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最近美國(guó)航天局NASA表示將選定下一代的太空微處理用來(lái)替代現(xiàn)有的基于PowerPC的處理器。老款的處理器已經(jīng)被用于從好奇號(hào)和毅力號(hào)火星漫游車(chē)到新的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡等航天器的應(yīng)用。

不久前Microchip已經(jīng)和NASA簽署了一份價(jià)值5000萬(wàn)美元的合同，以制造完整的高性能太空計(jì)算機(jī)（HPSC）。該芯片是為備受矚目的任務(wù)而設(shè)計(jì)的，包括用于行星探索的航天器以及未來(lái)前往月球和火星的載人任務(wù)。Microchip表示，這項(xiàng)工作將需要三年時(shí)間才能完成。

近日RISC-V IP提供商SiFive也表示NASA也已經(jīng)選擇它為該機(jī)構(gòu)的下一個(gè)高性能太空處理器提供核心，這對(duì)新興指令集來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的勝利。

媒體分析Microchip的太空處理器IP或許就是采用SiFive 的核心。

太空處理器的核心將是一個(gè)八核SiFive X280 RISC-V矢量?jī)?yōu)化CPU，加上四個(gè)通用RISC-V CPU內(nèi)核，使其性能比其前身提高了100倍。

SiFive表示，性能的巨大飛躍將有助于為從航天和制導(dǎo)系統(tǒng)到自主漫游車(chē)，視覺(jué)處理和通信的所有事物帶來(lái)新的可能性。

NASA的舉動(dòng)也標(biāo)志著RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)里程碑。HPSC被設(shè)計(jì)用于幾乎所有未來(lái)的NASA任務(wù)，從行星探測(cè)到月球和火星表面任務(wù)。

低風(fēng)險(xiǎn)使用RISC-V

雖然RISC-V是一種開(kāi)放式指令集架構(gòu)（ISA），但SiFive正在通過(guò)設(shè)計(jì)RISC-V CPU內(nèi)核并將其提供給其他公司來(lái)建立業(yè)務(wù)，這些公司將它們與片上系統(tǒng)（SoC）中的其他IP相結(jié)合。

RISC-V是一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，受到全球許多公司的支持。它與Arm和英特爾的x86等封閉的專(zhuān)有架構(gòu)形成鮮明對(duì)比，受制于一家公司的異想天開(kāi)，SiFive業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級(jí)副總裁Jack Kang說(shuō)。

雖然RISC-V技術(shù)正變得越來(lái)越普遍，但它仍然是塊上的新架構(gòu)。但這就是為什么SiFive認(rèn)為它非常適合一個(gè)將在NASA使用數(shù)十年的平臺(tái)的部分原因。

但在Jack Kang看來(lái)，RISC-V架構(gòu)是美國(guó)宇航局的安全選擇。盡管RISC-V周?chē)纳鷳B(tài)系統(tǒng)仍處于增長(zhǎng)的早期階段，但它正在迅速擴(kuò)張。

由于美國(guó)宇航局計(jì)劃使用新款太空級(jí)處理器數(shù)十年，“選擇一種具有長(zhǎng)期支持和增長(zhǎng)的架構(gòu)至關(guān)重要?！?他指出?！皬默F(xiàn)在起5年、10年、15年后，哪種架構(gòu)將擁有最多的工程師、程序員和生態(tài)系統(tǒng)？以前的太空計(jì)算機(jī)是基于20年前開(kāi)發(fā)的專(zhuān)有PowerPC，看看這個(gè)架構(gòu)現(xiàn)在在哪里。"

“RISC-V是一種類(lèi)似于Arm的簡(jiǎn)化指令集計(jì)算機(jī)（RISC）架構(gòu)，也正在美國(guó)大學(xué)中站穩(wěn)腳跟，為國(guó)家提供了一個(gè)不斷增長(zhǎng)的人才基礎(chǔ)，他們將知道如何使用它，當(dāng)你從這個(gè)角度來(lái)看事情時(shí)，RISC-V ISA的選擇就成為明顯的贏家。”Kang表示。

RISC-V的開(kāi)放性意味著從半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者到研究人員，每個(gè)人都可以自由地為此做出貢獻(xiàn)。Kang說(shuō)：“RISC-V的開(kāi)放性也帶來(lái)了一個(gè)非常大的軟件開(kāi)發(fā)人員群體，開(kāi)源社區(qū)和商業(yè)供應(yīng)商的生態(tài)系統(tǒng)。他們現(xiàn)在都有機(jī)會(huì)編寫(xiě)將在這些程序中使用的軟件?，F(xiàn)在，你的代碼，如果是最好的，將在太空中使用。

宇航級(jí)說(shuō)明

RISC-V（在軟件世界中經(jīng)常與Linux進(jìn)行比較）已經(jīng)牢固地確立了自己作為三大ISA之一的地位。近年來(lái)，該架構(gòu)已獲得數(shù)億美元的投資，這在很大程度上是由于其開(kāi)源和免費(fèi)使用的性質(zhì)。RISC-V的強(qiáng)大之處在于，您可以添加行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和第三方擴(kuò)展來(lái)擴(kuò)充 CPU 內(nèi)核，而不受 Arm 和x86 的所有限制。

X280 基于 64 位RISC-V 指令集構(gòu)建。SiFive 通過(guò)添加矢量擴(kuò)展來(lái)調(diào)整 RISC-V CPU 內(nèi)核，從而為數(shù)字信號(hào)處理 （DSP） 和人工智能 （AI） 工作提供動(dòng)力。

對(duì)于與太空相關(guān)的工作負(fù)載，SiFive表示，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的CPU內(nèi)核相比，X280的性能提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

作為5000萬(wàn)美元交易的一部分，Microchip將成為將RISC-V CPU內(nèi)核安排到空間級(jí)SoC中，外圍則采用并用NASA所需的內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和接口。

除了速度改進(jìn)之外，太空處理器還將提供更好的電源效率，這要?dú)w功于其在不使用時(shí)關(guān)閉SoC各個(gè)部分的能力。

HPSC也被設(shè)計(jì)為處理太空飛行的危險(xiǎn)。衛(wèi)星和其他太空系統(tǒng)中的芯片必須能夠承受發(fā)射時(shí)可能造成損壞的劇烈振動(dòng)和沖擊。

此外，電子設(shè)備在軌道上和太空中都面臨著重大的熱管理挑戰(zhàn)。必須保護(hù)它們免受影響它們?cè)谔罩写婊疃嚅L(zhǎng)時(shí)間的寬溫度波動(dòng)的影響。

為了長(zhǎng)期保持芯片的可靠性和性能，空間芯片通常需要進(jìn)行輻射加固。輻射造成的損壞可能會(huì)導(dǎo)致處理器在太空中運(yùn)行的災(zāi)難性故障。

在這些條件下，現(xiàn)成的處理器不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重故障。因此，關(guān)注容錯(cuò)、輻射強(qiáng)化和高可靠性是微芯片的另一個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)。

Microchip多年來(lái)一直提供太空級(jí)芯片，從抗輻射MCU和FPGA到衛(wèi)星的存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)芯片。