توسعه کامپیوترهای عملیات با پردازش غیرمتمرکز

[1]JARVIS تعریف کرد که هدف آن غیرمتمرکزسازی فرآیند پردازش داده‌های ماموریت هواگردها در بین چند گره پردازش توزیع‌شده بود. با پایان یافتن مرحله اول پروژه، قرار است مرحله دوم آن نیز مجدد از سوی شرکت فیزیکال اپتیکز انجام شود.

پروژه JARVIS قرار است بالاترین تحمل‌پذیری خطا و پردازش غیرمتمرکز اطلاعات ماموریت هواپیما را برای رفع نیازمندی‌های ناوگان هوایی نیروی دریایی ایالات متحده ارائه کند. در واقع این معماری برای پلتفرم‌های مختلف که قادر به پردازش توزیع‌شده در بین چند گره کامپیوتری کاملا مجهز با درجه بالایی از تحمل‌پذیری خطا و قابلیت اطمینان هستند مناسب است.

سیستم مذکور با جمع‌آوری داده از حسگرهای مختلف هواگرد، پردازش را روی زیرسیستم‌های خود انجام داده و نتیجه نهایی را برای نمایشگرها ارسال خواهد کرد. این سیستم به دنبال افزایش سرعت رابط‌های پردازش ماموریتی اویونیک و کاهش هزینه‌ها در مقایسه با سیستم‌های یکپارچه امروزی است که با غیرمتمرکز کردن پردازش داده‌های ماموریت در بین تعدادی از گره‌های پردازش توزیع‌شده حاصل می‌شود. علاوه بر این کاهش وزن، اندازه و توان مصرفی (SWaP) از دیگر مزایای سیستم مذکور در مقایسه با سیستم‌های متمرکز فعلی است.

ساختار پردازش متمرکز و غیرمتمرکز اطلاعات

حمایت مالی این پروژه از طریق برنامه «تحقیقات نوآوری کسب‌وکارهای کوچک» ([2]SBIR) انجام می‌شود. این برنامه به طور مستقیم زیر نظر دولت ایالات متحده بوده که هدف آن حمایت از شرکت‌های کوچک با برون‌سپاری پروژه‌های تحقیق و توسعه دولتی است. در واقع دولت ایالات متحده قصد دارد از طریق این برنامه ضمن حمایت از گسترش شرکت‌های کوچک، ایده‌های ناب فناورانه که توسعه آن‌ها از لحاظ اقتصادی برای شرکت‌های بزرگ خصوصی پر خطر محسوب می‌شود را پرورش دهد.

در سال 2015 پس از مطرح شدن نیاز نیروی دریایی ایالات متحده برای یک سیستم عملیات پرواز با پردازش متمرکز، مقاوم در برابر خطا و ابعاد کم، شرکت فیزیکال اپتیکز موفق شد در طی یک مناقصه از سوی SBIR به عنوان مجری پروژه فاز اول JARVIS انتخاب شود. در فاز اول قرار بود شرکت فیزیکال اپتیکز امکان ساخت یک سیستم قابل بازپیکر‌‌بندی فیزیکی و مجازی که بتواند آگاهی موقعیتی (situational awareness) کامل هواگرد را حتی با از دست رفتن 50 درصد از گره‌های پردازشگر حفظ کند، مورد بررسی قرار دهد. طبق قرارداد خروجی این فاز از پروژه با حمایت مالی حدود 200 هزار دلار، دستیابی به سطح چهارم از سطوح آمادگی فناوری ([3]TRL) بود. در پایان این فاز از پروژه، شرکت فیزیکال اپتیکز با ساخت یک سخت‌افزار ماژولار آزمایشگاهی نشان‌داد که طراحی آن‌ها می‌تواند حتی با از دست‌ رفتن 80 درصد از گره‌ها نیز عملکرد صحیح خود را ادامه دهد.

در فاز دوم پروژه که اخیرا آغاز شده است، شرکت فیزیکال اپتیکز افزایش قابل توجه قدرت پردازش JARVIS، کاهش SWaP، بهبود استحکام طراحی و ارتقاء توابع ورودی/خروجی را ارزیابی خواهد کرد. در این مرحله یک نمونه از سیستم پردازش ماموریت هواپیما که مورد تایید استانداردهای رویکرد سیستم‌های باز ماژولار (MOSA[4]) و محیط سازگار فضای هوایی آینده (FACE[5]) است، ارائه خواهد شد.

شرکت فیزیکال اپتیکز نمونه اولیه JARVIS را از طریق تولید و توسعه مهندسی (EMD[6]) تا سطح آمادگی فنی هشت تکمیل خواهد کرد. این سطح از فرایند توسعه محصول به این معناست که سیستم واقعی پس از تکمیل، از طریق آزمایش‌های صحت‌سنجی مورد اثبات قرار می‌گیرد. از این‌رو شرکت فیزیکال اپتیکز باید فناوری JARVIS را به گونه‌ای توسعه دهد که مطابق با استاندارد FACE عمل کند و شامل قابلیت‌هایی همچون پیکربندی مجدد نرم‌افزار، قدرت پردازش توزیع شده و پاسخگویی به نیازهای امنیتی سایبری باشد. طبق قرارداد حمایت مالی فاز دوم پروژه حدود 32 میلیون دلار است و در سال 2023 به اتمام خواهد رسید.

سیستم JARVIS

معماری JARVIS مزایای بالقوه‌ای را برای هواپیماهای نظامی بال ثابت و متحرک از جمله هواپیماهای بدون سرنشین (UAV) ارائه می‌کند. دیگر سازمان‌های دولتی مانند ناسا نیز ممکن است از قدرت پردازش بالا و مصرف کم انرژی JARVIS بهره‌مند شوند. همچنین این سیستم برای استفاده در برنامه‌های کاربردی تجاری همچون پلتفرم‌های محاسباتی پیشرفته در هواپیماهای تجاری، عمومی و همچنین هواپیماهای بدون سرنشین غیرنظامی مناسب است.

نیروی دریایی ایالات متحده قصد دارد از سیستم مذکور برای راه‌اندازی 4 نمایشگر با ابعاد 720×1080 پیکسل استفاده کند. بالگرد نظامی AH-1Z اولین پلتفرم برای استفاده از سیستم JARVIS خواهد بود.

 

[1] Joint Avionics Reconfigurable Visual Information System

[2] Small Business Innovation Research

[3] Technology Readiness Level

[4] Modular Open Systems Approach

[5] Future Airborne Capability Environment

[6] Engineering Manufacturing and Development