為什么玉兔號內(nèi)存只有256MB？

相對于美國阿波羅11號制導(dǎo)計(jì)算機(jī)的不到4K運(yùn)行內(nèi)存，玉兔號的256M內(nèi)存就已經(jīng)是相當(dāng)大了，然而，如今你想找個小于500M內(nèi)存的手機(jī)，估計(jì)都要穿越回十年前了。

沒錯，出乎你的意料，很多先進(jìn)的航天、航空設(shè)備的處理器在我們看來配置相當(dāng)?shù)牡?，而它們的價格卻高的讓你感到吃驚。例如，好奇號火星車上的RAD750處理器芯片，價格在30-40萬美元左右，而性能在如今看來不到現(xiàn)在普通手機(jī)CPU配置的幾百分之一。

很多人感到不理解，耗資上百億的航天項(xiàng)目，使用配置如此的低處理器能夠完成看似高大上的任務(wù)嗎？要知道，256M內(nèi)存的手機(jī)在如今看來想玩?zhèn)€掃雷的游戲都會卡的。

內(nèi)存越大越好嗎

如今市面上暢銷的應(yīng)用電子產(chǎn)品，內(nèi)存一般都設(shè)計(jì)的很大，主要是為了用戶使用時不會遇到系統(tǒng)卡死的情況。

像手機(jī)、平板、電腦這樣的操作系統(tǒng)，為了更加方便的與人交互，除了設(shè)計(jì)了大量的UI交互界面，還加入了很多動畫、聲音文件，這些文件都比較大。

同時，很多應(yīng)用為了讓自己加載的更快，運(yùn)行的更流暢，因此預(yù)加載了很多數(shù)據(jù)包以及插件，這些都會占用很多的內(nèi)存，這也是目前安卓手機(jī)的通?。菏謾C(jī)越用越卡，內(nèi)存設(shè)計(jì)的必須足夠大。

而不同于應(yīng)用電子領(lǐng)域，在工業(yè)控制領(lǐng)域一個看似很復(fù)雜的設(shè)計(jì)程序，看似動用了十幾萬行、幾百萬行的代碼，但實(shí)際上整個代碼文件很小。

只有涉及到一些微操作系統(tǒng)的程序，如uCOS-II系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)相應(yīng)的系統(tǒng)代碼量可能會大一些。

大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人，操作代碼只有一些選擇性代碼和計(jì)算方法代碼，從而對傳感器傳遞來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并按一定的規(guī)則將指令發(fā)送到相應(yīng)端口，甚至有些不需要繪制圖像、涉及聲音輸出，因此整個程序不需要那么大。

航天工程的處理器為什么配置這么低？

事實(shí)上，航天工程的處理器不僅內(nèi)存小，其運(yùn)行頻率也小得多。

上面提到，阿波羅11號制導(dǎo)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行內(nèi)存不到4K，并且其芯片運(yùn)行速度只有0.43MHz，天宮一號的CPU主頻10Mhz，美國好奇號火星車上的CPU主頻也只有200Mhz。

那么，這些代表人類最先進(jìn)技術(shù)的航天工程，所使用的處理器為什么配置這么低呢？

首先，信號頻率越高，越容易被干擾。宇宙中存在著各種高能射線、帶電粒子，這些射線可以穿透芯片，會對芯片內(nèi)部的晶體管和電容等元?dú)饧斐筛蓴_，甚至導(dǎo)致高低電位翻轉(zhuǎn)，也就是我們俗稱的位翻轉(zhuǎn)。

即便是在我們生活的環(huán)境，我們的電子產(chǎn)品也會受宇宙射線的影響，低概率的出現(xiàn)位翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這時候我們的電腦可能藍(lán)屏，也可能死機(jī)。對于電腦小白來說，解決這個問題最簡單的方法就是長按電源鍵，強(qiáng)制電腦重啟了。

到了太空環(huán)境，太空輻射相當(dāng)?shù)膰?yán)重，同時沒有了大氣層的保護(hù)，芯片受到的影響的概率也就更大，這時候，我們總不能派一個人專門上去將設(shè)備重啟一下吧。

因此，對于航天設(shè)備，系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行是第一位的，為防止宇宙中眾多的射線輻射干擾，一般航天設(shè)備會使用低頻信號，這樣可以有效減少太空輻射干擾產(chǎn)生的位翻轉(zhuǎn)。

當(dāng)然，僅僅降低頻率不能徹底解決這種問題， 為了解決強(qiáng)輻射照射到芯片內(nèi)部的電路，導(dǎo)致芯片內(nèi)部部件物理性質(zhì)發(fā)生改變。航天用的芯片都需要特殊的加固芯片，這是一項(xiàng)技術(shù)含量很高的工作，所以航天級的芯片都是天價。

其次，假如航天設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置太高，那么其芯片功耗就會上升，這既增加了設(shè)備的供電系統(tǒng)負(fù)擔(dān)同時也帶來了系統(tǒng)散熱的問題。由于月球上沒有空氣的，因此不能像在地球上一樣通過風(fēng)扇、散熱片進(jìn)行散熱。

而低配的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以起到降低功耗，從而降低系統(tǒng)發(fā)熱量，進(jìn)而提高系統(tǒng)可靠性。

宇航級芯片更關(guān)注穩(wěn)定性

就宇航級芯片來說，最關(guān)心的莫過于其穩(wěn)定性了，關(guān)系到穩(wěn)定性指標(biāo)的，除了上面提到的、抗輻射能力和功耗大小等方面還有抗高溫/低溫能力、抗干擾能力。

月球由于沒有大氣，那里的溫度取決于太陽的光照，受光面和被光面溫差非常大，白天最高溫度為160℃，而到了夜間最低可達(dá)-180℃。玉兔號為了能在這個溫度范圍下繼續(xù)工作，所用芯片的耐溫閾值必須達(dá)到-180℃到160℃的范圍。

很多人會發(fā)現(xiàn)冬天出門用手機(jī)時會出現(xiàn)手機(jī)卡頓的情況，到了夏天放在車?yán)锏氖謾C(jī)也會出現(xiàn)黑屏等現(xiàn)象。事實(shí)上，手機(jī)所用的芯片在大約-10°C以下或50°C以上就難以正常工作，當(dāng)環(huán)境溫度低于-55℃或高于90℃時，大部分手機(jī)就會保護(hù)性關(guān)機(jī)，零下180度的環(huán)境下想用手機(jī)是不可能的。

月球上沒有空氣，很多元器件在真空環(huán)境會產(chǎn)生真空釋氣，即元器件的表面涂覆會不斷氣化、釋放，從而降低了對元器件的保護(hù)作用。

宇宙級的芯片到底能有多穩(wěn)定？以NASA在1977年發(fā)射的旅行者1號為例，至今它已經(jīng)飛行了221億公里，在太空中遨游了40多年，但是到現(xiàn)在還在往地球發(fā)送獲取的信息。

相對玉兔號的任務(wù)，256M內(nèi)存足夠用

玉兔號探測器是我國發(fā)射的首輛月球探測車，主要是對月球的多個探測點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)探測，執(zhí)行的任務(wù)相對簡單，如利用全景相機(jī)、測月雷達(dá)、紅外成像光譜儀、粒子激發(fā)X射線譜儀采集探測數(shù)據(jù)并傳回地球供科學(xué)家分析。

由此可見，不像我們玩的手機(jī)，玉兔號沒有沒有復(fù)雜的交互以及復(fù)雜的界面設(shè)計(jì)，更不需要在月球上玩游戲、看視頻。所有的命令都是提前設(shè)定好的，絕大多數(shù)情況下只需要其任務(wù)調(diào)度和控制算法就可以了。

另外，由于月球與地球的距離很遠(yuǎn)，因此會有很大的通訊延遲，因此這些設(shè)備對于實(shí)時性的要求也不高。

總結(jié)

綜上所述，256M的內(nèi)存對于玉兔號來說已經(jīng)足夠用了，配置越高反而不利于其執(zhí)行月球任務(wù)。玉兔號需要的不是超高的配置還是穩(wěn)定而準(zhǔn)確的運(yùn)行，一句話：慢可以，但不能出錯。