電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）在RISC-V逐漸開辟的新應(yīng)用生態(tài)中，大家比較熟知的有AIoT、汽車以及HPC等，這對(duì)于一個(gè)新架構(gòu)的版圖擴(kuò)張進(jìn)度來(lái)說(shuō)已經(jīng)相當(dāng)驚人了。然而在航天這塊，哪怕是Arm或x86也不敢說(shuō)自己在這個(gè)市場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用，反倒是新玩家RISC-V，開始被各國(guó)的航天部門看上。

NASA選中的太空任務(wù)首選生態(tài)系統(tǒng)

9月6日，RISC-V的IP巨頭SiFive宣布已被NASA選中，為NASA的下一代高性能航天計(jì)算（HPSC）處理器提供CPU核心。HPSC將用于未來(lái)所有的太空任務(wù)中，包括行星探索到月球和火星表面任務(wù)等等。HPSC將用到8個(gè)SiFiveIntelligence X280 RISC-V矢量核，以及四個(gè)額外的SiFiveRISC-V核。

Intelligence X280架構(gòu)圖/ SiFive

盡管這額外的四個(gè)RISC-V核心具體是什么并未寫明，但SiFive表示該配置下的HPSC將提供當(dāng)下的太空電腦100倍的計(jì)算能力。這樣的性能提升將為一系列關(guān)鍵太空任務(wù)提供新的機(jī)遇，比如探測(cè)車自動(dòng)駕駛、視覺處理、太空飛行、太空導(dǎo)航系統(tǒng)、通信和其他應(yīng)用。

PolarFire? SoC FPGA Icicle套件/ Microchip

雖說(shuō)選中了SiFive的RISC-V核心，但真正負(fù)責(zé)打造這個(gè)計(jì)算平臺(tái)的還是Microchip。今年8月，NASA已經(jīng)將在三年內(nèi)構(gòu)架、設(shè)計(jì)和交付HPSC處理器的任務(wù)交給了Microchip，從目前Microchip的產(chǎn)品陣容來(lái)看，他們已經(jīng)有了抗輻射的航天FPGA產(chǎn)品RT PolarFire，Microchip的PolarFireSoC FPGA的處理器子系統(tǒng)用到的也是SiFive的四個(gè)U54核心和1個(gè)E51核心，所以NASA選擇SiFive作為IP供應(yīng)再合理不過(guò)了。

至于拿來(lái)對(duì)比的芯片，應(yīng)該就是用于毅力號(hào)火星車和詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的RAD750了，一個(gè)2001年推出的PowerPC處理器，最大頻率也只有200MHz，最高運(yùn)行速度也只有2.66 MIPS，被新的HPSC甩開一大截也情有可原了。

NASA的第二次RISC-V嘗試

其實(shí)早在2018年，NASA負(fù)責(zé)管理哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的研究機(jī)構(gòu)戈達(dá)德航天中心，就已經(jīng)開展過(guò)RISC-V相關(guān)的研究項(xiàng)目。他們當(dāng)時(shí)考慮RISC-V的想法很簡(jiǎn)單，隨著基于IP核的FPGA處理器系統(tǒng)使用率越來(lái)越高，RISC-V架構(gòu)這種開源架構(gòu)擁有減少數(shù)據(jù)系統(tǒng)整體成本的潛力。

對(duì)于NASA的cFE/CFS（飛行器核心飛行處理器系統(tǒng)）軟件來(lái)說(shuō)，其本身就有開源相關(guān)的合作，RISC-V作為開源架構(gòu)可以與其完美契合。將cFE/CFS移植到RISC-V架構(gòu)上將顯著減少開發(fā)周期和時(shí)間，也方便在未來(lái)的飛行任務(wù)中用到RISC-V架構(gòu)的處理器方案。使用RISC-V架構(gòu)和其開源工具將消除高昂的IP費(fèi)用，也不再局限于單一供應(yīng)商。

不過(guò)可惜的是，該項(xiàng)目似乎在2019年就終止了，停留在了應(yīng)用研究階段，RISC-V也沒(méi)能真正用于NASA的飛行器數(shù)據(jù)系統(tǒng)上。畢竟在2018年到2019年那個(gè)時(shí)期，RISC-V的開發(fā)生態(tài)和IP生態(tài)還不如如今這么完善，而現(xiàn)在IP廠商和FPGA廠商都已經(jīng)加入RISC-V的生態(tài)合作中來(lái)，RISC-V被NASA重新選中也是必然的。

RISC-V開始在航天芯片上攻城略地

其實(shí)在宇航芯片領(lǐng)域不少芯片都是基于SPARC這一架構(gòu)的，尤其是歐洲宇航局采用的LEON處理器IP。不過(guò)這已經(jīng)是過(guò)去的事了，歐洲宇航局目前轉(zhuǎn)向了RISC-V，RISC-V也已經(jīng)上天過(guò)一次了。今年升空的TRISAT-R衛(wèi)星，其星載計(jì)算機(jī)NANOhpm就集成了NOEL-V處理器IP，這是Cobham Gaisler最新的RISC-V IP，也是他們上一代SPARCv8產(chǎn)品LEON5的繼任者。

NOEL-V采用了雙發(fā)射8級(jí)流水線的設(shè)計(jì)，在復(fù)雜操作系統(tǒng)上運(yùn)行的性能可以對(duì)標(biāo)Arm的CortexA53，適合集成在FPGA和ASIC中。為了用于航空任務(wù)，該處理器核心推出了一個(gè)高容錯(cuò)的版本，讓片上內(nèi)存免受輻射效應(yīng)的影響，因?yàn)檩椛洚a(chǎn)生的錯(cuò)誤可以在不影響軟件實(shí)時(shí)工作的同時(shí)被即時(shí)處理。

國(guó)內(nèi)著名的宇航芯片公司歐比特的不少宇航電子SoC也都是基于SPARCv8的，在性能、可靠性上都已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先的水準(zhǔn)。不過(guò)從歐比特推出的新產(chǎn)品玉龍810人工智能芯片來(lái)看，他們可能會(huì)選擇轉(zhuǎn)向Arm這個(gè)方向。

寫在最后

隨著NASA和歐洲航天局紛紛選擇了RISC-V，剩下的航天強(qiáng)國(guó)中似乎就差俄羅斯和中國(guó)沒(méi)有開始采取行動(dòng)了。其實(shí)不然，香港航天科技早在2021年就宣布與上海微系統(tǒng)所達(dá)成合作，擬共同完成國(guó)內(nèi)首個(gè)宇航級(jí)RISC-V高可靠性半導(dǎo)體的空間驗(yàn)證和衛(wèi)星在軌測(cè)試。再者，中國(guó)的RISC-V生態(tài)已經(jīng)是全球數(shù)一數(shù)二的了，照這個(gè)趨勢(shì)發(fā)展下去，國(guó)內(nèi)未來(lái)的航天任務(wù)用上RISC-V應(yīng)該也是遲早的事。