NASA造出太空最强芯片：性能提升500倍

当大模型已经能写代码、生成视频，让人意想不到的是，在条件极为苛刻的太空环境中，美国航空航天局（NASA）的深空探测器搭载的仍然是二三十年前的处理器。

随着 NASA 深空任务复杂度不断提升，航天器对机载计算能力、自主性与可靠性的要求也越来越高，航天计算系统的升级成为亟待解决的问题。

直到最近，NASA 新一代太空计算芯片的关键测试打破了这一局面，依托该芯片，研究人员成功发出第一封题为“Hello Universe”（你好，宇宙）的电子邮件。

这款抗辐射加固处理器兼具容错性和灵活性的优势，特别值得关注的是，初期测试结果显示，其部分性能指标相比现役航天抗辐射芯片提升约 500 倍，通过模拟太空环境测试，显著提升了航天器自主运行能力。

它有望支持机载 AI 实时应对突发情况，通过更快的数据分析与处理加速科学发现。更长远地来看，还可能为宇航员的登月和火星任务提供支持。

（来源：NASA）

与地球环境相比，芯片在太空环境面临更严苛的挑战，例如，电磁辐射和极端温度波动会对电子元件造成长期损害，而来自太阳和星际空间的高能粒子是导致计算故障的原因之一。

由于与地球通信存在时间延迟，地球轨道以外的任务对星载计算资源提出了更高的要求，这种通信延迟使许多太空活动需要自主且实时地在星载设备上运行。

为了实现这些自主能力，航天器需要在太空环境下运行大量复杂计算任务，包括高级自主性、AI 和机器学习、图像和信号处理、数据流管理以及目标检测和分类。

是否具备自主性对计算能力来说尤为重要，例如决定火星车穿越地形的速度，或独立分析图像。例如，“毅力号”火星车结合轨道器绘制的火星地形图与自身视觉系统具备了类似的能力，通过对周围环境进行实时分析，来辅助自主导航和路径规划。

为大幅提升航天计算系统的能力，2021 年，NASA 启动了“变革性发展计划”（GCD，Game Changing Development program），并立项研发高性能航天计算（HPSC，High-Performance Spaceflight Computing）项目。该项目的合作伙伴还包括加州理工学院喷气推进实验室（JPL）与美国 Microchip 公司。

HPSC 项目的核心是一款现代多核 64 位片上系统（SoC）微处理器，兼具容错性、原生抗辐射加固特性，并支持高速缓存。它还内置了 240Gbps 的时间敏感以太网交换能力，可支持高速数据传输与实时任务调度。

据公开资料，它不仅融合了 SoC 设计技术、容错与故障恢复机制，同时还采用功耗感知型原生抗辐射加固设计，初期的目标是“每瓦算力较 NASA 现役航天级计算机提升 100 倍以上”。

尽管 SoC 处理器体积小，但包含了计算机的所有关键组件，例如中央处理器、计算卸载单元、高级网络单元、内存和输入/输出接口。其可将计算和网络功能集成于同一芯片中，从而降低成本和复杂性，并提高能效。更重要的是，它采用的是可扩展架构，优势在于操作人员能够在需要节约能源时关闭不必要的功能。

图丨新一代太空计算芯片架构（来源：NASA）

常规的 SoC 一般在智能手机以及平板电脑中应用，如果出现故障可去维修店或者寄回厂家。但深空的环境不同，一旦这款 SoC 遇到问题，在距离地球数百万（甚至数十亿）英里的极端环境下，只能“靠自己”且需要连续稳定运行数年时间。

这项技术的优势在于，航天器能够利用 AI 自主实时应对复杂情况和环境，而非依赖人类干预，这对于深空任务分析、存储海量数据并将其传输回地球尤为重要。

据 NASA 消息，这款芯片已于 2025 年中期完成流片，同年晚些时候，代工厂成功制造了首批处理器。

（来源：NASA）

今年 2 月以来，JPL 已启动持续数月芯片测试，包括辐射测试、热测试和冲击测试，同时通过严格的功能测试实验对它们的性能进行评估。在行星天体着陆场景下，往往需要高功耗硬件处理海量的着陆传感器数据。为最大程度模拟真实任务环境下的运行状态，研究人员使用基于 NASA 真实任务的高保真着陆场景。

结果显示，这款处理器不仅能够正常运行，各项指标的性能更是达到目前使用的抗辐射芯片的 500 倍。此外，该项目还取得了一项里程碑进程，标志着初步拿到了“太空认证”的通行证：这款处理器成功发出第一封题为“Hello Universe”的电子邮件，这也是对早期计算机开发中流行的测试邮件“Hello World”的致敬。

（来源：NASA）

据 NASA 预计，这款处理器将推出两个版本：一个版本是抗辐射加固型，适用于地球同步轨道、深空及长周期探测任务；另一个版本则是耐辐射型，面向近地轨道卫星。

未来，当这款芯片获得航天飞行认证后，NASA 计划将它集成到地球轨道飞行器、火星探测车、载人飞船和深空任务的计算硬件中。

这款高性能航天计算处理器由美国 Microchip 公司制造，目前，该公司已向美国国防和商业航天领域的早期合作伙伴提供了样品。得益于这款芯片的多功能性，它不仅可用于支持 NASA 在太空领域的探索，同时也可能为成为地球上众多领域的变革性工具。

根据 Microchip 公司计划，该技术将应用于航空和汽车制造等领域。其潜在应用还包括工业自动化、边缘计算、以太网数据传输、人工智能，甚至物联网网关（用于连接各种通信技术）。

这款芯片带给我们的并不是单点的技术进步，更是提供了一种更广阔的可能性：未来的探测器可能不再是被动等待地球指令的机器，而成为可自主判断、自主分析甚至自主决策的太空智能体。