NASA стоит на пороге масштабной технологической революции перед более масштабными межпланетными миссиями. В партнерстве с компанией Microchip Technology космическое агентство начало масштабные испытания процессора нового поколения. Этот чип призван решить одну из самых больших проблем современного освоения космоса — дефицит вычислительной мощности на борту. Благодаря этой инновации будущие космические корабли смогут самостоятельно анализировать данные и принимать критически важные решения в режиме реального времени, не дожидаясь, пока сигнал преодолеет миллионы километров до Земли и вернется обратно.
Инженеры уверены: этот скачок в производительности изменит подход к изучению глубокого космоса, безопасной посадке на другие планеты и реализации амбициозных пилотируемых миссий на Луну и Марс.
Космическая радиация против современных технологий
Интересный факт: ваш телефон или ноутбук, с которого вы читаете эту новость, оснащен в сотни раз более мощным процессором, чем тот, который стоит в космических аппаратах или марсоходах. Неужели NASA экономит на аппаратных частях? На самом деле, ответ кроется во враждебной космической среде.
Современные миссии часто вынуждены полагаться на очень устаревшие чипы, которые, впрочем, являются крайне надежными, поскольку прошли проверку временем. Например, в марсоходах Perseverance и Curiosity интегрированы модифицированные процессоры RAD750, которые являются радиационно защищенной версией PowerPC 750 — такой чип использовался в компьютерах Apple iMac G3 и ноутбуках iBook G3 в период с 1998 по 2005 год.
Современная коммерческая электроника хоть и мощная, но не способна выдержать бомбардировку высокоэнергетическими частицами, излучаемыми Солнцем и галактическими космическими лучами. Радиация мгновенно повреждает тонкие транзисторы современных процессоров, вызывая сбои, которые заставляют системы переходить в «безопасный режим» и отключать научные приборы. Из-за этих ограничений аппараты являются лишь исполнителями — они собирают данные и отправляют их на Землю, где мощные серверы за них выполняют всю «тяжелую» работу. Новый процессор NASA должен навсегда устранить это «узкое место», которое в инженерии называют bottleneck.
Проект HPSC
Новое устройство является сердцем программы NASA под названием HPSC (High-Performance Spaceflight Computing). Предварительные тесты, проведенные в знаменитой Лаборатории реактивного движения (JPL) в Калифорнии, демонстрируют потрясающие результаты: новый процессор работает почти в 500 раз эффективнее актуальных радиационно стойких аналогов.
Технологически процессор выполнен в формате SoC (System on a Chip — «система на чипе»). Это означает, что вместо набора различных плат центральные процессоры, сетевые коммуникации, память и интерфейсы ввода — вывода объединены в один чрезвычайно компактный блок. По сути, его архитектура во многом повторяет дизайн чипов для обычных планшетов или смартфонов. Однако «космическая» версия получила беспрецедентный уровень защиты от радиации, вибраций и экстремальных перепадов температур.
Основные технические характеристики SoC HPSC
- Архитектура: 64-битный RISC-V SoC с 8 ядрами (два комплекса по 4 ядра SiFive X280). Частота — до 500 МГц.
- Векторные вычисления: поддержка RISC‑V Vector Extension (RVV) с длиной регистра 512 бит и масштабированием до 4096 бит.
- Производительность: более чем в 100 раз эффективнее на ватт, чем нынешние космические процессоры NASA.
- Память: два порта DDR4 с пропускной способностью 51,2 ГБ/с.
- Сеть: встроенный 240 Гбит/с TSN Ethernet-коммутатор с RDMA (RoCEv2), позволяющий создавать космические аппараты с Ethernet-подключением.
- ИИ на борту: оптимизирован для нейронных сетей, CNN, TensorFlow, OpenXLA — то есть может выполнять машинное обучение прямо в космосе.
- Защита: RHBD, многоуровневая отказоустойчивость, Dual‑Core Lockstep, ECC-память, отказоустойчивый системный контроллер.
- Энергоэффективность: более 70 power islands, режимы глубокого сна, Power Dial для тонкого управления энергопотреблением.
Экстремальные краш-тесты в условиях искусственного космоса
Чтобы получить зеленый свет для полетов, чип должен пройти настоящий ад в лабораториях. Команда JPL под руководством Джима Батлера месяцами тестирует процессор в условиях, до мелочей имитирующих глубокий космос.
Оборудование подвергают мощному радиационному облучению, замораживают и нагревают до экстремальных температур, проверяют на устойчивость к колоссальным вибрациям во время запуска и оценивают влияние электромагнитных помех. Особое внимание инженеры уделяют тестированию алгоритмов посадки. Используя высокоточные симуляции на основе данных из предыдущих реальных миссий NASA, ученые проверяют, способен ли чип молниеносно обрабатывать лавину данных, поступающих с посадочных датчиков и радаров.
Искусственный интеллект на борту
Главная цель разработки — обеспечить возможность использования искусственного интеллекта непосредственно в космосе. С такой вычислительной мощностью будущие зонды и роверы смогут в режиме реального времени анализировать рельеф, самостоятельно прокладывать безопасный маршрут, избегать ловушек и мгновенно адаптироваться к непредсказуемым условиям среды, не запрашивая разрешения у земных операторов.
Компания Microchip Technology, которая с 2022 года является главным коммерческим партнером проекта, вложила в разработку и собственные ресурсы. Когда чип получит окончательную сертификацию, он станет «мозгом» нового поколения планетоходов, орбитальных станций, зондов для изучения глубокого космоса и жилых баз для астронавтов. Более того, сверхвысокая надежность этих процессоров неизбежно найдет применение и на Земле — технология способна существенно повысить безопасность систем управления в авиации и современном автомобилестроении.
Ранее мы рассказывали о том, как квантовый процессор Google Willow выполняет вычисления в параллельных Вселенных.
По материалам NASA
