定制芯片架构大幅降低空间望远镜计算功耗

据美国密歇根大学官网4日消息，该校研究人员设计出一种基于静态随机存取存储器（SRAM）的定制芯片架构，可将未来空间望远镜计算功耗降至原来的约1/59，有望降低航天器发射任务成本。该研究成果将于本月召开的IEEE空间计算会议上发表。

研究人员指出，未来空间任务面临的挑战并非单纯缺少计算能力，而是传统计算架构中数据在存储器和处理器之间频繁传输带来的巨大能耗。针对这一问题，团队提出了两种“存储器中心型”芯片架构。其中一种方案采用27颗高带宽存储器芯片，每颗芯片由16颗堆叠式动态随机存取存储器（DRAM）芯片组成，并连接定制处理器。另一种方案则采用56颗定制芯粒，每颗芯粒集成约2GB分布式SRAM，将计算资源与存储资源进一步靠近，以减少数据搬运。

研究人员以美国国家航空航天局提出的“宜居世界天文台”为应用场景，对未来空间望远镜所需计算系统进行了优化设计。该望远镜计划用于寻找太阳系外行星上的生命迹象，需要通过高精度光学系统校正微小畸变，遮挡恒星强光，从而捕捉周围暗淡的行星信号。

模拟结果显示，基于SRAM的芯片架构可显著降低空间望远镜计算系统的功耗。研究人员首先将功耗降低至90瓦，随后通过降低部分数据计算精度的方法，在不影响关键错误检测能力的情况下，进一步将功耗降至51瓦。

相比传统GPU计算系统约3000瓦的功耗需求，这一方案将能耗降至约1/59。采用该芯片架构后，航天器质量有望从1100公斤减至约193公斤。由于航天发射成本与载荷质量密切相关，研究人员认为，这一减重效果将使一项持续25年的空间任务节省约4.3亿美元。此外，研究人员还测试了芯片抵御太空辐射的能力。他们通过1万次模拟实验，评估宇宙辐射导致二进制数据翻转时系统的稳定性。