RISC-V CPU 为 NASA 的下一代航天计算机提供动力

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二十多年后，航天局与 PowerPC 的恋情似乎走到了尽头

芯片设计师 SiFive 周二表示，其兼容 RISC-V 的 CPU 内核将为 NASA 刚刚宣布的高性能航天计算机 (HPSC) 提供动力。

该计算机系统将成为未来载人和无人任务的支柱，包括月球和火星任务。其微处理器将根据与 SiFive 和 Microchip签订的为期三年、价值 5000 万美元的合同进行开发，后者是片上系统设计商和 PIC 微控制器系列的大本营。

HPSC 的处理器取代了老化的基于 PowerPC 的 BAE RAD750，后者于 20 多年前推出，并已在无数航天器中飞行，包括好奇号和毅力号漫游车以及詹姆斯韦伯太空望远镜。

“NASA 使用的最后一个芯片持续了数十年，”SiFive 业务发展高级副总裁 Jack Kang 告诉The Register。“该芯片将在未来几十年内使用。”

SiFive 声称，它与 Microchip 一起设计的 12 核处理器将比其前身提供 100 倍的性能提升，同时由于它能够在不使用时关闭芯片的各个部分，从而提供卓越的能效。康说，这种性能对于在地球大气层和轨道之外实现新一代自主漫游车、视觉处理、航天、制导和通信应用非常重要。

“很多这些东西真的很适合向量，”他说，指的是向量数学。

说到这一点，除了四个通用 RISC-V CPU 内核外，HPSC 处理器还将配备八个 SiFive 的 AI/ML 优化的 X280 矢量处理内核。

X280是具有高级矢量数学扩展的 RISC-V CPU 内核。顾名思义，它扩展了标准的 RISC-V 指令集架构 (ISA)，这意味着它可以运行应用程序代码以及指令，以通过在硬件中进行向量处理来加快处理速度。

SiFive 声称，这些矢量扩展使芯片设计人员能够实现比标准 RISC-V 矢量指令高六倍的性能，同时保持平台的低功耗包络。

然而，除了纯粹的性能之外，用于外太空的芯片还必须应对恶劣的工作条件。

“如果你看看这些进入太空和这些环境的芯片，他们需要做很多事情，”康说。“其中一些来自建筑；其中一些来自芯片设计本身；其中一些来自这个过程。”

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他说，在架构上，SiFive 的设计得益于该公司为汽车应用开发芯片的工作。“在高可靠性、容错性、功能安全性方面，汽车具有非常相似的类型要求，”Kang 说。

近年来，RISC-V 获得了相当多的关注和数亿美元的投资，部分归功于其 ISA 的开放、免费和轻量级的特性。基础架构作为经典的 RISC 设计，不到 50 条指令，可在其上添加官方和第三方扩展，为 CPU 内核带来更多指令，以满足其运行需求。

例如，如果不想要浮点数学加速，可以坚持使用整数基数和扩展。但是，如果想要 FPU、支持原子指令和其他功能，可以自由地在 CPU 内核中实现这些定义的扩展。

NASA 和 Microchip 选择 RISC-V 设计的决定不仅仅与开放且免版税的 ISA 的新颖性有关。根据 Kang 的说法，RISC-V 架构是最有可能在 10 年、15 年甚至 20 年后拥有大量开发人员基础的架构之一，因此将是 NASA 的一个安全赌注。
“如果你看看当前的 PowerPC 芯片——我们已经使用了几十年——现在有多少 PowerPC 程序员，”他说。

虽然我们现在知道 NASA 的 HPSC 处理器背后的底层 CPU 架构，但我们必须拭目以待，看看该设计最终将如何实现，例如将使用什么辐射硬化以及航天半导体所需的任何其他特殊处理。

这可能是 NASA 选择 Microchip 开发 HPSC 处理器的原因之一：Microchip 宣传了几种抗辐射芯片。因此，SiFive 提供 CPU IP，而 Microchip 将内核布置在具有必要支持电路的合适的可在太空生存的裸片上——以及太空中的 RISC-V。

“这种尖端的太空飞行处理器将对我们未来的太空任务甚至地球上的技术产生巨大影响，”美国宇航局太空技术任务指令技术成熟度主管 Niki Werkheiser 在一份声明中说。

“这项努力将扩大现有的航天器能力并启用新的能力，最终几乎可以被所有未来的太空任务使用，所有这些都受益于更强大的飞行计算。” ®

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