什么样的计算技术将推动未来的太空探索？

A close-up of the Microchip PolarFire SoC Icicle Kit development platform  MICHAEL CANNIZZARO/NSF-SHREC

最近的一项分析表明RISC-V可能能够胜任这项任务。

本文是我们与IEEE Xplore合作的独家IEEE Journal Watch系列的一部分。

每一次成功的太空任务的核心都是一个复杂而有能力的计算机系统。

在20世纪60年代，相对基本的计算系统将人类带到了月球。最近，Parker探测器到达了太阳炙热的边缘，Voyager号探测器完全离开了太阳系。当然，随着一代又一代的太空探测器的问世，计算机已经跟随摩尔定律向着更小、更快、更便宜的系统发展。

但是，问题依然存在：哪种计算系统最能服务于人类未来更雄心勃勃的太空探索？

即便是对于地球上的应用，开发尺寸、重量、功率和成本都合适的计算机也是一项挑战。通常，实现这些理想特性中的一个会是以牺牲另一个为代价的。例如，功能更强大的计算系统往往能效更低。

NSF Center for Space，Resilient Computing (NSF-SHREC)的博士研究员Michael Cannizzaro解释说：“在空间处理应用中，这些权衡更为关键，因为大量数据需要在严格的执行时间和功耗限制下进行处理。”

Cannizzaro一直在研究和比较不同的空间应用计算架构，并缩小了选择范围。作为去年夏天完成的硕士论文的一部分，他建议最近越来越受欢迎的RISC-V-可以成为未来空间任务的一个有吸引力的选择。尽管他的论文还尚未出版，但在2021年IEEE IEEE Space Computing会议上获得了最佳论文奖。

根据Cannizzaro的说法，评审们对他独特的分析方法印象深刻，这种方法包括评估在硅上实现的商用处理器中的RISC-V架构。Cannizzaro解释说：“据我所知，由于商用RISC-V硅是如此之新，这是第一次对商用RISC-V芯片进行分析，并将其用于以空间处理为重点的评估。”

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：ARM Cortex-A9、ARM Cortex-A53和POWER e5500。在分析了不同的选择之后，Cannizzaro推荐RISC-V，因为它具有高能效（这对航天任务特别重要）和开源的前提。

有趣的是，Cannizzaro的分析表明RISC-V实际上并没有提供最好的性能特征。ARM Cortex-A53凭借其载体能力实现了这一区别，而RISC-V目前缺乏这种能力。但是Cannizzaro指出RISC-V在不久的将来或将得到向量扩展。“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说，他“非常荣幸获得该奖项”，并计划在这项工作的基础上，将更多的体系结构、处理平台和基准测试纳入他的分析。他还着眼于评估RISC-V的可靠性。

他说：“利用高性能系统很难为空间做出解释，如果该设备不能承受地球大气层之外的恶劣环境，那么可靠性将是另一个需要考虑的关键因素。评估RISC-V硅的可靠性是我希望在未来工作中纳入的内容。”

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