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RISC-V成为宇航级芯片的最优选?

分享于 2021-10-29 09:43:25
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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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