在歐空局將其第一個 RISC V 測試處理器送入太空三週後，美國太空總署宣布將在同一微架構上開發其未來的太空電腦。這似乎比以往任何時候都更能代表未來的處理器架構。無論是在太空還是在地球上。
NASA 的下一個高效能處理器不會是12代酷睿。也不是 ARM iPhone 晶片。當然也不是像 Perseverance 或 JWST 那樣的 PowerPC 晶片。不，未來的晶片高效能航太運算美國機構應該部署“比目前太空電腦的功率高出一百倍» 將擁有基於完全不同的微架構（稱為 RISC V）的核心。
同樣的故事也發生在我們美麗的歐洲。 RISC V不僅被選為目前使用的SPARC的後繼者，也是第一個FPGA使用這種微架構進行程式設計現已在太空飛行了三週。這意味著幾年後，世界上最大的兩個航太機構執行關鍵任務的所有晶片都將在相同的指令集上運行。
要了解此訊息的重要性，您需要了解（一點）RISC V 是什麼以及該架構所包含的內容。您還需要了解（這裡也有一點）當前的太空晶片，以及它們受到的特定限制。為此，我們還必須了解（我保證有一點！）這些架構的當前背景。
開始了 ？準備好第一次起飛了嗎？目的地：走向（幾乎）無限和超越。誰知道呢，太空運算的未來也許會伴隨著地面運算的未來。
目前的太空處理器已成為化石
沒有人聽到空間處理器的尖叫聲。在這種惡劣的環境中，矽片受到考驗。由於我們的星球缺乏強大的電磁保護，宇宙輻射會破壞晶片並導致位元「跳躍」。儘管在紙面上看起來無害，但這種從“0”到“1”（反之亦然）的轉換（稱為位元“翻轉”）可以使任何經典電腦系統崩潰。但不是各航太機構使用的晶片。無論其微架構如何，這些晶片一方面都是防輻射的，另一方面是為了冗餘和安全（硬體和軟體）而設計的。
在美國方面，太空任務選擇的處理器是 RAD750。這款晶片是過去二十年真正的“主力”，如今驅動毅力號火星車或詹姆斯韋伯太空望遠鏡，它基於 PowerPC，而 PowerPC 為第一台 iMac 提供了動力！這款主頻為 233 MHz 的處理器在推出時功能強大，已經證明了自己……但它極大地限制了板載運算能力。
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歐洲太空計畫有自己的主權處理器架構，稱為 LEON。基於更奇特的技術 SPARC（Sun Microsystems 晶片的先鋒），LEON 用於許多晶片，其中旗艦產品是 GR740。該晶片基於四個 LEON4 內核，其版本的時脈頻率為…250 MHz。強壯的 ？是的。強大的？並不真地 ！為未來而建？絕對不是。因為LEON和PowerPC一樣，基於32位元版本的架構，阻礙了功耗的增加。比 PowerPC 更令人煩惱的是：SPARC 架構被放棄，Sun 和 Fujitsu 都認輸了。
因此，美國太空總署和歐洲太空總署目前的太空晶片非常可靠且經過驗證。他們依賴強大的、主權的供應鏈和軟體鏈。但它們都在消亡，很少或根本沒有實業家對其進行投資，這阻礙了規模效應。並禁止展望未來。
然而，空間更新對運算能力的需求龐大。
太空征服的未來需要力量
太空世界正處於混亂之中。有的是ESA 我測試了英特爾 VPU購買了現成的微型氣象衛星。還有HPE，與 NASA 一起測試和驗證了小型太空超級計算機在國際站。或者是火星無人機 Ingenuity，它幾乎可以在這顆紅色星球上自主飛行，這要歸功於到舊的智慧型手機晶片。這三個項目使用未屏蔽輻射的“地面”組件。這就是為什麼他們只運行實驗性項目，甚至在 Ingenuity 的情況下運行次要項目。但它們證明了航太工業正在尋求更多的動力。
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為了讓您了解電腦或智慧型手機中的晶片與 RAD750 和其他 LEON 4 中的晶片之間的功率差異，請考慮 Ingenuity。美國太空總署的無人機與其老大哥毅力號火星車同時抵達火星。雖然後者最強大的處理器是老式的 RAD 750，Snapdragon 801 的獨創性。這款 SoC 於 2014 年發布，是一款 28 奈米製程的四核心 ARM 晶片。這款舊晶片配備了高達 2.3 GHz 的 CPU 部分和高達 578 MHz 的 Adreno 330 GPU。摩托羅拉 Moto X（第二代）等索尼 Xperia Z3完全超越目前任何中階處理器。不過，它的力量已經足以讓Ingenuity在火星上自主飛行。事實證明比整體性毅力號火星車上的晶片！
在自主駕駛的需求、太空數據傳輸協議的限制、科學儀器（影像感測器等）清晰度和解析度的提高之間，太空世界必須改變齒輪。但為什麼不直接使用地球上已經可以使用的東西，例如我們例子中的智慧型手機晶片，並將其適應太空呢？
x86 和 ARM 沒有機會
兩種晶片微架構統治著我們的世界：x86 和 ARM。當您開啟PC時，當您要求Netflix向您發送視訊時，您的電腦（非Mac）和遠端資料中心通常都基於Intel或AMD晶片。基於 x86 微架構的處理器已有 40 年歷史。
無論您是在連網電視上啟動 Disney+、在智慧型手機上閱讀還是查閱汽車的車載計算機，使用 ARM 微架構的晶片都會變得栩栩如生。由於其許可製度，後一種架構也在許多市場中隨著力量的增長而不斷增長——看看蘋果轉向 M1 和 M2 晶片的情況。
x86 和 ARM 這兩個夥伴主宰著地球世界。兩者都有各自的優勢：在 x86 上，具有巨大的軟體相容性和出色的可擴展性。 ARM 具有最佳的效能功耗比，任何支付授權費用並擁有技能的公司都可以建立內部晶片。此外，這兩種架構是每年生產數十億晶片的來源——足以從規模效應中受益。然而，他們（絕對）沒有機會被太空當局選中。
不是因為它們的結構——儘管現在 x86 的性能/瓦特比並不佔優勢——而是因為一個更具政治性的原因：主權。儘管英特爾聲稱其 IFS 服務現在可以設計具有 x86 CPU 位元的晶片，但所有 x86 智慧財產權都屬於英特爾（某種程度上也屬於 AMD）。
至於ARM，儘管這家英國公司聲稱擁有500個客戶，並允許蘋果等公司設計自己的CPU內核，但指令仍是該公司的財產。像高通這樣的巨頭，它是ARM最大的客戶之一事實上目前的成本。美國太空總署和歐洲太空總署都需要掌握自己的技術，不能受歷史或這個或那個公司的慾望的擺佈。
這就是 RISC V 的用武之地。
RISC V：開放、協作與（潛在）主權
雖然日常實現起來很困難，但我們晶片的架構實際上受到了準壟斷企業的善意影響。相比之下，RISC V 不屬於任何人。該計畫源自於一個教授學生設計 RISC 型晶片的大學項目，於 2020 年被置於瑞士法律下的一個基金會的控制之下。此舉是在美國未能阻止 ARM 向華為授權之後採取的，此舉使指令集免受政府乾預。
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這使得 RISC V 成為唯一開放、合作的微架構。無論您是誰，您都可以學習如何操作指令、設計自己的處理器核心。並且透過將晶體管的排列或核心的結構變成你的財產來出售這種專有技術。無法阻止其他人使用這些相同的指令。在治理方面，許多公司影響不同指令集的開發，類似 Linux 核心的開發方式。
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創新的良性循環佔據了一些軟體配方開源應用於材料。也見證了像這樣的新演員的誕生美國SiFive，該公司上週獲得了 5000 萬美元的預算，用於開發未來的 CPU 核心。
SiFive也是第一家推出可供大眾輕鬆購買的RISC V處理器的公司，它的崛起勢頭如此之大，以至於去年甚至有被英特爾收購的傳言。該公司所取得的各種成功賦予了它足夠的實力和經驗，可以用來開發經過驗證的 CPU 核心。 RISC V 開放性的優勢就在這裡：NASA 可以因此對心臟進行幹預並了解它們是如何運作的。並且在智慧財產權供應商發生變化的情況下，NASA可以更輕鬆地更換CPU核心技術供應商。
兩個航太機構選擇 RISC V 的有趣之處在於，儘管 NASA 和 ESA 之間能夠形成更強大的協同效應。雖然 PowerPC 對於歐洲機構來說太美國化，必須避免受到友善大陸的控制，但這次 ESA 將能夠直接與 NASA 對話。例如，在擴充集或通用軟體上。事實上強化了RISC V的發展空間權重。
RISC V 必須成熟，但它是未來
除了越來越多的製造商投入數千萬美元用於晶片開發之外，RISC V 的未來還有另一個關鍵資產：轉向這種微架構的開發人員數量也在增加。隨著運行在 PowerPC 晶片上的「陸地」機器越來越少（更不用說 SPARC 沙漠了），RISC V 社區正在爆炸式增長。使其成為事實上的“未來建築”，至少對於太空而言。從已經工業化生產的 CPU 以及正在全面開發的 AI 加速器或 GPU 的角度來看，都是如此。
這並不意味著ARM（完全成熟）或x86（擁有40年的歷史並控制當前PC的90％）將在一夜之間消失。就像自然因多樣性而繁榮一樣，技術也是如此。處理器微架構也不例外。特別是由於RISC的基礎知識和RISC V的理念已經很老了，RISC V標準是僅次於x86和ARM的嬰兒。
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在標準方面，它必須不斷發展。從形式和理論的角度來看，以及有能力負責它的參與者的數量。不同的軟體生態系統也必須圍繞這些晶片的設計（設計、驗證、生產）和使用（作業系統、驅動程式、API、SDK 等）進行整合。
對於太空來說，還需要選擇和開發正確的輻射屏蔽製造流程（雕刻精細度、材料等），這對於組件在太空電磁地獄中的生存至關重要。雖然晶片設計可能需要時間，但硬體和軟體認證通常需要更長的時間。
但有一點是肯定的：在當前動盪的地緣政治背景下，許多牌正在重新洗牌，RISC V 的開放和協作地位一直是航天機構尋求控制其未來和主權的主要武器。
