NASA造出太空最強芯片：性能提升500倍，有望為火星任務提供支持

當大模型已經能寫代碼、生成視頻，讓人意想不到的是，在條件極為苛刻的太空環境中，美國航空航天局（NASA）的深空探測器搭載的仍然是二三十年前的處理器。

隨著 NASA 深空任務復雜度不斷提升，航天器對機載計算能力、自主性與可靠性的要求也越來越高，航天計算系統的升級成為亟待解決的問題。

直到最近，NASA 新一代太空計算芯片的關鍵測試打破了這一局面，依托該芯片，研究人員成功發出第一封題為“Hello Universe”（你好，宇宙）的電子郵件。

這款抗輻射加固處理器兼具容錯性和靈活性的優勢，特別值得關注的是，初期測試結果顯示，其部分性能指標相比現役航天抗輻射芯片提升約 500 倍，通過模擬太空環境測試，顯著提升了航天器自主運行能力。

它有望支持機載 AI 實時應對突發情況，通過更快的數據分析與處理加速科學發現。更長遠地來看，還可能為宇航員的登月和火星任務提供支持。

（來源：NASA）

與地球環境相比，芯片在太空環境面臨更嚴苛的挑戰，例如，電磁輻射和極端溫度波動會對電子元件造成長期損害，而來自太陽和星際空間的高能粒子是導致計算故障的原因之一。

由于與地球通信存在時間延遲，地球軌道以外的任務對星載計算資源提出了更高的要求，這種通信延遲使許多太空活動需要自主且實時地在星載設備上運行。

為了實現這些自主能力，航天器需要在太空環境下運行大量復雜計算任務，包括高級自主性、AI 和機器學習、圖像和信號處理、數據流管理以及目標檢測和分類。

是否具備自主性對計算能力來說尤為重要，例如決定火星車穿越地形的速度，或獨立分析圖像。例如，“毅力號”火星車結合軌道器繪制的火星地形圖與自身視覺系統具備了類似的能力，通過對周圍環境進行實時分析，來輔助自主導航和路徑規劃。

為大幅提升航天計算系統的能力，2021 年，NASA 啟動了“變革性發展計劃”（GCD，Game Changing Development program），并立項研發高性能航天計算（HPSC，High-Performance Spaceflight Computing）項目。該項目的合作伙伴還包括加州理工學院噴氣推進實驗室（JPL）與美國 Microchip 公司。

HPSC 項目的核心是一款現代多核 64 位片上系統（SoC）微處理器，兼具容錯性、原生抗輻射加固特性，并支持高速緩存。它還內置了 240Gbps 的時間敏感以太網交換能力，可支持高速數據傳輸與實時任務調度。

據公開資料，它不僅融合了 SoC 設計技術、容錯與故障恢復機制，同時還采用功耗感知型原生抗輻射加固設計，初期的目標是“每瓦算力較 NASA 現役航天級計算機提升 100 倍以上”。

盡管 SoC 處理器體積小，但包含了計算機的所有關鍵組件，例如中央處理器、計算卸載單元、高級網絡單元、內存和輸入/輸出接口。其可將計算和網絡功能集成于同一芯片中，從而降低成本和復雜性，并提高能效。更重要的是，它采用的是可擴展架構，優勢在于操作人員能夠在需要節約能源時關閉不必要的功能。

圖丨新一代太空計算芯片架構（來源：NASA）

常規的 SoC 一般在智能手機以及平板電腦中應用，如果出現故障可去維修店或者寄回廠家。但深空的環境不同，一旦這款 SoC 遇到問題，在距離地球數百萬（甚至數十億）英里的極端環境下，只能“靠自己”且需要連續穩定運行數年時間。

這項技術的優勢在于，航天器能夠利用 AI 自主實時應對復雜情況和環境，而非依賴人類干預，這對于深空任務分析、存儲海量數據并將其傳輸回地球尤為重要。

據 NASA 消息，這款芯片已于 2025 年中期完成流片，同年晚些時候，代工廠成功制造了首批處理器。

（來源：NASA）

今年 2 月以來，JPL 已啟動持續數月芯片測試，包括輻射測試、熱測試和沖擊測試，同時通過嚴格的功能測試實驗對它們的性能進行評估。在行星天體著陸場景下，往往需要高功耗硬件處理海量的著陸傳感器數據。為最大程度模擬真實任務環境下的運行狀態，研究人員使用基于 NASA 真實任務的高保真著陸場景。

結果顯示，這款處理器不僅能夠正常運行，各項指標的性能更是達到目前使用的抗輻射芯片的 500 倍。此外，該項目還取得了一項里程碑進程，標志著初步拿到了“太空認證”的通行證：這款處理器成功發出第一封題為“Hello Universe”的電子郵件，這也是對早期計算機開發中流行的測試郵件“Hello World”的致敬。

（來源：NASA）

據 NASA 預計，這款處理器將推出兩個版本：一個版本是抗輻射加固型，適用于地球同步軌道、深空及長周期探測任務；另一個版本則是耐輻射型，面向近地軌道衛星。

未來，當這款芯片獲得航天飛行認證后，NASA 計劃將它集成到地球軌道飛行器、火星探測車、載人飛船和深空任務的計算硬件中。

這款高性能航天計算處理器由美國 Microchip 公司制造，目前，該公司已向美國國防和商業航天領域的早期合作伙伴提供了樣品。得益于這款芯片的多功能性，它不僅可用于支持 NASA 在太空領域的探索，同時也可能為成為地球上眾多領域的變革性工具。

根據 Microchip 公司計劃，該技術將應用于航空和汽車制造等領域。其潛在應用還包括工業自動化、邊緣計算、以太網數據傳輸、人工智能，甚至物聯網網關（用于連接各種通信技術）。

這款芯片帶給我們的并不是單點的技術進步，更是提供了一種更廣闊的可能性：未來的探測器可能不再是被動等待地球指令的機器，而成為可自主判斷、自主分析甚至自主決策的太空智能體。

參考資料：

https://www.jpl.nasa.gov/news/hello-universe-nasas-next-gen-space-processor-undergoes-testing/

https://www.nasa.gov/game-changing-development-projects/high-performance-spaceflight-computing-hpsc/

https://www.nasa.gov/news-release/nasa-awards-next-generation-spaceflight-computing-processor-contract/

排版：劉雅坤

注：封面/首圖由 AI 輔助生成