RISC-V成为宇航级芯片的最优选？

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每一个成功的太空任务的核心都是一个复杂而强大的计算机系统。




在 1960 年代，相对基本的计算系统将人类带上了月球。最近，帕克探测器到达了我们太阳灼热的郊区，而航海者探测器则完全离开了我们的太阳系。当然，随着每一代太空探测器的问世，计算机都遵循摩尔定律的长征，向更小、更快、更便宜的系统发展。


但是，问题仍然存在：这样的计算所系统能否更好地服务于人类的未来，更加雄心勃勃的太空探索？




即使对于地球上的应用，开发尺寸、重量、功耗和成本都合适的计算机也可能具有挑战性。通常，这些理想特征中的一个是以牺牲另一个为代价来实现的。例如，更强大的计算系统往往能源效率较低。




“在空间处理应用中，这些权衡更为关键，因为需要在严格的执行时间和功耗限制内处理大量数据，”美国国家科学基金会太空中心的博士前研究员 Michael Cannizzaro 解释说。


Cannizzaro 一直在研究和比较空间应用的不同计算架构，并缩小了选择范围。现在，他建议将RISC-V作为未来太空任务的新选择。虽然他的工作尚未发表，但在2021 年 IEEE 空间计算大会上获得了最佳论文奖。




根据 Cannizzaro 的说法，评委们对他独特的分析方法印象深刻，该方法包括在芯片上实现的商用处理器中评估 RISC-V 架构。“由于商用 RISC-V 芯片是如此新，据我所知，这是第一次采用商用 RISC-V 芯片并将其用于以空间处理为重点的评估的分析，”Cannizzaro解释说。


他将 RISC-V 与其他四种架构设计进行了比较，其中三种已经在空间处理应用中流行，那就是ARM Cortex-A9、ARM Cortex-A53和POWER e5500。在分析了不同的选项后，Cannizzaro 推荐了 RISC-V，因为它具有高能效（这对于太空任务尤其重要）并且它是开源的。




有趣的是，Cannizzaro 的分析表明，RISC-V 实际上并没有提供最佳的性能特征。ARM Cortex-A53 凭借其向量功能实现了这一区别，这是 RISC-V 目前所缺乏的。但 Cannizzaro 指出，RISC-V 可能会在不久的将来获得矢量扩展。“这当然会为未来的研究打开大门，以评估扩展对性能和功耗的影响，”他说。



Cannizzaro 表示，他“非常荣幸获得该奖项”，并计划通过将额外的架构、处理平台和基准测试纳入他的分析来进一步发展这项工作。他还着眼于评估 RISC-V 的可靠性。


“如果该设备不能承受地球大气层以外的恶劣环境，那么利用高性能系统就很难证明其在太空中是合理的，因此可靠性是另一个需要考虑的关键因素，”他说。“评估 RISC-V 芯片的可靠性是我希望纳入未来工作的内容。”

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魏伟