Wie viel Rechenleistung wird benötigt, um Verkehrs- und Militärflugzeuge fliegen zu lassen?

Ich habe mich immer gefragt, welche Art von Rechenleistung benötigt wird, um moderne Verkehrs- und Militärflugzeuge in der Luft zu halten?

Es gibt viele Systeme eines modernen Verkehrsflugzeugs (z. B. eines Airbus A350), die automatisiert und per Computer gesteuert werden müssten, ein Beispiel, das mir in den Sinn kommt, ist der Autopilot, ein anderes sind die Fluginstrumente.

Ebenso gehe ich davon aus, dass in einem modernen Militärjet (zB F-22 Raptor) viele Systeme (zB Fly-by-Wire) per Computer gesteuert werden müssen.

Welche Art von Rechenleistung wird benötigt, um Verkehrsflugzeuge und Militärjets zu betreiben, und wie verhalten sie sich zueinander, und wie schneidet ihre Rechenleistung im Vergleich zur Rechenleistung moderner kommerzieller CPUs ab? (Könnte meine Intel i7-CPU der 2. Generation mit der geeigneten Hardware, um sie in einen PC zu integrieren, hypothetisch alle automatisierten Systeme in einem modernen Verkehrsflugzeug oder Militärjet steuern können?)

Könnte Ihr einzelner i7-Prozessor (4 Kerne) alle Flugsysteme an Bord eines modernen Flugzeugs ausführen, nein. Genau wie Ihr Auto gibt es Dutzende oder mehr Prozessoren, auf denen hochoptimierter, spezialisierter Code ausgeführt wird. Es gibt keine Möglichkeit, all das auf einem einzigen System auszuführen, auch wenn es erheblich schneller ist als das, was heute in Flugzeugen verwendet wird.
Während der i7 eine Leistung von weniger als 100 GFLOPS hat (wahrscheinlich 70 für einen 4-GHz-i7), hat ein leistungsstarker Videoadapter eine Leistung von 500 GFLOPS. Die Leistung eines Desktop-Computers liegt also nicht wirklich in der CPU, sondern in der GPU (wie uns die Größe der Lüfter verrät).
Ein großer Unterschied besteht darin, dass Ihre durchschnittliche CPU so gebaut ist, dass sie im Durchschnitt alles kann, während die GPU so gebaut ist, dass sie eine Art von Aufgabe sehr gut erledigt. Außerdem muss die CPU die GPU, die Festplatten und andere Geräte steuern
@mins Führen Avioniksysteme genügend Gleitkommaberechnungen durch, dass GFLOPS (Milliarden von Gleitkommaoperationen pro Sekunde) ein geeignetes Maß für die Leistung wäre? Ich sehe durchaus einen Nutzen für Gleitkommazahlen in der Avionik, aber ich sehe auch viele Anwendungen, bei denen Festkomma- oder Integer-Arithmetik sinnvoller erscheint.
@mins Sicher, unterm Strich vergleichen wir Äpfel mit Orangen und OP-Äpfel mit Erdnüssen =)
„ Die CPU muss die GPU, Festplatten und andere Geräte steuern “. Nein, siehe diese gängige Intel-Architektur , all diese Aufgaben übernimmt die sogenannte „Southbridge“ des Chipsatzes.
Selbst in sehr alten Computern verwaltete die CPU die Festplatte nicht; nur die Diskette, auf dem PC, nicht auf dem Mac, und es zeigte sich eine Verzögerung bei der Formatierung auf niedriger Ebene. Alle Massenspeichersysteme haben einen eigenen Controller. Die CPU würde nicht einmal wissen, wie sie die Low-Level-Codierung im physischen Speicher interpretieren soll.

Antworten (3)

Für Verkehrsflugzeuge: Die Rechenleistung wird während der Entwicklung und Zertifizierung des Musters festgelegt. Der A320 wurde in den 1980er Jahren entwickelt und verwendet immer noch Intel 80186- und Motorola 68020-Prozessoren. Ihre i7-CPU könnte alles an Bord eines durchschnittlichen Verkehrsflugzeugs umkreisen.

Aber die Verarbeitungskapazität ist für Verkehrsflugzeuge zweitrangig, Sicherheit und Redundanz stehen im Vordergrund. Jede Prozessorkapazität, die die Aufgabe erledigen kann, ist gut genug und ist nur der Anfang aller Aspekte, die in die Zertifizierung eines Verkehrsflugzeugs einschließlich seiner Systeme einfließen.

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Militärflugzeuge sind insofern anders, als die Anforderungen dringender und die akzeptierten Risiken höher sind. Ja, moderne Fly-by-Wire-Flugzeuge verwenden digitale Systeme, aber als die F-16 zum ersten Mal mit einem Fly-by-Wire-Steuerungssystem herauskam, war es ein vierfach redundantes analoges System mit einer digitalen Verarbeitungsanforderung von null. Diese wurden Anfang der 90er Jahre im Block 40/42-Upgrade auf digitales Fly-by-Wire aufgerüstet , sodass das Fly-by-Wire nach heutigen Maßstäben wieder ziemlich primitive Prozessoren verwendete.

Generell bedeutet die lange Entwicklungs- und Zertifizierungs-/Einsatzbereitschaftszeit von Flugzeugsystemen, dass jedes System an Bord eine Rechenleistung verwendet, die hinter den neuesten Marktspezifikationen zurückbleibt.

Sogar Militärflugzeuge sind nach heutigen Maßstäben ziemlich primitiv, basierend auf dem Fortschritt der Elektroniktechnologie. Ich erinnere mich, als die F-22 1997 auf den Markt kam, hatte LMACO damit geprahlt, dass die beiden Common Integrated Processors (CIP) im Jet die Rechenleistung von damals vier Cray-Supercomputern hatten; Heutzutage ist der durchschnittliche Heim-PC in Bezug auf die Rechenleistung überlegen.
@CarloFelicione ... und oft benutzen wir diesen Heim-PC, um Videos von Kätzchen anzusehen.

Flugcode ist im Allgemeinen nicht auf Effizienz ausgelegt, sondern klar und einfach, sodass eine Neuschreibung der Optimierung etwas CPU-Zeit sparen kann. Wenn Sie nur 1 Prozessor haben, müssen Sie sich keine Gedanken über Redundanz machen, keine Fehler protokollieren oder Daten neu ordnen, da nur eine Sache ausfallen kann, nur E / A benötigt wird, direkt von Sensoren und zu Bedienelementen / Anzeigen. So bleiben Ihnen nur die Kernfunktionen zur Verarbeitung. Dadurch wird die Prozessorlast um mindestens die Hälfte reduziert. Befreien Sie sich von partitionierten Betriebssystemen, TAWS, synthetischem Sehen, Steuerkanal B, gehen Sie davon aus, dass externe Sensoren und Steuerungen niemals ausfallen, und vielleicht, nur vielleicht, könnten Sie (nicht ich) für einige Zeit auf einem einzigen Multi-Core-i7 fliegen.

Wie wird festgestellt, ob ein Prozessor für den Einsatz in großen Zivilflugzeugen geeignet ist? Bitte verweisen Sie mich nicht auf die jeweilige technische Spezifikation, eine kurze Übersicht wäre toll.

Mit einer aktuellen Prozessorleistung wäre Flight Management mehr als möglich. Die mathematischen Operationen in einem automatischen Flugsteuerungssystem sind ziemlich einfach (Matrixmultiplikation, einige Übertragungsfunktionen, einige Filter) für eine CPU heutiger Standards.

Der Trick wäre, ein robustes Betriebssystem (Echtzeit vielleicht) zu haben und die I/O innerhalb des für die Steuerung erforderlichen Zeitfensters zu handhaben.

Diese Antwort geht davon aus, dass GPS- und INS-Daten in einem separaten Gerät verschmolzen werden und Aktuatorbefehle durch Servoaktuatoren gesteuert werden.

Insbesondere in Militärflugzeugen und auch in Verkehrsflugzeugen müssen mehrere Hochfrequenzfilter in die Steuerung aufgenommen werden, um sie von strukturellen Moden zu entkoppeln. Dies bringt mehr Rechenanforderungen mit sich, würde aber vom Prozessor leicht gehandhabt werden, solange die erforderlichen Daten-E/A den Prozessor nicht drosseln.

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