什么樣的計算技術將推動未來的太空探索？

A close-up of the Microchip PolarFire SoC Icicle Kit development platform  MICHAEL CANNIZZARO/NSF-SHREC

最近的一項分析表明RISC-V可能能夠勝任這項任務。

本文是我們與IEEE Xplore合作的獨家IEEE Journal Watch系列的一部分。

每一次成功的太空任務的核心都是一個復雜而有能力的計算機系統。

在20世紀60年代，相對基本的計算系統將人類帶到了月球。最近，Parker探測器到達了太陽炙熱的邊緣，Voyager號探測器完全離開了太陽系。當然，隨著一代又一代的太空探測器的問世，計算機已經跟隨摩爾定律向著更小、更快、更便宜的系統發展。

但是，問題依然存在：哪種計算系統最能服務于人類未來更雄心勃勃的太空探索？

即便是對于地球上的應用，開發尺寸、重量、功率和成本都合適的計算機也是一項挑戰。通常，實現這些理想特性中的一個會是以犧牲另一個為代價的。例如，功能更強大的計算系統往往能效更低。

NSF Center for Space，Resilient Computing (NSF-SHREC)的博士研究員Michael Cannizzaro解釋說：“在空間處理應用中，這些權衡更為關鍵，因為大量數據需要在嚴格的執行時間和功耗限制下進行處理。”

Cannizzaro一直在研究和比較不同的空間應用計算架構，并縮小了選擇范圍。作為去年夏天完成的碩士論文的一部分，他建議最近越來越受歡迎的RISC-V-可以成為未來空間任務的一個有吸引力的選擇。盡管他的論文還尚未出版，但在2021年IEEE IEEE Space Computing會議上獲得了最佳論文獎。

根據Cannizzaro的說法，評審們對他獨特的分析方法印象深刻，這種方法包括評估在硅上實現的商用處理器中的RISC-V架構。Cannizzaro解釋說：“據我所知，由于商用RISC-V硅是如此之新，這是第一次對商用RISC-V芯片進行分析，并將其用于以空間處理為重點的評估。”

他將RISC-V與其他四種架構設計進行了比較，其中三種已經在空間處理應用中流行：ARM Cortex-A9、ARM Cortex-A53和POWER e5500。在分析了不同的選擇之后，Cannizzaro推薦RISC-V，因為它具有高能效（這對航天任務特別重要）和開源的前提。

有趣的是，Cannizzaro的分析表明RISC-V實際上并沒有提供最好的性能特征。ARM Cortex-A53憑借其載體能力實現了這一區別，而RISC-V目前缺乏這種能力。但是Cannizzaro指出RISC-V在不久的將來或將得到向量擴展。“這當然會為未來的研究打開大門，以評估擴展對性能和功耗的影響，”他說。

Cannizzaro說，他“非常榮幸獲得該獎項”，并計劃在這項工作的基礎上，將更多的體系結構、處理平臺和基準測試納入他的分析。他還著眼于評估RISC-V的可靠性。

他說：“利用高性能系統很難為空間做出解釋，如果該設備不能承受地球大氣層之外的惡劣環境，那么可靠性將是另一個需要考慮的關鍵因素。評估RISC-V硅的可靠性是我希望在未來工作中納入的內容。”

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