チップ設計会社SiFiveは火曜日、同社のRISC-V互換CPUコアがNASAが発表したばかりの高性能宇宙飛行コンピュータ（HPSC）に搭載されると発表した。
このコンピュータシステムは、月や火星へのミッションを含む、将来の有人・無人ミッションの基盤となる。搭載されるマイクロプロセッサは、SiFive社およびPICマイクロコントローラファミリーの開発元であり、システムオンチップ（SoC）設計企業であるMicrochip社との3年間5,000万ドルの契約に基づいて開発される。
HPSC のプロセッサは、20 年以上前に導入され、キュリオシティやパーサヴィアランス探査車、ジェームズ・ウェブ宇宙望遠鏡など、無数の宇宙船に搭載されてきた老朽化した PowerPC ベースの BAE RAD750 に代わるものです。
「NASAが最後に使用したチップは何十年も持ちました」と、SiFiveの事業開発担当シニアバイスプレジデント、ジャック・カン氏はThe Register紙に語った。「このチップは今後数十年にわたって使用されるでしょう。」
SiFiveは、Microchip社と共同で設計している12コアプロセッサは、従来品と比べて100倍の性能向上を実現すると同時に、未使用時にチップの様々なセクションをオフにする機能により優れた電力効率を実現すると主張している。Kang氏は、この性能は、地球の大気圏外や軌道外での次世代自律型ローバー、ビジョン処理、宇宙飛行、誘導、通信アプリケーションを実現する上で重要だと述べた。
「これらの多くはベクトルに非常に適しています」と彼はベクトル数学に言及して述べた。
ちなみに、HPSC プロセッサには、汎用 RISC-V CPU コア 4 個に加えて、SiFive の AI/ML に最適化された X280 ベクトル処理コア 8 個が搭載されます。
X280は、高度なベクトル演算拡張機能を備えたRISC-V CPUコアです。その名が示すように、標準RISC-V命令セットアーキテクチャ（ISA）を拡張しており、アプリケーションコードだけでなく、ベクトル演算処理をハードウェアで実行することで高速化する命令も実行できます。
SiFive は、これらのベクトル拡張により、チップ設計者はプラットフォームの低電力エンベロープを維持しながら、標準の RISC-V ベクトル命令よりも 6 倍高いパフォーマンスを実現できると主張しています。
しかし、単なる性能だけではなく、宇宙向けのチップは厳しい動作条件にも対処する必要があります。
「宇宙やこうした環境に投入されるチップを見れば、やらなければならないことが山ほどあることがわかります」とカン氏は述べた。「その一部はアーキテクチャに、一部はチップの設計自体に、そして一部はプロセスに起因しています。」
- NASAは宇宙コンピューターの100倍のアップグレードを望んでいる
- NASAのアルテミスロケット開発者は、これはマラソンであり短距離走でもあると説明する
- 最初のRISC-Vラップトップの1つは9月に出荷される可能性があり、NFTフックを備えています
- インテルがRISC-Vの採用を促進するために約束した「多大な貢献」
カン氏によると、SiFiveの設計は、同社の車載アプリケーション向けチップ開発の成果をアーキテクチャ面で活用しているという。「自動車分野では、高い信頼性、フォールトトレランス、機能安全といった要件が非常によく似ています」とカン氏は述べた。
RISC-Vは近年、ISAのオープン性、自由性、軽量性もあって、大きな注目を集め、数億ドル規模の投資を集めています。RISC-Vの基本アーキテクチャは、典型的なRISC設計と同様に、50個未満の命令で構成されており、公式およびサードパーティの拡張機能を追加することで、CPUコアの動作要件に合わせてより多くの命令を処理できます。
例えば、浮動小数点演算アクセラレーションが必要ない場合は、整数ベースと拡張機能のみで済みます。しかし、FPU、アトミック命令のサポート、その他の機能が必要な場合は、定義された拡張機能をCPUコアに自由に実装できます。
NASAとMicrochip社がRISC-V設計を選択した理由は、オープンでロイヤリティフリーのISAという目新しさだけではありません。Kang氏によると、RISC-Vアーキテクチャは、今後10年、15年、あるいは20年後にも大規模な開発者基盤を持つ可能性が高いアーキテクチャの一つであり、NASAにとって安全な選択肢となるでしょう。
Arm、カスタムNuvia CPUコアをめぐりQualcommを提訴、設計の破棄を要求
その間
「現在の PowerPC チップを見れば、何十年も使われてきたにもかかわらず、現在何人の PowerPC プログラマーがいるかが分かります」と彼は語った。
NASA の HPSC プロセッサの基礎となる CPU アーキテクチャは現在わかっていますが、どのような放射線耐性が使用されるか、宇宙航行用半導体に必要なその他の特殊な処理など、設計が最終的にどのように実装されるかを知るには、まだ時間がかかりそうです。
NASAがHPSCプロセッサの開発にMicrochip社を選んだ理由の一つは、おそらくこれでしょう。Microchip社は複数の耐放射線チップを宣伝しています。そのため、SiFive社がCPU IPを提供し、Microchip社は宇宙環境に耐えうる適切なダイ上にコアを配置し、必要なサポート回路を実装します。こうして、宇宙でRISC-Vが使えるようになるのです。
NASAの宇宙技術ミッション指令における技術成熟担当ディレクターのニキ・ワークハイザー氏は声明の中で、「この最先端の宇宙飛行用プロセッサは、将来の宇宙ミッション、さらには地球上の技術に多大な影響を与えるだろう」と述べた。
「この取り組みにより、既存の宇宙船の能力が強化され、新たな能力も可能となり、最終的にはほぼすべての将来の宇宙ミッションで利用できるようになるでしょう。すべてがより高性能な飛行コンピューティングの恩恵を受けるでしょう。」®
