更新されたザイリンクスは本日、衛星や宇宙船内での小型機械学習モデルの実行やその他のタスク向けに設計された、世界初であると主張する宇宙グレードの 20nm FPGA をリリースしました。
TSMC社製の耐放射線Kintex UltraScale XQRKU060チップは、Xilinxの宇宙安全ハードウェアファミリーに新たに加わった製品です。鋭い観察眼をお持ちの方はお気づきかもしれませんが、これは2018年に発売されたXQKU060 [PDF] の耐放射線版であり、仕様はほぼ同じです。
この耐放射線性XQRKU060（型番の「R」に注目）は、宇宙機器が黒曜石の空洞内で経験する温度変化やビット反転宇宙線の照射に耐えられると約束されており、低消費電力で動作し、探査機に搭載できるほど小型軽量です。ザイリンクスが言う「耐放射線性」とは、宇宙放射線の影響から回復できることを意味します。
したがって、このコンポーネントは「低軌道 (LEO)、中軌道 (MEO)、静止軌道 (GEO)、および深宇宙ミッションを含むすべての軌道の業界要件」を満たしているというザイリンクス社の主張にもかかわらず、このコンポーネントは完全に耐放射線性があるわけではないことに注意する必要がある。
XQRKU060は38MBのRAMを搭載し、32個の12.5Gbpsトランシーバを介して最大400Gbpsの転送速度を実現します。また、726,000個のロジックセル、664,000個のコンフィギュラブルロジックブロック（CLB）フリップフロップ、331,000個のCLBルックアップテーブル、そして最大16億回/秒の乗算・加算演算が可能な2,760個のDSPスライスを搭載しています。また、INT8演算では最大57億回/秒の演算処理が可能とのことです。その他、IOピンなどの機能も搭載されています。
これは、ザイリンクスの主力製品である65nmプロセスXQRV5QVや、2月に打ち上げられたヨーロッパ宇宙機関（ESA）のソーラーオービターに搭載された90nmプロセスXQRV4QVなど、ザイリンクスのこれまでの宇宙用チップから一歩進んだものです。ESAとNASAが共同で運用するこの探査機は、太陽の両極の詳細な画像を撮影し、太陽圏内部と太陽風を測定するために太陽に向かっていますが、技術サポートからはかなり遠い距離です。
チップの仕様…クリックして拡大
「歴史的に見て、宇宙市場は非常にリスク回避的な市場です。新しい技術は簡単には受け入れられません」と、ザイリンクスの宇宙システムアーキテクトであるミナル・サワント氏はThe Register紙に語った。「堅牢性と信頼性を証明する必要があります。しかし、ここ数年、市場は機械学習へと向かっており、現在ではチップは地球へのデータ送信よりも、機内でより多くのデータ処理をこなす必要があります。」
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ザイリンクスによると、XQRKU060は畳み込みニューラルネットワークなどの最新のAIアルゴリズムを実行できるように調整されており、宇宙探査機は受信したデータに基づいて推論を行い、予測を行うことができます。つまり、雲の検出などの画像認識をすべて機内で実行できるということです。
Keras、TensorFlow、PyTorchといった人気の機械学習フレームワークをサポートし、推論アクセラレータエンジンとして機能するXilinxのディープラーニング処理ユニットを搭載しています。チップ全体は40 x 40mmのセラミックパッケージに収められており、振動、衝撃、宇宙放射線からハードウェアを保護します。
宇宙線について言えば、ザイリンクスはその有害な影響を克服するために、いわゆる「トリプルモジュラー冗長化」を採用しています。これは、論理回路を3つに分割し、特定の入力セットに対して出力の多数決をとる3つの同一セットに分割するものです。セット内の3つのうち1つが宇宙線に当たり、ビット反転を起こして動作が停止した場合でも、セット内の他の2つで回復できます。付属のMicroblazeソフトRISC CPUもトリプルモジュラー冗長化が可能です。
「放射線がシリコンに入り込み、電荷を蓄積することで、0が1に、あるいはその逆の反転が起きる可能性がある」とサワント氏は述べた。「3つのゲートのうち1つが異なる出力をした場合、多数決でそれを破棄することができる。」
ザイリンクスのチップは宇宙で10年以上持続するように設計されている。テストでは、XQRKU060は摂氏125度で4,000時間連続動作することができ、平方センチメートルあたり少なくとも80MeVの放射線エネルギーに耐えることができると伝えられている。
このチップは 9 月に発売される予定ですが、プロトタイプと評価キットはすでに出回っています... ええと、宇宙船を設計している方向けです。®
追加更新
Xilinx の広報担当者は、XQRKU060 がハードウェアではなくソフトウェアを使用して TMR 多数決を実行することを明確にするために連絡してきました。
