตถุอวกาศที่ยานเคลื่อนที่ผ่านส่งกลับมายังโลก ซึ่งเป็นภารกิจที่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการทำงานโดยอัตโนมัติคอมพิวเตอร์ที่ใช้จึงต้องสามารถทำงานตลอดการเดินทางจากโลกไปยังดาวพลูโตและแถบไคเปอร์เป็นเวลานานกว่า 10ปีโดยใช้ตัวประมวลผลที่แม่นยำและมีความเสถียรมากนาซาได้เลือกใช้ชีพี่ยู MIPS R3000 ในการประมวลผลและควบคุมการทำงานเพื่อให้ภารกิจของยานอวกาศบรรลุเป้าหมาย
รูปที่ 2 ภาพจากยานอวกาศนิวใฮไรซอนส์แสดงพื้นผิวดาวพลูใดที่มีสภาพเป็นน้ำแข็ง
ที่มา: http://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width_feature/public/thumbnails/image/nh-mountainousshorline.jpg
ซีพียู MIPS R3000
ซีพียู MIPS R3000 เป็นซีพียูแบบแกนเดียว (Single core) ขนาด 32 บิตที่ผลิตขึ้นในปี ค.ศ. 1988 มีชุดคำสั่งที่ค่อนข้างเล็กมากเมื่อเทียบกับซีพียู 8086 มีความถี่ตั้งแต่ 16.67 - 33.33 MHz ซึ่งปัจจุบัน (ค.ศ.2016) ซีพียูบางตัวมีความเร็ว 4 GHz หรือมากกว่านั้นโดยในช่วงแรกมีการนำซีพียู MIPS R3000 นี้ไปใช้สำหรับหน่วยประมวลผลกลางของเครื่องคอมพิวเตอร์ Work Station และ Server ต่อมาในปี ค.ศ. 1994 บริษัทโซนีได้นำซีพียูชนิดนี้มาใช้เป็นตัวประมวลในเครื่องเล่นเกม Play Station ซึ่งเป็นเครื่องเล่นที่ได้รับความนิยมมาก เช่น PS1 PS2 และ PSX ซีพียูนี้จึงเป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายในฐานะชีพียูสำหรับเครื่องเล่นเกม และต่อมานาซาก็ได้น้ำซีพียูนี้ไปพัฒนาเพื่อใช้เป็นชีพียูสำหรับคอมพิวเตอร์ของยานอวกาศนิวโฮไรซอนส์ ในภารกิจสำรวจดาวพลูโต
รูปที่ 3 เครื่องเล่นเกม PSone ที่ใช้ซีพียู MIPS R3000 เป็นตัวประมวลผล
ที่มา: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/PSone-Console-Set-NoLCD.jpg
จากซีพียูเครื่องเล่นเกม สู่ซีพียูยานอวกาศ
จากชีพียู MIPS R3000 ซึ่งเป็นซีพียูสำหรับเครื่องเล่นเกม นาซาได้พัฒนาต่อไปเป็นรุ่นที่ใช้สำหรับยานอวกาศนิวโฮไรซอนส์ เรียกว่า Mongoose-V ที่มีความเร็ว 12 MHz และสามารถทนรับคลื่นและรังสีต่าง ๆ ที่อาจทำให้วงจรเสียหายได้ระหว่างเดินทางในอวกาศ ซีพียูนี้ได้เดินทางไปกับยานนิวโฮไรซอนส์ในปี ค.ศ. 2006 และพิสูจน์ให้เห็นว่าสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง โดยไม่มีปัญหาใด ๆ ตลอดเวลาระยะเวลา 9 ปีจากโลกสู่ดาวพลูโต
รูปที่ 4 ซีพียู Mongoose-V ที่พัฒนามาจาก MIPS R3000
ที่มา: http://blog.imgtec.com/wp-content/uploads/2015/01/Mongoose-V-chip_inside.jpg
จะเห็นได้ว่าจากซีพียูเครื่องเล่นเกมที่เราใช้เพื่อความสนุกสนานและความบันเทิงใจ ในที่สุดได้ก้าวขึ้นเป็นชีพียูสำหรับคอมพิวเตอร์ในยานอวกาศแล้ว เพราะเหตุใดนาซาจึงเลือกซีพียูรุ่นนี้
ปัจจัยที่ชักนำนาซาให้เลือก ซีพียู MIPS R3000
ผู้อ่านอาจจะสงสัยว่าเหตุใดนาซาจึงเลือกชีพียูรุ่นเก่าตัวนี้ติดตั้งไปกับยานอวกาศในโครงการสำรวจอวกาศที่มีมูลค่านับพันล้านดอลลาร์สหรัฐ เหตุใดไม่เลือกชีพียูที่มีประสิทธิภาพสูงกว่านี้นาซาเลือกซีพียูนี้เนื่องจากต้องการระบบคอมพิวเตอร์ที่มีความพร้อมใช้งานตลอดเวลา อีกทั้งมีความคงทนแข็งแรงสามารถทำงานได้ต่อเนื่องไม่มีวันหยุดภายใต้สภาวะแวดล้อมในอกาศที่ไม่สามารถคาดเดาได้ นอกจากนี้ก็ต้องการความน่าเชื่อถือของระบบ นั่นคือซีพียูสามารถประมวลผลข้อมูลได้อย่างถูกต้องโดยไม่มีข้อผิดพลาด
ความสำเร็จของซีพียู MIPS ต่อภารกิจสำรวจอวกาศ
แม้ชีพียู MIPS R3000 จะมีความเร็วไม่สูงมากแต่นาซาก็ได้ตัดสินใจเลือกใช้ชีพียูตัวนี้ เพราะได้ผ่านการทดสอบทั้งในด้านความคงทนต่อการทำงานและความน่าเชื่อถือในการประมวลผล ซีพียูตัวนี้จึงเหมาะสมกับการเดินทางพิชิตอวกาศในครั้งนี้ ยานอวกาศ นิวโฮไรซอนส์ พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าสามารถทำงานได้ต่อเนื่องอย่างถูกต้องแม่นยำตลอดเวลา 9 ปี และจะปฏิบัติภารกิจสำรวจอวกาศอย่างต่อเนื่อง จนกว่าจะหมดอายุการใช้งานหรือจนกว่าจะขาดการติดต่อกับโลก
บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://magazine.ipst.ac.th/
บรรณานุกรม
Aashish Sharma. The Original PlayStation CPU is Powering New Horizons. Retrieved Jul 21. 2015, from http://fossbytes.com/the-original-playstation-cpu-is-powering-new-horizons/.
Alexandru Voica. MIPS goes to Pluto, Retrieved Jan 15. 2015, from http://blog.imgtec.com/mips-processors/mips-goes-to-pluto.
The CPU from the original PlayStation is guiding a probe to Pluto. Retrieved Jan 15. 2015, from http://www.theverge.com/2015/1/15/7551365/playstation-cpu-powers-new-horizons-pluto-probe/in/8724384.
Everything You Have Always Wanted to Know about the PlayStation But Were Afraid to Ask.. Retrieved Jun 6. 2015.from http://www.raphnet.net/electronique/psx_adaptor/Playstation.txt.
MIPS Technologies R3000, Retrieved Jul 15 2015. from http://www.cpu-world.com/CPUs/R3000/
NASA. New Horizons: The First Mission to the Pluto System and the Kuiper Bet, Retrieved Jan 15, 2015. from http://www.nasa.gov/mission _pages/newhorizons/overview/index.html.
NASA, APL New Horizons Fact Sheet. Retrieved Jan 15. 2015. From http://www.nasa.gov/sites/default/files/files/NHMissionFS082114HiPrint.pdf.
Rowen. Chris. Johnson, Mark & Ries. Paul. (May/June (1988).) The MIPS R3010 Floating-Point Coprocessor. IEEE Micro, 8 (3), pp. 53-62.
Tyler Lee. Probe Sent to Pluto is powered by the Original PlayStation's CPU., Retrieved Jan 15. 2015, from http:/www.ubergizmo.com2015/07/probe-pluto-original-playstation-cpu/ [2016. Jan 26].