FPGA的星辰大海

編者按

時下風頭正盛的DeepSeek,正值喜好宏大敘事的米國大統領二次上崗就業,OpenAI、軟銀、甲骨文等宣布投資高達5000億美元“星際之門”之際,對比尤為強烈。

某種程度上,,是低成本創新理念的直接落地。

包括來自開源社區的諸多贊譽是,并非體現技術有多“超越”,而是讓更多的人可以直接體驗,把通往AGI的門票,從奢侈品變成了日用品。

四十年前的上世紀八十年代初,美國發起的星球大戰,高昂的重金投入比拼,是否是直接“拖垮"另一個帝國的關鍵要素姑且不論,航天領域的低成本創新模式從未間斷,雖然沒那么引人注目,但在持續進展過程中。

一直延續到現在的AI時代。

性能卓越但又足夠“脆弱”的SRAM FPGA芯片,能夠在穩健到近乎保守的航天市場,占據獨特地位,并成為現代先進飛行器的關鍵使能技術,“低成本”是其大獲成功的主要因素。

作者在其數十年從業經歷中,全程見證并親身參與以上過程,,是直接推動FPGA、特別是高性能SRAM FPGA,在航天領域應用的先行者、行動派和旗手之一。

本文代表了當時項目甲方(NASA JPL)視角,發表于“勇氣號”和“機遇號”成功登陸之際,兩大火星車項目作為SRAM FPGA進入航天領域并打響名聲的開山之作,遠超設計預期。

本以為是巔峰,哪知才是序曲。

圖片

從最先只敢使用Actel公司的絕對高可靠反熔絲芯片(Anti-fuse FPFA),到賽靈思的耐輻射SRAM FPGA成為主處理器,再到普通工業級FPGA也可以上天,小荷已露尖尖角。

隨著以專用故障注入測試設備XRTC、仿真加速FVAX項目等技術日趨成熟,推廣使用,以此為基石,NASA研發的第一代空間高性能計算機SpaceCube,使用賽靈思普通商用級FPGA芯片(Virtex-4 FX60),提供關鍵交匯對接信號,完成哈勃望遠鏡的維修任務。

如果使用傳統方式完成同樣的工作,需要的抗輻射計算機將多達25臺。

而軟件定義彈性計算的初創企業Resilient Computing公司,則是更進一步,將低成本創新、快速部署概念繼續深化。

使用的是價格更便宜的商用7A200T,也是賽靈思面向追求性價比的汽車電子行業的重點芯片器件,在只有21.5K LCs的FPGA上,直接對內嵌的RISC-V軟核進行加固。

除了現在應用在低軌衛星,預期遠至月球的深空探測任務也能使用。

系列產品已經過多次飛行實驗驗證,并獲得NASA創新挑戰賽大獎,在商業航天時代即將結出碩果。

僅從芯片器件層面,目前直接對標7A200T的諸多國產廠商,包括安路科技的鳳凰PH1A180,有可能第五家、也是第二家“純血FPGA”上市公司的紫光同創的PG2L200H,以及眾多國產廠商可以做到的事。

隨著近地軌道衛星的快速發展,航天產業正經歷著前所未有的擴張,同時也催生出全新的功能和服務。

FPGA芯片硬件層面的供給充足,現在又是計算機體系結構的黃金時代,為國內在應用層級進行系統級創新應用,成為可能。

無需只是單方面依賴工藝復雜且價格昂貴的抗輻宇航級芯片。

不管是像研發類似NASA的空間高性能計算機 SpaceCube,還是Resilient Computing公司的高效能嵌入式計算機,以及微芯科技接手的被視為改變游戲規則的HPSC。

有網友感嘆FPGA“看來是”錯過了AI紅利?可以很肯定的說,并非如此!

包括人工智能領域在內的高性能計算機,背后的芯片算力之爭,如果說地面上是GPU的天下,那么在航天領域,則是高性能SRAM FPGA做主。

包括在AI時代,如何平衡空間計算芯片的SWaP-C指標與高性能計算需求,同時實現抗輻射性能的突破,以推動太空AI計算平臺的發展?

就像已經進入到空間人工智能的SpaceCube 3.0那樣,直接對AI程序中的CPU指令集進行加固,

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