«Привіт, Всесвіте»: наступне покоління космічних процесорів NASA проходить випробування
Процесор проєкту HPSC (High Performance Spaceflight Computing — високопродуктивні космічні обчислення) від NASA, який за розмірами легко вміщується на долоні, поєднує в собі обчислювальну потужність повноцінної системи на кристалі (SoC). Цей процесор нового покоління розроблений спеціально для того, щоб виживати в суворих умовах глибокого космосу, забезпечуючи при цьому колосальний стрибок у швидкості обчислень порівняно з сучасними технологіями космічних апаратів.
Розробка цього високотехнологічного чіпа здійснюється в межах комерційного партнерства. Головна мета проєкту — надати космічним апаратам майбутнього автономні обчислювальні можливості, дозволяючи їм буквально «мислити самостійно».
Чому космосу потрібні нові комп'ютерні мізки?
Сучасні космічні місії досі покладаються на процесори, розроблені багато років тому. Головна причина цього — їхня перевірена часом живучість, здатність протистояти критичним факторам космічного середовища. Однак для подальшого поступу науки застаріла архітектура стає гальмом. Модернізовані чіпи критично необхідні для:
- Створення повністю автономних космічних апаратів;
- Прискорення темпів наукових відкриттів завдяки миттєвому бортовому аналізу даних;
- Підтримки астронавтів під час тривалих пілотованих місій на Місяць та Марс.
«Спираючись на спадщину попередніх космічних процесорів, ця нова багатоядерна система є відмовостійкою, гнучкою та надзвичайно продуктивною», — зазначив Юджин Шванбек, менеджер елементів програми Game Changing Development в Дослідницькому центрі NASA ім. Ленглі (Гемптон, штат Вірджинія). «Прагнення NASA вдосконалювати космічні обчислення — це тріумф технічних досягнень та міжгалузевої співпраці».
Технічне серце проєкту та випробування в JPL
Основою ініціативи HPSC є новий радіаційно стійкий процесор. Його архітектурне завдання — забезпечити номінальну продуктивність, що має зрости щонайменше у 100 разів порівняно з теперішніми бортовими комп’ютерами, зберігаючи стійкість до суворих космічних факторів.
Наразі Лабораторія реактивного руху NASA (JPL) у Південній Каліфорнії проводить комплексну серію тестів, які відтворюють ці загрози в реальних умовах.
«Ми піддаємо ці нові чіпи справжньому випробуванню на міцність, проводячи радіаційні, термічні та ударні тести, а також оцінюючи їхню загальну ефективність у межах суворої кампанії функціонального тестування», — розповідає Джим Батлер, керівник проєкту High Performance Space Computing в JPL.
Головні виклики космічного середовища:
- Електромагнітна радіація та температурні гойдалки: Високоенергетичні частинки від Сонця та міжзоряного простору здатні викликати мікрозбої в електроніці, які змушують апарат переходити в «безпечний режим» (safe mode). У цьому стані всі другорядні системи вимикаються, а місія фактично зупиняється, поки інженери з Землі не надішлють команду виправлення.
- Складні планетарні посадки: Спуск на поверхню інших небесних тіл вимагає миттєвої обробки гігантських масивів даних із посадкових датчиків у реальному часі.
«Для симуляції реальної роботи процесора ми використовуємо високоточні сценарії посадки з реальних місій NASA, які зазвичай вимагають надзвичайно енергоємного обладнання», — додає Батлер. «Це захопливий час для роботи над залізом, яке забезпечить наступні гігантські кроки людства».
Перші результати: перевершуючи очікування
Тестування чіпів в JPL розпочалося в лютому 2026 року і триватиме ще кілька місяців. Перші отримані результати виявилися надзвичайно перспективними. Процесор працює стабільно та демонструє реальну продуктивність на рівні приблизно у 500 разів швидше за радіаційно стійкі мікросхеми, які експлуатуються у космосі зараз.
Своєрідним символічним рубежем для команди став перший електронний лист, надісланий на початку випробувань. У полі теми розробники вказали лаконічне: “Hello Universe” («Привіт, Всесвіте») — витончений омаж легендарному повідомленню “Hello, World”, з якого традиційно починається вивчення мов програмування на Землі.
Обчислювальні суперсили та штучний інтелект
Новий процесор, що отримав позначення PIC64-HPSC, створений корпорацією Microchip Technology Inc. (штат Арізона) у межах комерційного партнерства з JPL, яке стартувало у 2022 році. Компанія самостійно профінансувала власні науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи (НДДКР) для цього проєкту. Перші інженерні зразки вже передані партнерам із раннього доступу в оборонній та комерційній аерокосмічній галузях.
Завдяки інтегрованим векторам обчислень технологія дозволить автономним кораблям використовувати інструменти штучного інтелекту (ШІ) для миттєвого реагування на критичні ситуації безпосередньо на місці подій — там, де затримка сигналу робить допомогу людини з Землі неможливою. Це допоможе автоматичним станціям у глибокому космосі ефективно сортувати, аналізувати та передавати на Землю лише найважливіші терабайти інформації, багаторазово прискорюючи темпи наукових відкриттів.
Що всередині системи на кристалі (SoC)?
Попри те, що чіп легко поміщається на долоні, він поєднує в собі всі ключові елементи повноцінного комп'ютера:
- Центральні процесорні ядра (CPU);
- Спеціалізовані блоки прискорення ШІ-обчислень;
- Передові мережеві модулі;
- Інтегровану пам'ять та універсальні інтерфейси введення/виведення.
Подібна архітектура (System-on-a-Chip) широко використовується в сучасних смартфонах чи планшетах через свою компактність та енергоефективність. Проте звичайний мобільний процесор вийде з ладу в космосі за лічені години. Версія від JPL розроблена для безперебійної роботи протягом десятиліть на відстані в мільйони та мільярди кілометрів від Землі, без найменшої можливості технічного обслуговування чи ремонту.
Трансформація земних технологій
Після проходження фінальної космічної сертифікації NASA планує впроваджувати HPSC у бортові системи навколоземних супутників, марсоходів, житлових космічних модулів та міжпланетних зондів.
Водночас компанія Microchip планує адаптувати архітектуру HPSC для суто цивільних земних галузей. Пріоритетними напрямками стануть:
- Авіаційна безпека: Системи управління польотами нового покоління.
- Автономний транспорт: Надійні автопілоти для безпілотних автомобілів.
Ці земні сфери мають такі ж жорсткі вимоги до електроніки, як і космонавтика: віддалене керування, критичність миттєвих апаратних помилок та повна катастрофічність наслідків у разі відмови системи, коли часу на людське втручання просто немає. Універсальність проєкту HPSC доводить, що інвестиції у космос повертаються у вигляді інноваційних, наднадійних інструментів для покращення життя на нашій рідній планеті.
Про проєкт та його координацію
Проєкт реалізується під егідою програми Game Changing Development (GCD), що входить до складу Управління космічних технологій NASA (STMD) та базується в Дослідницькому центрі Ленглі. Програма GCD разом із Лабораторією реактивного руху (JPL, підрозділ Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені, Каліфорнія) забезпечують повний наскрізний цикл розробки та масштабування технології високопродуктивних космічних обчислень.