NASA стоїть на порозі масштабної технологічної революції перед більш масштабними міжпланетними місіями. У партнерстві з компанією Microchip Technology космічна агенція розпочала масштабні випробування процесора нового покоління. Цей чіп покликаний розв’язати одну з найбільших проблем сучасного освоєння космосу — дефіцит обчислювальної потужності на борту. Завдяки цій інновації майбутні космічні кораблі зможуть самостійно аналізувати дані та приймати критично важливі рішення в режимі реального часу, не чекаючи, поки сигнал подолає мільйони кілометрів до Землі та повернеться назад.
Інженери впевнені: цей стрибок у продуктивності змінить підхід до вивчення глибокого космосу, безпечної посадки на інші планети та реалізації амбітних пілотованих місій на Місяць і Марс.
Космічна радіація проти сучасних технологій
Цікавий факт: ваш телефон чи ноутбук, з якого ви читаєте цю новину, оснащений в сотні разів потужнішим процесором, ніж той, який стоїть у космічних апаратах чи марсоходах. Невже NASA економить на апаратних частинах? Насправді відповідь криється у ворожому космічному середовищі.
Сучасні місії часто змушені спиратися на дуже застарілі чіпи, які, втім, є вкрай надійними, бо пройшли перевірку часом. Наприклад, у марсоходах Perseverance та Curiosity інтегровані модифіковані процесори RAD750, які є радіаційно захищеною версією PowerPC 750 — такий чип використовувався в комп’ютерах Apple iMac G3 та ноутбуках iBook G3 в період з 1998 по 2005 років.
Сучасна комерційна електроніка хоч і потужна, але не здатна витримати бомбардування високоенергетичними частинками, що випромінюються Сонцем та галактичними космічними променями. Радіація миттєво пошкоджує тонкі транзистори сучасних процесорів, викликаючи збої, які змушують системи переходити в «безпечний режим» і вимикати наукові прилади. Через ці обмеження апарати є лише виконавцями — вони збирають дані й відправляють їх на Землю, де потужні сервери за них виконують усю «важку» роботу. Новий процесор NASA має назавжди усунути це «вузьке місце», яке в інженерії називають bottleneck.
Проєкт HPSC
Новий пристрій є серцем програми NASA під назвою HPSC (High-Performance Spaceflight Computing). Попередні тести, проведені в славнозвісній Лабораторії реактивного руху (JPL) у Каліфорнії, демонструють приголомшливі результати: новий процесор працює майже у 500 разів ефективніше за актуальні радіаційно стійкі аналоги.
Технологічно процесор виконаний у форматі SoC (System on a Chip — «система на чипі»). Це означає, що замість набору різних плат, центральні процесори, мережеві комунікації, пам’ять та інтерфейси вводу — виводу об’єднані в один надзвичайно компактний блок. По суті, його архітектура багато в чому повторює дизайн чипів для звичайних планшетів чи смартфонів. Проте «космічна» версія отримала безпрецедентний рівень захисту від радіації, вібрацій та екстремальних перепадів температур.
Основні технічні характеристики Soc HPSC
- Архітектура: 64‑бітний RISC‑V SoC з 8 ядрами (два комплекси по 4 ядра SiFive X280). Частота — до 500 Мгц.
- Векторні обчислення: підтримка RISC‑V Vector Extension (RVV) з довжиною регістра 512 біт і масштабуванням до 4096 біт.
- Продуктивність: понад 100× ефективніше за ват, ніж нинішні космічні процесори NASA.
- Пам’ять: два DDR4 порти з пропускною здатністю 51,2 GB/s.
- Мережа: вбудований 240Gbps TSN Ethernet switch з RDMA (RoCEv2), що дозволяє створювати Ethernet‑підключені космічні апарати.
- AI на борту: оптимізований для нейронних мереж, CNN, TensorFlow, OpenXLA — тобто може виконувати машинне навчання прямо в космосі.
- Захист: RHBD, багаторівнева відмовостійкість, Dual‑Core Lockstep, ECC пам’ять, fault‑tolerant System Controller.
- Енергоефективність: понад 70 power islands, режими глибокого сну, Power Dial для тонкого керування споживанням.
Порівняння із сучасними смартфонами
Екстремальні краш-тести в умовах штучного космосу
Щоб отримати зелене світло для польотів, чип повинен пройти справжнє пекло в лабораторіях. Команда JPL під керівництвом Джима Батлера місяцями тестує процесор в умовах, що до дрібниць імітують глибокий космос.
Обладнання піддають потужному радіаційному опроміненню, заморожують і нагрівають до екстремальних температур, перевіряють на стійкість до колосальних вібрацій під час запуску та оцінюють вплив електромагнітних перешкод. Особливу увагу інженери приділяють тестуванню алгоритмів посадки. Використовуючи високоточні симуляції на основі даних з попередніх реальних місій NASA, вчені перевіряють, чи здатний чіп блискавично опрацьовувати лавину даних, що надходить із посадкових сенсорів та радарів.
Штучний інтелект на борту
Головна мета розробки — забезпечити можливість використання штучного інтелекту безпосередньо в космосі. З такою обчислювальною міццю майбутні зонди та ровери зможуть в режимі реального часу аналізувати рельєф, самостійно прокладати безпечний маршрут, уникати пасток та миттєво адаптуватися до непередбачуваних умов середовища, не запитуючи дозволу в земних операторів.
Компанія Microchip Technology, яка з 2022 року є головним комерційним партнером проєкту, вклала у розробку і власні ресурси. Коли чіп отримає остаточну сертифікацію, він стане «мозком» нового покоління планетоходів, орбітальних станцій, зондів для вивчення глибокого космосу та житлових баз для астронавтів. Навіть більше, надвисока надійність цих процесорів неминуче знайде застосування й на Землі — технологія здатна суттєво підвищити безпеку систем управління в авіації та сучасному автомобілебудуванні.
Раніше ми розповідали про те, як квантовий процесор Google Willow виконує обчислення у паралельних Всесвітах.
За матеріалами NASA
