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近日，CAES（Cobham Advanced Electronic Solutions）表示，它已獲得歐洲航天局 (ESA) 的一份合同，以開發基于開放式 RISC-V 指令集架構 (ISA) 的 16 核、空間強化微處理器。該項目由瑞典國家航天局資助，將涉及設計一種容錯和抗輻射的片上系統，以提高衛星和航天器應用的性能和功率效率。

GR7xV處理器將被設計成星載控制和有效載荷數據管理和處理系統，以實現新型觀測、通信、導航和科學任務和服務。其中包括先進、靈活的電信衛星有效載荷、科學和地球觀測有效載荷以及行星探測車等機器人系統。

新的容錯和抗輻射處理器將擴展CAES Gaisler 的 LEON 處理器產品系列，該系列已在太空應用中使用了數十年，并基于傳統的 32 位 SPARC V8 ISA。LEON 處理器的多個版本包括主要針對高端 FPGA 和深亞微米 ASIC 技術的 LEON5，以及針對傳統和較低性能技術的 LEON3。LEON3 內核是 SPARC V8 架構的重新實現，具有更深的 7 級流水線和多處理器支持，它作為 GRLIB IP 庫的一部分進行分發，適用于 ASIC 技術和輻射——來自 Actel 和 Xilinx 的容錯 FPGA。LEON5 內核通過雙發布流水線、改進的分支預測和后期 ALU 進一步提高了前幾代的性能。

同時，CAES 發布的第一個實現 RISC-V 架構的處理器的可綜合 VHDL 模型是NOEL-V，它可以實現為雙發處理器，每個周期最多允許并行執行兩條指令。為了支持流水線的指令發布率，NOEL-V 具有先進的分支預測能力。NOEL-V 的緩存控制器支持一個存儲緩沖區 FIFO，每個存儲一個周期的持續吞吐量，以及廣泛的 AHB 從支持，以實現快速存儲和快速緩存重新填充。

它使用 AMBA 2.0 AHB 總線進行接口，并支持 CAES 的 IP 庫 (GRLIB) 中提供的 IP 核即插即用方法。該處理器可以在 FPGA 和 ASIC 技術上高效實現，并使用標準同步存儲單元作為緩存和寄存器文件。NOEL-V 可以使用 Xilinx Vivado、Synplify 和 Synopsys DC 等常用綜合工具進行綜合，處理器模型在不同實現技術之間具有高度可移植性。

CAES Gaisler 產品總經理 Sandi Habinc 表示：“ESA 合同進一步推動了我們開發具有同類產品前所未有的性能的容錯和抗輻射的航天級微處理器。開放式 RISC-V ISA 已在其他市場得到廣泛采用，該項目是第一個為空間應用開發基于 RISC-V 的 ASIC。”。

ESA 電信和集成應用主管 Elodie Viau 評論說：“ESA 很榮幸與 CAES 合作開發這項新技術，因為它將支持未來的任務并提高空間處理器的技術標準。”

ESA 合同遵循瑞典創新機構 Vinnova 今年早些時候授予的合同，將 RISC-V 處理器平臺擴展到空間硬化應用程序，以實現時間隔離和網絡安全。該研究的結果將用于推進空間硬化 GR7xV 微處理器的開發，并將與整個行業共享。完成后，多核 NOEL-V 處理器開發平臺將通過與查爾姆斯理工大學和專注于信息安全的獨立實驗室atsec的合作進行測試，以確保對更高軟件層的最大安全性。

RISC-V成為宇航級芯片的最優選？

每一個成功的太空任務的核心都是一個復雜而強大的計算機系統。

在 1960 年代，相對基本的計算系統將人類帶上了月球。最近，帕克探測器到達了我們太陽灼熱的郊區，而航海者探測器則完全離開了我們的太陽系。當然，隨著每一代太空探測器的問世，計算機都遵循摩爾定律的長征，向更小、更快、更便宜的系統發展。

但是，問題仍然存在：這樣的計算所系統能否更好地服務于人類的未來，更加雄心勃勃的太空探索？

即使對于地球上的應用，開發尺寸、重量、功耗和成本都合適的計算機也可能具有挑戰性。通常，這些理想特征中的一個是以犧牲另一個為代價來實現的。例如，更強大的計算系統往往能源效率較低。

“在空間處理應用中，這些權衡更為關鍵，因為需要在嚴格的執行時間和功耗限制內處理大量數據，”美國國家科學基金會太空中心的博士前研究員 Michael Cannizzaro 解釋說。

Cannizzaro 一直在研究和比較空間應用的不同計算架構，并縮小了選擇范圍。現在，他建議將RISC-V作為未來太空任務的新選擇。雖然他的工作尚未發表，但在2021 年 IEEE 空間計算大會上獲得了最佳論文獎。

根據 Cannizzaro 的說法，評委們對他獨特的分析方法印象深刻，該方法包括在芯片上實現的商用處理器中評估 RISC-V 架構。“由于商用 RISC-V 芯片是如此新，據我所知，這是第一次采用商用 RISC-V 芯片并將其用于以空間處理為重點的評估的分析，”Cannizzaro解釋說。

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，那就是ARM Cortex-A9、ARM Cortex-A53和POWER e5500。在分析了不同的選項后，Cannizzaro 推薦了 RISC-V，因為它具有高能效（這對于太空任務尤其重要）并且它是開源的。

有趣的是，Cannizzaro 的分析表明，RISC-V 實際上并沒有提供最佳的性能特征。ARM Cortex-A53 憑借其向量功能實現了這一區別，這是 RISC-V 目前所缺乏的。但 Cannizzaro 指出，RISC-V 可能會在不久的將來獲得矢量擴展。“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 表示，他“非常榮幸獲得該獎項”，并計劃通過將額外的架構、處理平臺和基準測試納入他的分析來進一步發展這項工作。他還著眼于評估 RISC-V 的可靠性。

“如果該設備不能承受地球大氣層以外的惡劣環境，那么利用高性能系統就很難證明其在太空中是合理的，因此可靠性是另一個需要考慮的關鍵因素，”他說。“評估 RISC-V 芯片的可靠性是我希望納入未來工作的內容。”

又一款針對航空應用的RISC-V處理器曝光

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