Studium der RISC-V-Architektur, um maßgeschneiderte Systeme für Weltraum-Computing zu erstellen

Bildnachweis: University of Pittsburgh

Bei der Auswahl eines Prozessors für Space Computing spielen viele Faktoren eine Rolle: Aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen müssen Entwickler die optimale Balance zwischen Größe, Gewicht, Leistung und Kosten finden. Eine wichtige Variable in diesem Design ist die Prozessorarchitektur, die einen erheblichen Einfluss auf das Gleichgewicht zwischen Leistung und Stromverbrauch haben kann.

Studenten des NSF Center for Space, High-Performance, and Resilient Computing (SHREC) der University of Pittsburgh untersuchten die RISC-V-Architektur für Weltraum-Computing und präsentierten ihre Ergebnisse auf der IEEE Space Computing Conference 2021. Für ihre Arbeit wurden sie mit dem Best Paper Award for Research in Space Computing ausgezeichnet.

“RISC-V ist aufregend, weil es Open Source ist und von der kollaborativen Entwicklung profitiert”, sagte Michael Cannizzaro, Hauptautor des Papiers und Doktorand der Elektro- und Computertechnik. Student an der Pitt’s Swanson School of Engineering. “Es gibt eine große Community, von Einzelpersonen bis hin zu großen Unternehmen, die zu dieser Entwicklung beitragen.”

RISC-Computer mit reduziertem Befehlssatz ist ein effizienterer Computeransatz, der im Vergleich zu anderen Architekturen einen einfachen, optimierten Befehlssatz verwendet. Insbesondere RISC-V wird für seine Modularität gelobt, ein einzigartiges Merkmal, das es von anderen Designs unterscheidet und es Benutzern ermöglicht, individuelle Systeme mit speziellen Funktionen zu ergänzen.

“Bei RISC-V dient der Basissatz von Befehlen im Wesentlichen als Grundlage, auf der ein Prozessordesigner problemlos ein System entwickeln kann, das alle gewünschten Funktionen enthält, ohne unnötige Extras”, erklärte Cannizzaro.

Typische Architekturen sind proprietär und erfordern eine Lizenzierung, aber die Open-Source-Struktur von RISC-V senkt die Entwicklungskosten und ermöglicht einem breiteren Publikum von Innovatoren, seine Anwendungen zu erkunden. Nach Angaben des SHREC-Teams könnte RISC-V für Weltraummissionen besonders attraktiv sein.

„Die Modularität der Architektur bedeutet, dass verschiedene Implementierungen von RISC-V in einer Vielzahl von Weltraumsystemen verwendet werden können – von der Navigation und Bildverarbeitung bis hin zu Kommunikation und maschinellem Lernen“, sagte Evan Gretok, Doktor der Elektro- und Computertechnik. Student bei Pitt, der auch an der Studie mitgewirkt hat. “Allerdings kann niemand von diesen Funktionen profitieren, wenn die Architektur selbst Berechnungen nicht rechtzeitig und innerhalb der strengen Energieverbrauchsbeschränkungen des Platzes durchführen kann – hier kommt unsere Arbeit ins Spiel.”

Diese Forschung ist der Ausgangspunkt einer eingehenderen Untersuchung einer vielversprechenden neuen Architektur, die möglicherweise zu einem weltraumtauglichen RISC-V-Computer führen könnte.

“Wir arbeiten derzeit daran, diese Arbeit zu erweitern, indem wir zusätzliche Architekturen, Verarbeitungsplattformen und Benchmark-Tests einbeziehen”, fügte Cannizzaro hinzu. „Diese Neuzugänge werden uns helfen, die besten Schlussfolgerungen über die RISC-V-Architektur und ihre Weltraumtauglichkeit zu ziehen.

“RISC-V schreitet sehr schnell voran und wir freuen uns, in naher Zukunft all die neuen Systeme zu sehen, die mit dieser Technologie entwickelt werden.”


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