抗辐射|在“高性能航天飞行计算”支持下,Arm公司联合美国密歇根大学研制出基于ARM处理器的小芯片,可支持深空探测
2018年,在美国航空航天局“高性能航天飞行计算”(HPSC)项目支持下,ARM公司与密歇根大学合作开发一种基于Arm的新型航天器处理器技术,该技术被称为HPSC Chiplet。
HPSC项目目标
在太空中,辐射会干扰甚至损害电子电路,这使得抗辐射加固、多处理器、高可靠计算系统对深空探测至关重要。2011年,NASA启动了“高性能空间计算”(HPSC)项目,以应对现有空间计算能力不能满足现阶段和未来NASA任务所需处理能力的要求。
HPSC项目管理
HPSC项目由NASA空间技术任务局和科学任务局内的“游戏改变发展”计划提供资金支持,由波音公司牵头,密歇根大学和ARM公司参与其中。整个HPSC项目由喷气推进实验室管理,Chiplet的采购由戈达德空间飞行中心管理。此外,空军研究实验室、空间飞行器局也在该项目上进行了密切合作,以确保Chiplet与他们的任务要求相关。
HPSC Chiplet
该SoC系统包含一个用于处理高吞吐量计算的高性能子系统,一个用于时序关键应用的实时处理子系统,以及一系列可用于创建多芯片系统或与传感器和执行器连接的互连。
Arm公司提供了一个强大的实时处理器(Cortex-R级处理器),可用于硬实时计算,在低功耗设计中的优势将促进节能实现高性能科学计算(Cortex-A级处理器),服务质量能力(QoS/QVN)提供了一种管理片上资源需求的机制,TrustZone技术则为空军部署提供了子系统的隔离和安全性。
意义
尽管当今航天器的运行系统都经过了抗辐射加固,但并不具备现代处理器的性能。HPSC Chiplet的抗辐射加固设计将在更小、更轻的封装中提供与当前系统相当的可靠性,极大地提高了计算能力和能效。HPSC Chiplet驱动的系统将采用现代高能效的Arm系统级芯片(SoC)设计取代数十年前的处理器技术,并将提供比当今航天器中更多数量级的计算机处理能力。这将使机载自主性、宇航员辅助和高带宽传感器数据处理等功能得到增强,并可为日益智能化的航天器提供一条前进的道路。
密歇根大学和Arm的合作
密歇根大学和Arm公司在过去十多年里一直享有独特、长期、富有成效的合作关系,包括密歇根-Arm研究中心(MARC)。MARC成立于2004年,通过该合作密歇根大学可以在先进的技术节点中使用商业IP构建测试芯片,以验证研究。作为MARC的一部分,密歇根大学已经申请了100多项专利,这些专利已经转让给Arm,并在过去10年的研究中制造和测试了100多项设计。其中包括使用自动时序误差检测和校正的变容设计、超低功率亚阈值设计、高性能交叉(crossbar)设计和第一个近阈值设计等方面的突破性工作,包括使用3D通硅(TSV)技术的64核Arm处理器设计。