航天任务何时才能用上RISC-V

电子发烧友网报道（文/周凯扬）在RISC-V逐渐开辟的新应用生态中，大家比较熟知的有AIoT、汽车以及HPC等，这对于一个新架构的版图扩张进度来说已经相当惊人了。然而在航天这块，哪怕是Arm或x86也不敢说自己在这个市场得到了广泛应用，反倒是新玩家RISC-V，开始被各国的航天部门看上。

NASA选中的太空任务首选生态系统9月6日，RISC-V的IP巨头SiFive宣布已被NASA选中，为NASA的下一代高性能航天计算（HPSC）处理器提供CPU核心。HPSC将用于未来所有的太空任务中，包括行星探索到月球和火星表面任务等等。HPSC将用到8个SiFive Intelligence X280 RISC-V矢量核，以及四个额外的SiFive RISC-V核。

尽管这额外的四个RISC-V核心具体是什么并未写明，但SiFive表示该配置下的HPSC将提供当下的太空电脑100倍的计算能力。这样的性能提升将为一系列关键太空任务提供新的机遇，比如探测车自动驾驶、视觉处理、太空飞行、太空导航系统、通信和其他应用。

虽说选中了SiFive的RISC-V核心，但真正负责打造这个计算平台的还是Microchip。今年8月，NASA已经将在三年内构架、设计和交付HPSC处理器的任务交给了Microchip，从目前Microchip的产品阵容来看，他们已经有了抗辐射的航天FPGA产品RT PolarFire，Microchip的PolarFire SoC FPGA的处理器子系统用到的也是SiFive的四个U54核心和1个E51核心，所以NASA选择SiFive作为IP供应再合理不过了。至于拿来对比的芯片，应该就是用于毅力号火星车和詹姆斯韦伯太空望远镜的RAD750了，一个2001年推出的PowerPC处理器，最大频率也只有200MHz，最高运行速度也只有2.66 MIPS，被新的HPSC甩开一大截也情有可原了。

NASA的第二次RISC-V尝试其实早在2018年，NASA负责管理哈勃空间望远镜的研究机构戈达德航天中心，就已经开展过RISC-V相关的研究项目。他们当时考虑RISC-V的想法很简单，随着基于IP核的FPGA处理器系统使用率越来越高，RISC-V架构这种开源架构拥有减少数据系统整体成本的潜力。对于NASA的cFE/CFS（飞行器核心飞行处理器系统）软件来说，其本身就有开源相关的合作，RISC-V作为开源架构可以与其完美契合。将cFE/CFS移植到RISC-V架构上将显著减少开发周期和时间，也方便在未来的飞行任务中用到RISC-V架构的处理器方案。使用RISC-V架构和其开源工具将消除高昂的IP费用，也不再局限于单一供应商。不过可惜的是，该项目似乎在2019年就终止了，停留在了应用研究阶段，RISC-V也没能真正用于NASA的飞行器数据系统上。毕竟在2018年到2019年那个时期，RISC-V的开发生态和IP生态还不如如今这么完善，而现在IP厂商和FPGA厂商都已经加入RISC-V的生态合作中来，RISC-V被NASA重新选中也是必然的。

RISC-V开始在航天芯片上攻城略地其实在宇航芯片领域不少芯片都是基于SPARC这一架构的，尤其是欧洲宇航局采用的LEON处理器IP。不过这已经是过去的事了，欧洲宇航局目前转向了RISC-V，RISC-V也已经上天过一次了。今年升空的TRISAT-R卫星，其星载计算机NANOhpm就集成了NOEL-V处理器IP，这是Cobham Gaisler最新的RISC-V IP，也是他们上一代SPARCv8产品LEON5的继任者。NOEL-V采用了双发射8级流水线的设计，在复杂操作系统上运行的性能可以对标Arm的Cortex A53，适合集成在FPGA和ASIC中。为了用于航空任务，该处理器核心推出了一个高容错的版本，让片上内存免受辐射效应的影响，因为辐射产生的错误可以在不影响软件实时工作的同时被即时处理。国内著名的宇航芯片公司欧比特的不少宇航电子SoC也都是基于SPARCv8的，在性能、可靠性上都已经达到了国际领先的水准。不过从欧比特推出的新产品玉龙810人工智能芯片来看，他们可能会选择转向Arm这个方向。

写在最后随着NASA和欧洲航天局纷纷选择了RISC-V，剩下的航天强国中似乎就差俄罗斯和中国没有开始采取行动了。其实不然，香港航天科技早在2021年就宣布与上海微系统所达成合作，拟共同完成国内首个宇航级RISC-V高可靠性半导体的空间验证和卫星在轨测试。再者，中国的RISC-V生态已经是全球数一数二的了，照这个趋势发展下去，国内未来的航天任务用上RISC-V应该也是迟早的事。