Stort sprang i modernisering av romfartselektronikk

Verden har endret seg dramatisk i løpet av de to tiårene som har gått siden debuten av det som den gang ble ansett som en banebrytende romkvalifisert prosessor, brukt i NASA-oppdrag som det kometjagende romfartøyet Deep Impact og Mars-roveren Curiosity. En rapport utgitt av World Economic Forum anslo at romfartsmaskinvare- og romserviceindustrien er satt til å vokse med en CAGR på 7 % fra 344 milliarder dollar i 2023 til 755 milliarder dollar innen 2035.

RISC-V basert

Det er på denne bakgrunn at Microchip Technology nylig har lansert de første komponentene i sin planlagte familie av PIC64 High-Performance Spaceflight Computing (PIC64-HPSC) mikroprosessorer (MPUer). I motsetning til tidligere prosesseringsløsninger for romfart, integrerer de strålings- og feiltolerante PIC64-HPSC MPUene, som Microchip leverer til NASA og den bredere forsvars- og kommersielle romfartsindustrien, bredt anvendte RISC-V CPUer utvidet med vektorprosesseringsinstruksjoner for å støtte applikasjoner for kunstig intelligens/maskinlæring (AI/ML).

– Gigantisk sprang

MPUene har også en rekke funksjoner og industristandard grensesnitt og protokoller som ifølge selskapet ikke tidligere var tilgjengelige for romapplikasjoner. Et voksende økosystem av partnere blir satt sammen for å fremskynde utviklingen av integrerte løsninger på systemnivå. Dette økosystemet omfatter ettkorts datamaskiner (SBCer), romkvalifiserte komponenter og et nettverk av partnere innen åpen kildekode og kommersiell programvare.

– Dette er et gigantisk sprang fremover i utvikling og modernisering av romfartelektronikk og økosystemet rundt nyttelastteknologi, uttaler Maher Fahmi, konserndirektør i Microchip Technologys forretningsenhet for kommunikasjon.

Strålingsherdet/strålingstolerant

Den strålingsherdede (RH) PIC64-HPSC RH er designet for å gi autonome ekspedisjoner den lokale prosessorkraften for å utføre sanntidsoppgaver, slik som å unngå fare for roveren på månens overflate, samtidig som den muliggjør langvarige oppdrag innen romfart, f.eks. Mars-ekspedisjoner som krever ekstremt lavt strømforbruk samtidig som de tåler tøffe romforhold. Med tanke på den kommersielle romsektoren er den strålingstolerante (RT) PIC64-HPSC RT designet for å møte behovene til konstellasjoner med lav jordbane (LEO) der systemleverandører må prioritere lave kostnader fremfor lang levetid, samtidig som de gir den høye feiltoleransen som er avgjørende for pålitelighet døgnet rundt samt cybersikkerhet for romressurser.

Nye funksjoner

PIC64-HPSC MPU-er tilbyr en rekke funksjoner, hvorav mange ikke tidligere var tilgjengelige for dataprosessering i rommet, inkludert:

• Romkvalifisert 64-bit MPU-arkitektur: Inkluderer åtte SiFive RISC-V X280 64-bit CPU-kjerner som støtter virtualisering og sanntidsdrift, med vektorutvidelser som kan levere opptil 2 TOPS (int8) eller 1 TFLOPS (bfloat16) av vektorytelse for implementering av AI/ML-prosessering for autonome oppdrag.
• Høyhastighets nettverks-tilkobling: Inkluderer en 240 Gbps Time Sensitive Networking (TSN) Ethernet-svitsj for 10 GbE-tilkobling. Støtter også skalerbare og utvidbare PCIe Gen 3 og Compute Express Link (CXL) 2.0 med x4- eller x8-konfigurasjoner og inkluderer RMAP-kompatible SpaceWire-porter med interne rutere.
• Dataoverføringer med lav latens (forsinkelse): Inkluderer Remote Direct Memory Access (RDMA) over Converged Ethernet (RoCEv2) maskinvareakseleratorer for å ivareta dataoverføringer med lav latens fra eksterne sensorer uten å belaste dataytelsen, noe som maksimerer beregningsevnen ved å bringe data nærmere CPUen.
• Forsvarssikkerhet på plattformnivå: Implementerer dyptgående forsvarssikkerhet med støtte for post-kvantekryptografi og funksjoner mot sabotasje.
• Høye feiltoleranseegenskaper: Støtter Dual-Core Lockstep (DCLS)- drift, WorldGuard-maskinvarearkitektur for ende-til-ende-partisjonering og isolasjon, og en innebygd systemkontroller for feilovervåking og -håndtering.
• Fleksibel kraftjustering: Inkluderer dynamisk styring for å balansere prosesseringskravene som kreves av de mange fasene av romoppdrag med skreddersydd aktivering av funksjoner og grensesnitt.

Erstatter utdaterte løsninger

– Microchips PIC64-HPSC-familie erstatter de spesialbygde, foreldelsesutsatte løsningene fra fortiden med en høyytelses og skalerbar romkvalifisert dataprosesseringsplattform støttet av selskapets livlige og voksende utviklingsøkosystem, kommenterer Kevin Kinsella, arkitekt - System Security Engineering hos Northrop Grumman.

Valgt av NASA

I 2022 valgte NASA Microchip til å utvikle en høyytelses romfartsdataprosessor som kunne gi minst 100 ganger beregningskapasiteten til nåværende romfartsdatamaskiner. Denne nøkkelfunksjonen vil fremme fremtidige romoppdrag, fra planetarisk utforskning til Måne- og Mars-overflateoppdrag. PIC64-HPSC er resultatet av dette partnerskapet.

Microchips første PIC64-HPSC MPUer ble for øvrig lansert samtidig med selskapets PIC64GX MPUer som muliggjør intelligent kantdesign innen industri-, bil-, kommunikasjons-, IoT-, romfarts- og forsvarssegmentene.

Omfattende økosystem

Microchips nye PIC64-HPSC MPUer vil bli støttet av et omfattende romkvalifisert økosystem og innovasjonsmotor som omfatter flyveklare, industristandard SBCer, et fellesskap rundt åpen kildekode og kommersielle programvarepartnere og implementering av vanlige kommersielle standarder for å effektivisere og akselerere utviklingen av integrerte løsninger på systemnivå. Tidlige medlemmer i økosystemet inkluderer: SiFive, Moog, IDEAS-TEK, Ibeos, 3D PLUS, Micropac, Wind River, Linux Foundation, RTEMS, Xen, Lauterbach, Entrust og mange flere. For informasjon, besøk Microchips nettside for PIC64-HPSC MPU økosystem partnere.

Microchip vil også tilby en omfattende PIC64-HPSC evalueringsplattform som inkluderer MPU, et utvidelseskort og en rekke datterkort for periferi.Prøvekomponenter vil være tilgjengelig for partnere tidlig i 2025.