米国航空宇宙局 (NASA) は、将来の深宇宙探査機の運用方法を完全に変えると期待される、耐放射線性に優れた新しい高性能コンピューター チップを開発しています。このプロセッサは、宇宙船が地球から遠く離れた環境でも高速にデータを処理し、ある程度の自律的な意思決定を実現できるようにするために、NASA と民間パートナーによって共同開発されました。
このプロジェクトは、探査ミッションに使用される宇宙船の搭載コンピューティング能力を大幅に向上させることを目的としたNASAの「高性能宇宙飛行コンピューティング」プログラムの一環である。現在運用されている宇宙船のほとんどは、過酷な宇宙環境で長期間動作できる、古いながらも信頼性の高いプラットフォームレベルのプロセッサーに依存しています。しかし、これらのチップの性能は、次世代の深宇宙ミッションのニーズを満たすことが困難でした。 NASAは、より高度なプロセッサは、宇宙船の高度な自律性を実現し、搭載された科学データ分析を加速し、将来の月やその先への有人ミッションをサポートするための重要な基盤であると指摘しています。
NASAは、この新世代のマルチコアシステムは、以前の宇宙レベルのプロセッサの信頼性を継続しながら、耐障害性、柔軟性、高性能をさらに実現していると述べた。関連担当者は、宇宙飛行コンピューティング技術の進歩は工学的な画期的な進歩であるだけでなく、NASAと業界との緊密な協力の結果でもあると強調した。
このプロジェクトの中核となるのは、宇宙環境向けに特別に強化された耐放射線プロセッサーです。その目標は、現在の宇宙飛行コンピュータと比較して最大 100 倍の計算能力を提供しながら、過酷な宇宙条件に耐えることです。その信頼性を検証するために、米国カリフォルニア州の NASA ジェット推進研究所 (JPL) エンジニアリング チームは、深宇宙放射線、極端な温度差、激しい衝撃などの環境をシミュレートして、チップの高強度テストを実施しています。
宇宙用途の要件によれば、このタイプのプロセッサは、高エネルギー粒子放射、激しい機械的衝撃、および大きな温度変化に耐える必要があります。これらの要因により、精密電子部品が損傷する可能性があります。太陽や深宇宙からの高エネルギー粒子も計算エラーを引き起こす可能性があり、宇宙船は強制的に「セーフモード」に入り、地上技術者が問題のトラブルシューティングを行っている間、重要ではないシステムがシャットダウンされます。この目的のために、NASA はまた、複雑な星着陸環境におけるチップのパフォーマンスを特別に調査しました。
テストプロセス中、エンジニアリングチームは実際のミッションからの高精度の着陸シーンデータを使用して、チップの「実用的な」テストを実施しました。このようなシナリオでは通常、大量の着陸センサー データをリアルタイムで処理するための高出力ハードウェアが必要になります。プロジェクトリーダーらは、この種のハードウェアの開発に携わるのはエキサイティングな時期であると述べている。なぜなら、それはNASAの「次なる大きな飛躍」のためのコンピューティング基盤を提供するからである。 JPLでのプロセッサのテストは2月に始まり、数カ月間続く予定で、暫定結果ではチップが期待通りに性能を発揮し、現在宇宙船で使用されている放射線耐性のあるプロセッサの約500倍の性能を示している。
テストの開始時に、チームは、初期のコンピューティング時代からの古典的な「hello world」の伝統に敬意を表し、「Hello Universe」という件名の電子メールでこの機会をマークしました。
このプロセッサは、アリゾナ州チャンドラーに本拠を置くMicrochip Technology Inc.と提携してJPLによって開発されました。チップの初期バージョンは、早期アプリケーションの検証と評価のために防衛および民間航空宇宙パートナーに配布されています。
NASAによると、関連技術により、将来の自律宇宙船は、搭載された人工知能を利用して、地球から遠く離れた環境や通信遅延が大きい環境での緊急事態にリアルタイムで対応したり、人間が迅速に介入できない場合に独自に意思決定を行ったりできるようになることが期待されている。さらに、このプロセッサは、深宇宙ミッションで科学データの迅速な分析、保存、返却をより効率的に完了するのに役立ち、月や火星などの将来の有人ミッションに強力なオンボードコンピューティングサポートを提供します。
アーキテクチャの観点から見ると、これは「システム オン チップ」(SoC) であり、コンピューターのコア コンポーネントを手のひらに収まるチップ上に統合します。中央処理装置、専用コンピューティング加速装置、高度なネットワークシステム、メモリ、およびさまざまな入出力インターフェイスが統合されています。 SoC はスマートフォンやタブレット デバイスですでに非常に一般的であり、その小型サイズと高いエネルギー効率により家庭用電化製品で広く使用されています。違いは、JPLがテストしているチップが深宇宙での長期ミッション向けに特別に設計されており、修理作業員から数百万マイル、場合によっては数十億マイル離れた過酷な環境でも何年にもわたって確実に動作できることです。
この技術が宇宙飛行向けに認定されれば、NASAは地球観測衛星、惑星表面探査機、有人モジュール、さまざまな種類の深宇宙宇宙船など、さまざまな種類のミッションにこの技術を導入する予定だ。 Microchip Technology はまた、この技術の適用を航空や自動車製造などの地上産業に拡大し、これらの産業に高い信頼性とコンピューティング能力を備えた組み込みプラットフォームを提供することも計画しています。
このプロジェクトは NASA のラングレー研究センターによって管理されており、宇宙技術ミッション総局のゲームチェンジング開発 (GCD) プログラムの一部です。 GCD プログラムは、カリフォルニア工科大学が管理する JPL と協力して、初期のミッション要件や産業研究段階から具体的な開発と提供に至るまで、この技術を推進しています。 NASA JPL は、2022 年に Microchip Technology をパートナーとして正式に選択し、Microchip Technology もプロセッサの設計と実装を促進するために独自の研究開発リソースを投資しました。