# NASA與Microchip聯手打造下一代太空運算晶片　RISC-V架構瞄準百倍效能躍升

深空探測迎來智慧化轉型　HPSC晶片從「保守可靠」走向「高效智慧」

在廣袤無垠的宇宙深處，通訊延遲成為人類探索的最大瓶頸之一。從地球操控火星探測器，信號往返需耗時數十分鐘；登陸月球背面時，地面指揮中心更是鞭長莫及。長期以來，太空運算晶片受限於嚴苛的輻射環境與可靠性的嚴苛要求，效能遠遠落後於地面技術。然而，這一局面即將改寫。

美國太空總署（NASA）與微晶片科技（Microchip Technology）攜手開發的「高效能太空飛行運算」（High-Performance Spaceflight Computing，簡稱HPSC）系統單晶片，採用開源RISC-V指令集架構，運算效能預估將較現有太空級處理器提升百倍。這款代號PIC64-HPSC1000的晶片，瞄準未來月球南極基地、火星載人任務乃至深空探測的自主人工智慧運算需求，標誌著太空運算從「保守可靠」走向「高效智慧化」的關鍵轉型。

從阿波羅電腦到百倍算力　太空運算的世紀飛躍

回顧歷史，太空運算的起源可追溯至1960年代的阿波羅導航計算機（Apollo Guidance Computer），這款僅重32公斤的裝置肩負起人類登月的重任。數十年來，抗輻射加固處理器一直是NASA各項任務的核心支柱，然而隨著任務複雜度與飛行時間持續攀升，現有運算能力已漸漸不敷所需。

NASA噴射推進實驗室（JPL）HPSC計畫經理吉姆·韋伯指出：「我們正在進行一連串測試，包括抗輻射測試、震動測試與熱循環測試，同時也透過嚴格的效能測試來評估這款處理器。」根據NASA官方資料，HPSC處理器整合了兩個SiFive X288核心叢集，每個叢集包含四個X280 RISC-V核心，並配備向量處理單元，能夠支援向量擴展標準（RVV），可加速人工智慧與機器學習工作負載。

今年二月，HPSC晶片達成重要里程碑——首次成功傳送電子郵件，主旨列為「Hello Universe」（你好，宇宙），向電腦發展初期經典的測試訊息致敬。此後數月，JPL持續進行各項測試，初步結果顯示效能達到現有抗輻射晶片的500倍，遠超最初的百倍預期目標。

RISC-V開源架構打破封閉供應鏈　抗輻射設計守護深空任務

HPSC的核心設計採用開源RISC-V指令集架構，這項選擇具有深遠的戰略意義。傳統太空級晶片長期由少數廠商壟斷，不僅價格昂貴，供應鏈亦相對封閉。RISC-V的開放特性允許全球開發者共同參與生態系建置，為此計畫注入了前所未有的創新活力。

微晶片工程師在開發過程中，採用「抗輻射強化設計」（Radiation-Hardened by Design，RHBD）方法，融合多種輻射加固設計技術。晶片在GlobalFoundries 12LP+（12奈米先進製程）晶圓廠製造，具備承受高達200千拉德總離子劑量與78 MeV·cm²/mg單一事件鎖定免疫的能力。更關鍵的是，HPSC整合了八核心處理架構、240 Gbps時序敏感網路（TSN）乙太網路交換器、PCIe Gen 3與CXL 2.0介面，以及後量子密碼學安全功能，為未來太空任務提供全方位的運算與通訊能力。

這款晶片內建一個名為「系統控制器」的永續運作區塊，是全機抗輻射能力最強的區域。它擁有獨立的記憶體、輸入輸出介面與網路晶片互連，專責系統健康狀態監控、錯誤偵測、電源管理與安全監控，確保在最嚴苛的宇宙輻射環境中維持可靠運作。

自主AI與即時決策　太空探索的下一個十年

HPSC的設計目標不僅是提升運算效能，更是為了解放太空船的自主能力。在深空任務中，通訊來回延遲可能長達數十分鐘，地面控制中心無法即時干預。HPSC能夠在太空船上執行進階自主任務、人工智慧推理、影像訊號處理、資料流管理與物體偵測分類等關鍵工作負載，使探測器在脫離地球控制的情況下，仍能獨立判斷並回應複雜情境。

從月球南極的水冰開採基地，到火星表面的首批人類前哨站，再到穿越木星衛星的神秘地帶——這些願景的實現，都需要運算效能的大幅提升。HPSC採用可擴展的架構設計，未使用的功能區塊可以關閉以節省電力，同時內建的連續系統健康監控與整合式安全控制器，確保這些複雜操作的安全可靠。

NASA太空技術任務理事會遊戲改變發展計畫辦公室與JPL共同主導HPSC的端對端成熟化工程，從任務需求制定、產業研究經費資助、供應商選擇與合約簽訂，到設計審查與產品生命週期管理，提供全方位指導。微晶片將在計畫完成後，以PIC64-HPSC1000-RH（輻射加固飛行模型）與PIC64-HPSC1000-EM（工程模型）兩種版本商業化供應，為更廣泛的國防與商業航太產業提供服務。

全球供應鏈重構與開放協作的新時代

HPSC計畫的成功，不僅代表NASA在太空運算領域的重大突破，更象徵一種全新公私合作模式的誕生。此計畫由NASA、微晶片與涵蓋學術界與產業界的廣泛合作夥伴共同推動，被視為強化美國本土航太運算領導地位、鞏固供應鏈韌性與安全性、刺激區域經濟發展與高科技人才培育的戰略舉措。

在全球太空產業競爭日益激烈的當下，從SpaceX的星艦到中國的載人登月計畫，各國無不在深空探索領域展開激烈較量。HPSC的誕生，為NASA在這場新世紀的太空競賽中奠定厚實的技術基礎，也為未來的月球村與火星基地開啟了智慧化的可能。從「Hello Universe」的第一封測試郵件，到真正征服星辰大海的願景，人類正站在太空運算革命的歷史轉捩點上。

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**參考來源：** 1. NASA官方網站 - High Performance Spaceflight Computing (HPSC) 計畫說明（https://www.nasa.gov/game-changing-development-projects/high-performance-spaceflight-computing-hpsc/） 2. NASA技術專區 - Hello Universe: NASA's Next-Gen Space Processor Undergoes Testing（https://www.nasa.gov/technology/hello-universe-nasas-next-gen-space-processor-undergoes-testing/） 3. NASA STMD - NASA and Industry Advance High-Performance Spaceflight Computing（https://www.nasa.gov/directorates/stmd/nasa-industry-advance-high-performance-spaceflight-computing/） 4. 微晶片科技官方網站 - PIC64-HPSC1000 產品規格（https://www.microchip.com/en-us/product/pic64-hpsc1000） 5. NASA HPSC白皮書 - 技術規格與設計理念（https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/07/hpsc-white-paper-tmg-26jun2024-final.pdf）