AI处理器必将成为宇航级处理器突破的下一个关键点

电子发烧友网报道(文/周凯扬)今年年内，各个国家和地区在航天航空上动作频频，不少十数年前提出的计划都开始了发射和部署工作。比如中国的天宫空间站和美国的詹姆斯·韦伯太空望远镜等。在这轮备战行动中，宇航级处理器再度成为了人们关注的重点之一。

太空中的AI

如今的航天航空应用已经不单单是在太空环境下做科学实验了，不少应用都需要用到AI的助力，比如火星车的移动。与地面环境不同，这些AI应用可不方便接入云端，只能依赖本地运算。如此一来，在太空中进行AI计算就成了宇航级处理器的一大挑战。欧比特深耕宇航电子近二十年，已是我国高端宇航SPARC V8处理器SoC的头部企业，也是立体封装SIP宇航模块/系统的开拓者，如今也开始在AI处理器上进行突破。

玉龙810A是欧比特公司推出的新一代嵌入式人工智能系列处理器芯片，聚焦于前端图像处理、前端信号处理和智能控制，具有深度学习、神经网络算法的平台加速能力。玉龙810A芯片采用了异构多核架构(CPU+AI加速器)和22nm FD-SOI生产工艺，具有高性能、高可靠、低功耗的特点，芯片面向航空航天、智能安防、机器人、AIoT、智能制造、智慧交通等应用场景，Yulong810A-FMS就是该芯片的宇航级版本。

玉龙810A芯片内部由主处理器单元、AI协处理器单元、图像处理单元、片内总线、外设接口单元、片内存储等组成。其主处理器单元采用了4核ARM A9的设计，AI协处理器包含GPU单元和NNA单元。芯片外设接口包括：MIPI、BT1120、以太网、USB OTG、Camera Link、Rapid IO、PCIE等，足以满足航天航空应用中与不同设备之间的连接。 玉龙810A浮点处理能力为64GFLOPS，定点处理能力为12TOPS。在这样的算力下，其典型功耗不到6W。由于支持OPENCLOPENVX等标准软件接口，玉龙810A也能够实现与TensorFlow，Caffe等主流深度学习软件框架的无缝对接。

RISC-V的崛起

除了传统的SPARC V8以外，另一个RISC框架也开始在宇航应用中崭露头角，那就是RISC-V。近日，欧洲航天局宣布授予CAES合约，由这家美国公司来开发太空应用的SoC，GR7xV处理器。该处理器采用了RISC-V架构和容错抗辐射的设计，集成了16个核心，用于替代传统的SPARC V8框架。据CAES称，GR7xV将被用于太空控制、负载数据管理和处理系统中，广泛适用于观测、通信、导航和科考应用。

CAES Gaisler的LEON系列处理器已经在太空应用中得到了数十年的验证，如今全新的NOEL系列将成为首度用于宇航应用的RISC-V处理器。GR7xV系列采用了NOEL-V的RISC-V IP。不过鉴于该处理器尚在开发中，前段时间CAES才在意法半导体的28nm GEO P2平台上开发出了NOEL-V的容错设计，开发完成后还需要通过QML-V/QML-Q之类的抗辐射认证，所以RISC-V真正上天估计还要等上一段时间。

老朋友FPGA

今年12月25日，“鸽”了近14年的詹姆斯·韦伯空间望远镜终于成功发射升空了，作为哈勃空间望远镜的替代者，虽然质量只有后者的一半，却是人类史上最庞大也最复杂的太空望远镜，利用红外波段探测深空。在多年的推迟之下，其预算也逐渐扩大至100亿美元以上。

我们都知道，目前航天航空和军事应用中FPGA拥有极高的出现频率，詹姆斯·韦伯空间望远镜也不例外。据Microchip发布的消息，詹姆斯·韦伯空间望远镜用到了Microchip的RT-RTAX和RTSX-SU两款FPGA。

RTSX-SU具备230MHz的系统性能(内部频率310MHz)，以及非常低的功耗(待机下的最高电流只有68mW)。该FPGA具备32k至72k个ASIC门(48k到108k个系统门)，以及最多360个用户可编程的I/O，足以应对一般的太空应用。而RTAX-S/SL的规模要更大一些，具备30k到500k个ASIC门(250k到400万个系统门)，用户可编程I/O也增加至840个。

我国的空间望远镜也已经提上了日程，与中国空间站共轨飞行的“巡天号”光学舱预定于2024年发射，该光学舱可以观测到比哈勃望远镜远300倍以上的深空。

小结

可以看出，像詹姆斯·韦伯空间望远镜这类的宇航级应用，其实并不需要最先进的制程，也不需要强大的算力。宇航级应用最关键的还是容错设计、抗辐射、低功耗和长使用寿命，比如为了进一步延长其寿命，天宫空间站和詹姆斯·韦伯空间望远镜都选择运行在近地轨道上，如此一来维修和替换部件更加方面。

不过我们已经看到了AI在太空中具备的强大优势，尤其是在远超近地轨道的太空中，AI处理器必将成为宇航级处理器突破的下一个关键点。至于抗辐射能力方面，则还是需要创新的材料和封装技术支持。

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原文标题：下一轮太空备战，宇航级处理器

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