百倍性能！NASA研发新一代航天芯片

HPSC目标是打造一款SoC，其计算性能将达到现有航天级处理器的100倍。

美国国家航空航天局（NASA）近日宣布，已与Microchip达成合作，共同研发可为航天器提供算力支撑的新一代芯片。该项目名为高性能航天计算项目（HPSC），目标是打造一款SoC，其计算性能将达到现有航天级处理器的100倍。

航天局表示，这款芯片将推出两个版本：抗辐射加固版适用于地球同步轨道、深空探测及长周期任务；辐射耐受版面向近地轨道卫星场景。前者主要服务月球、火星及更远深空探测任务，后者则专为商业航天应用量身打造。

这款SoC将计算与网络通信功能集成在单颗芯片内，能够降低成本与系统复杂度，同时提升能效表现。更重要的是，它采用可扩展架构，地面操控方可在需要节能时关闭冗余功能模块。NASA过往已有为节省能耗、远程关闭深空航天器载荷设备的先例：有着近50年服役历史、2012年飞出太阳系的旅行者1号，就曾因机载电量异常下降，被执行过设备关停节电操作。

该芯片还支持通过先进以太网多片互联扩展算力，可为NASA航天器提供超强计算能力，甚至实现一定程度自主决策，例如自主设定火星漫游车行进速度、独立分析拍摄影像等。毅力号火星车就曾采用类似思路，将NASA火星地表卫星数据、全景相机影像与高通骁龙801芯片结合，把实地拍摄画面与太空遥感数据比对，实现高精度自主定位。

值得一提的是，NASA预计该项目衍生技术同样可落地地球民用领域。航天局表示，潜在应用场景包括无人机、能源电网、医疗设备、通信服务、人工智能及数据传输等。航天技术转民用早已不是首例。美国国家航空航天局喷气推进实验室称，如今诸多日常使用的技术最初都源于太空探索研发，包括拍照手机、CT扫描、LED光源、净水系统、无线耳机、记忆棉等。

一直以来，半导体行业技术进步主要由苹果、英伟达等芯片厂商以及台积电等晶圆厂推动。此次合作将让NASA与Microchip走出专属技术自研路线，双方不再单纯追求极限算力，而是重点攻坚可靠性、能效、可扩展性与安全性四大核心指标。

太空环境给计算带来哪些挑战？

太空环境中的辐射会对电子元器件造成长期损伤，并引发运算错误、干扰计算工作。脱离地球轨道的深空任务，对地通信存在信号时延，因此对星载计算资源的需求极高。

通信时延问题，要求众多太空任务必须在轨自主、实时运行，无法依赖地面测控中心协助。这类在轨任务需要在太空环境中承载各类计算负载，包括高级自主控制、人工智能与机器学习、图像与信号处理、数据流管理、目标检测与分类等。

随着航天任务周期越来越长、复杂度不断提升，所有这些应用场景都亟需星载计算技术实现升级迭代。美国国家航空航天局的行星十年勘测计划，为美国太空探索制定了十年发展路线，并明确指出：未来任务所需的强大算力与自主运行能力，是传统老旧航天处理器无法满足的。在NASA STMD旗下变革性开发计划（GCD） 的支持下，高性能航天计算项目应运而生，补齐了这一需求缺口。

HPSC具备哪些能力？

HPSC研发的新一代SoC，计算性能达到现有航天处理器的百倍以上，具备可扩展向量计算能力，可实现高性能AI数据流处理，能够满足未来先进航天系统在科学探测与自主运行方面的核心需求。

电力是太空任务的核心稀缺资源，因此HPSC在功耗与算力配置上采用自适应设计。凭借这一灵活特性，系统可对功能模块进行精细化动态管控：闲置模块可直接关闭或切入低功耗模式。这种功耗与性能可灵活调配的特性，让HPSC能够适配不同供电需求的各类任务；尤其适合任务不同阶段功耗预算、算力需求差异极大的深空探测项目。

该芯片专为恶劣太空环境设计，内置多重防护机制，可在极端太空条件下稳定输出可靠运算结果。可保障各类关键任务顺利执行，例如地外天体机器人着陆与飞行、深空航天员任务保障、外太阳系小天体附近探测作业等。集成故障容错与纠错机制，即便身处辐射强、温差大、易损伤电子器件的严苛太空环境，仍能保障设备稳定运行。

HPSC可承载航天器各类仪器与传感器产生的海量数据，实时完成复杂运算与数据分析工作。依托先进以太网网络技术，HPSC可对接各类传感器与外部设备；同时支持多颗HPSC芯片组网互联，搭建功能更强、规模更大的算力系统。

HPSC核心采用行业通用开源指令集架构，内置完备的故障容错、抗辐射、全链路安全套件，以及整套配套运行软件；同时兼容丰富功能模块、行业标准接口与通信协议。

*声明：本文系原作者创作。文章内容系其个人观点，我方转载仅为分享与讨论，不代表我方赞成或认同，如有异议，请联系后台。