小型衛(wèi)星不僅需要具備精密計(jì)算的能力，還必須搭載可靠而穩(wěn)健的機(jī)載處理器系統(tǒng)，以支撐長(zhǎng)達(dá)五至十年的在軌任務(wù)周期，這一需求不斷逼近最新超深亞微米 FPGA 和 ASIC 及其供電網(wǎng)絡(luò)的極限。高性能處理器對(duì)低電壓、大電流供電提出了嚴(yán)苛要求，而太空環(huán)境中散熱管理與輻射防護(hù)的復(fù)雜性，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

為此，Spacechips 推出了AI1 處理器 —— 一款搭載 ACAP（自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)）AI 加速器的小型機(jī)載處理器卡。該智能可重構(gòu)收發(fā)器的性能高達(dá)每秒 133 萬(wàn)億次運(yùn)算（TOPS），可為新一代對(duì)地觀(guān)測(cè)、在軌服務(wù)/組裝/制造（ISAM）、信號(hào)情報(bào)（SIGINT）、情報(bào)監(jiān)視偵察（ISR）及通信等應(yīng)用提供支持，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自主計(jì)算，同時(shí)確保可靠性與持久性，以完成長(zhǎng)期任務(wù)。

Spacechips 首席執(zhí)行官 Rajan Bedi 博士指出：“許多衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商根本沒(méi)有足夠的射頻頻譜帶寬，無(wú)法下載所有采集到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。在這種情況下，一個(gè)替代方案是在軌完成數(shù)據(jù)處理，并僅下載智能分析結(jié)果。”

更強(qiáng)大的處理能力催生太空與地面的創(chuàng)新應(yīng)用

如今，近地軌道觀(guān)測(cè)航天器大約每十分鐘就可以對(duì)特定區(qū)域建立一次視距連接。如果利用 AI 算法填補(bǔ)衛(wèi)星觀(guān)測(cè)盲區(qū)，當(dāng)與地球無(wú)法建立視距通信時(shí)，應(yīng)急管理團(tuán)隊(duì)將能更快作出更明智的決策。Spacechips 正利用這些強(qiáng)大的人工智能計(jì)算引擎，賦能在軌 AI，解決地球與太空相關(guān)的各類(lèi)問(wèn)題：

追蹤太空碎片，避免代價(jià)高昂的碰撞

監(jiān)測(cè)關(guān)鍵任務(wù)航天器的系統(tǒng)健康狀況

識(shí)別惡劣天氣模式

報(bào)告農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)的關(guān)鍵降雨數(shù)據(jù)

圖1借助 Spacechips AI1 處理器，在軌AI能夠探測(cè)野火、火山活動(dòng)或工業(yè)事故等導(dǎo)致的溫度異常現(xiàn)象。這有助于應(yīng)急管理團(tuán)隊(duì)更快速、更精準(zhǔn)地判斷哪些火災(zāi)高發(fā)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)最高。

Vicor 分比式電源架構(gòu)實(shí)現(xiàn)大電流、低電壓供電

鑒于太空嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境，AI 賦能的計(jì)算對(duì)精密電源管理有著迫切需求。而隨著任務(wù)數(shù)量、范圍和種類(lèi)不斷擴(kuò)大，所需航天器類(lèi)型日趨多樣，且愈發(fā)依賴(lài)太陽(yáng)能等形式來(lái)保障充足電力，這一需求變得更為復(fù)雜。

為此，Spacechips 與 Vicor 合作，采用高密度電源模塊，將 Vicor 分比式電源架構(gòu)™（FPA™）集成到 Spacechips AI1 處理器板中。FPA 是一種將 DC-DC 轉(zhuǎn)換功能拆分為多個(gè)獨(dú)立模塊的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 Vicor 的耐輻射模塊中，母線(xiàn)轉(zhuǎn)換器模塊（BCM®）提供隔離功能并將電壓降至 28V，而前置穩(wěn)壓器模塊（PRM™）則為電壓轉(zhuǎn)換模塊（VTM™）或電流倍增器提供穩(wěn)壓支持，隨后 VTM™ 負(fù)責(zé)完成 28V 至 0.8V 的電壓轉(zhuǎn)換。

Bedi 博士認(rèn)為，Vicor 解決方案的價(jià)值在于其體積小巧且功率密度高。這種設(shè)計(jì)可縮小尺寸，減輕重量，提升效率與靈活性，尤其在高性能計(jì)算應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。

通過(guò)采用 Vicor 的 FPA 供電系統(tǒng)，Bedi 正在幫助電信和信號(hào)情報(bào)（SIGINT）運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在軌處理，使其能夠根據(jù)實(shí)時(shí)流量需求自主調(diào)整射頻頻率方案、信道劃分、調(diào)制方式及通信標(biāo)準(zhǔn)。Vicor 電源轉(zhuǎn)換器模塊還采用雙動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為容錯(cuò)性極低的航天應(yīng)用提供內(nèi)置冗余，確保動(dòng)力系統(tǒng)的每一側(cè)均能獨(dú)立滿(mǎn)載運(yùn)行。

圖2 Vicor 分比式電源架構(gòu)（FPA™）將 DC-DC 轉(zhuǎn)換功能拆分為多個(gè)獨(dú)立模塊。通過(guò)采用耐輻射模塊，BCM® 母線(xiàn)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)隔離功能，PRM™ 穩(wěn)壓器提供穩(wěn)壓功能，而 VTM™ 電流倍增器完成直流轉(zhuǎn)換。該架構(gòu)顯著提升了系統(tǒng)效率、靈活性及功率密度，尤其適用于高性能計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景。

Bedi 說(shuō)道：“Vicor 的 FPA 提供了一個(gè)非常精致、高效且小巧的解決方案。其優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)超市場(chǎng)上的其他方案，領(lǐng)先不止一個(gè)量級(jí)。”

Spacechips 與 Vicor 強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，共同設(shè)計(jì)出目前在軌功率密度最高、可靠性最強(qiáng)的處理器板。AI1 板具有耐輻射、堅(jiān)固耐用且體積小巧等特點(diǎn)，為電源處理樹(shù)立了新標(biāo)桿，為“新太空”時(shí)代的下一代計(jì)算與應(yīng)用設(shè)計(jì)開(kāi)啟新的可能。