Khi công cuộc khám phá không gian đưa tàu vũ trụ và các phi hành đoàn ngày càng xa Trái Đất, nhu cầu về những hệ thống có thể hoạt động độc lập mà không cần sự can thiệp của con người ngày một tăng cao. Vấn đề này xuất phát từ khoảng cách địa lý khổng lồ, nơi các phi hành gia trên Mặt Trăng và Sao Hỏa sẽ phải đối mặt với độ trễ liên lạc lớn, gây khó khăn cho việc truyền tải dữ liệu kịp thời. Trong bối cảnh đó, các hệ thống tự trị mang đến cơ hội thúc đẩy nhanh chóng tỷ lệ thu thập kết quả khoa học thông qua tốc độ phân tích dữ liệu vượt trội.
Đồng thời, các bộ vi xử lý cũng cần được gia cố để chống chọi với môi trường khắc nghiệt ngoài vũ trụ, bao gồm nhiệt độ cực đoan và mức bức xạ nguy hiểm. Để đáp ứng yêu cầu này, chương trình Phát triển thay đổi cuộc chơi (GCD) của NASA đã hợp tác thương mại nhằm tạo ra hệ thống Máy tính chuyến bay không gian hiệu suất cao (HPSC).
Đây là một vi mạch mang tính cách mạng, giúp cung cấp cho tàu vũ trụ khả năng tự suy nghĩ để đưa ra quyết định, và nó vừa vượt qua vòng thử nghiệm môi trường đầu tiên một cách xuất sắc.
Cơ quan NASA đang thử nghiệm thành công bộ vi xử lý AI thế hệ mới mang tên HPSC để phục vụ thám hiểm không gian sâu. Con chip này giúp hệ thống tự chủ hơn khi ở xa Trái Đất, nơi mà độ trễ liên lạc là một trở ngại lớn đối với phi hành gia. Bộ xử lý được gia cố đặc biệt để chịu được bức xạ mạnh và sự chênh lệch nhiệt độ cực đoan của môi trường vũ trụ khắc nghiệt.
Việc chế tạo những cỗ máy tính đủ sức đương đầu với thử thách ngoài không gian đòi hỏi các con chip không chỉ xử lý dữ liệu chuẩn xác mà còn phải sinh tồn được trước sự biến đổi nhiệt độ đột ngột và tia bức xạ. Trước đây, NASA thường sử dụng các loại chip đời cũ được thiết kế chủ yếu để duy trì độ bền và sự ổn định.
Thế nhưng, với khối lượng dữ liệu khổng lồ mà các sứ mệnh hiện đại đang thu thập, họ bắt buộc phải nâng cấp hệ thống để phân tích thông tin nhanh và hiệu quả hơn.
Nhu cầu cấp thiết này đã thúc đẩy NASA và công ty công nghệ Microchip Technology Inc. tại Arizona bắt tay vào chế tạo HPSC. Đây là dòng vi xử lý hiệu suất cao có khả năng chống bức xạ, mang lại sức mạnh tính toán gấp 100 lần so với các công nghệ hiện hành.
Dự án này được điều hành bởi Ban giám đốc sứ mệnh công nghệ không gian (STMD) tại cơ sở NASA Langley. Trong khi đó, Phòng thí nghiệm động cơ phản lực (JPL) chịu trách nhiệm vạch ra các yêu cầu của sứ mệnh, tài trợ cho việc nghiên cứu và lựa chọn Microchip Technology làm đối tác chính thức.
Chip HPSC là kết quả hợp tác giữa NASA và Microchip Technology Inc., cung cấp sức mạnh tính toán vượt trội gấp 100 lần so với hiện tại. Hệ thống này có thể điều chỉnh mức tiêu thụ điện năng linh hoạt, tắt các chức năng không cần thiết để phù hợp với từng sứ mệnh.
Về mặt kỹ thuật, bộ xử lý HPSC là một dạng hệ thống trên chip (SoC). Nó là một vi mạch tích hợp nhỏ gọn, tương tự như loại dùng trong điện thoại thông minh, chứa toàn bộ các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính như bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ, mạng lưới tiên tiến và cổng kết nối.
Tuy nhiên, điểm khác biệt là các SoC mà JPL đang thử nghiệm được thiết kế để tồn tại nhiều năm liền ở khoảng cách hàng tỷ km so với Trái Đất, nơi hoàn toàn không có các trạm bảo dưỡng hay cơ sở sửa chữa.
Eugene Schwanbeck, người quản lý chương trình GCD của NASA, nhấn mạnh rằng hệ thống đa lõi mới này kế thừa di sản của các thế hệ vi xử lý không gian trước đây nhưng linh hoạt hơn, có khả năng chịu lỗi tốt hơn và sở hữu hiệu suất cực kỳ mạnh mẽ.
Bên cạnh sức mạnh tính toán thuần túy, những con chip này còn hỗ trợ xử lý luồng dữ liệu AI hiệu suất cao. Chúng cũng được thiết kế để tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng, cho phép tắt bớt các chức năng không cần thiết nhằm tiết kiệm điện năng - một tài nguyên vô giá và đắt đỏ trong vũ trụ.
Để đảm bảo thiết bị có thể hoạt động trơn tru trong thực tế, các chuyên gia tại JPL đã tiến hành hàng loạt bài kiểm tra mô phỏng môi trường khắc nghiệt như bức xạ điện từ và nhiệt độ đóng băng.
Theo giải thích của Jim Butler, quản lý dự án máy tính tại JPL, họ đang vắt kiệt sức mạnh của những con chip này thông qua các bài kiểm tra sốc, nhiệt và bức xạ, đồng thời sử dụng dữ liệu hạ cánh từ các sứ mệnh thực tế của NASA để đánh giá khả năng xử lý khối lượng thông tin khổng lồ.
Những bài kiểm tra tại JPL cho thấy hiệu năng thực tế của vi xử lý có thể cao gấp 500 lần thế hệ cũ và ứng dụng được cho nhiều ngành công nghiệp khác.
Quá trình thử nghiệm đã bắt đầu từ tháng hai tại JPL và mang lại những kết quả vô cùng hứa hẹn. Các kỹ sư nhận thấy bộ vi xử lý này đang hoạt động với hiệu suất gấp 500 lần so với các con chip chống bức xạ thông thường. Sau khi được cấp chứng nhận an toàn, NASA sẽ lắp đặt chip HPSC vào phần cứng của các tàu quỹ đạo, trạm vũ trụ và nhiều sứ mệnh không gian sâu trong tương lai. Hơn thế nữa, công ty Microchip Technology cũng đang nghiên cứu để ứng dụng công nghệ này vào các ngành công nghiệp trên Trái Đất, điển hình như lĩnh vực hàng không và sản xuất ô tô hiện đại.
