🛰 Новое поколение автономных аппаратов от NASA?

До сих пор большинство космических миссий работало по схожей логике: аппарат собирает гигабайты данных и передает их на Землю, где мощные серверы выполняют основную обработку. Конечно, современные марсоходы уже обладают зачатками автономности (тот же Perseverance умеет сам строить маршрут в обход камней), однако их вычислительные возможности сильно ограничены. Виновником здесь выступает комплекс суровых космических условий. Электроника должна выдерживать проникающую радиацию, экстремальные перепады температур, сильнейшие вибрации при запуске, жёсткие ограничения по питанию и проходить долгие годы сертификации на отказоустойчивость, что сказывается на выборе компонентов.

На многих ключевых миссиях, вроде марсоходов Curiosity и Perseverance, трудится проверенный временем радиационно-стойкий процессор BAE RAD750. У Perseverance, например, он работает на частоте до 200 МГц и оснащен всего 256 МБ оперативной памяти и 2 ГБ флеш-накопителя. По нашим меркам это уровень настольного компьютера из конца 90-х. Зато он способен годами выживать в экстремальных условиях.

В качестве потенциального козыря в рукаве, NASA ещё в 2021 году запустила проект HPSC (High Performance Spaceflight Computing). В августе 2022-го контракт на $50 млн получила компания Microchip Technology. Наконец, в этом году агентство приступило к активным испытаниям и первые изготовленные чипы PIC64-HPSC отправили проверочное сообщение «Hello Universe».

Новинка представляет собой полноценную систему на кристалле (SoC., System-on-a-Chip). Внутри одной микросхемы объединены вычислительные ядра, блоки аппаратного ускорения, сетевые модули, память и интерфейсы ввода-вывода, что радикально экономит место и энергию.

Вычислительное сердце системы — 64-битная архитектура, состоящая из восьми ядер с частотой до 1 ГГц и расширениями для сложной математики, а также отдельный системный контроллер. Производительность чипа составляет 26 000 DMIPS и 46 000 CoreMark. Для работы искусственного интеллекта доступно до 2 TOPS (триллионов операций в секунду) для целочисленных расчётов в формате int8 и 1 TFLOPS (триллион операций с плавающей запятой в секунду) для формата bfloat16. Оба формата критически важны для работы современных нейросетей.

Microchip выпустит две версии чипа с рабочим диапазоном температур от −55°C до +125°C:

1) PIC64-HPSC1000-RH — для дальнего космоса и геостационарной орбиты. Выдерживает общую поглощённую дозу радиации 100 крад (килорад) с тестами вплоть до 200 крад. Также он устойчив к SEL (замыкания электроники от попадания тяжелых частиц) с энергией до 78 МэВ.

2) PIC64-HPSC1100-RT — более лёгкая версия для низких околоземных орбит (с защитой от 50 крад и SEL 42 МэВ соответственно).

По заявлению NASA, ранние тесты показывают примерно 500-кратный прирост производительности по сравнению с нынешними аналогами. Запускать тяжелые языковые нейросети на борту никто не планирует, но зато этих мощностей хватит для локального машинного зрения и компактных узкоспециализированных ИИ-моделей. Вычислительный центр поддерживает гибкое отключение ядер для экономии заряда и имеет поддержку новейших постквантовых алгоритмов шифрования.

Аргументирует агентство эти разработки предельно понятно: сигнал до внешних планет Солнечной системы может идти и вовсе идёт часами. Ожидание команды с Земли в критической ситуации может стоить аппарату «жизни». Будущие миссии с HPSC на борту смогут выполнять продвинутую автономную навигацию, обрабатывать сложные сигналы, классифицировать объекты и моментально реагировать на нештатные ситуации. Например, прямо сейчас NASA прогоняет на чипе сценарии посадки, где процессору нужно за считанные секунды обработать колоссальные объёмы данных с посадочных датчиков. Кроме того, инструменты будут прямо на орбите отфильтровывать информацию по степени важности и передавать на Землю исключительно самое ценное.