HPSCが宇宙探査にとって大きな意味を持つ理由

2026年8月18日 • 航空宇宙＆防衛 ブログに戻る HPSCが宇宙探査にとって大きな意味を持つ理由 宇宙船は歴史的に、性能よりも生存性を優先するプロセッサに依存してきました。宇宙は過酷な環境であるため、エンジニアは長年このトレードオフを受け入れてきました。放射線、極端な温度、振動、そして数年間にわたるミッションは、市販のプロセッサでは提供できないレベルの信頼性を要求します。 そのパラダイムは、もうすぐ変わるかもしれません。 2026年5月、米国航空宇宙局（NASA）は次世代宇宙用プロセッサを発表し、南カリフォルニアのジェット推進研究所（JPL）でテスト段階に入りました。このプロセッサは、NASAのHigh Performance Spaceflight Computing (HPSC)プロジェクトの一部であり、NASAはこれを放射線耐性を備えた高性能システムと説明しており、宇宙船のコンピューティング容量の大幅な増加を目指しています。 Microchip Technologyとのパートナーシップで構築されたHPSCは、マルチコアコンピューティング、高速ネットワーキング、耐障害性、AI対応、セキュリティを単一のプラットフォームに統合し、地球軌道から深宇宙までのミッションを対象としています。Microchip PIC64-HPSCは、NASAのミッションニーズと民間航空宇宙の需要を結びつけることを約束します。 NASAは、HPSCが現在の宇宙用コンピューティングシステムと比較して、ワットあたりの性能で100倍以上の向上をもたらすと期待しています。宇宙では、節約されたミリワットはすべて、機器、通信、移動システム、またはその他のミッション目標に再割り当てできます。 しかし、HPSCは宇宙船のコンピューターを高速化するだけではありません。それは、太陽系を探査するための全く新しい方法を可能にします。 なぜ宇宙には新しい種類のコンピューターが必要なのか 深宇宙では、プロセッサのエラーが数十億ドル相当のミッションを危険にさらす可能性があります。太陽からの高エネルギー粒子や宇宙放射線は、メモリのビットを反転させたり、計算を破損させたり、電子部品を損傷したりする可能性があります。これらの条件を生き延びるために、宇宙船のコンピューターは伝統的に、回復力の代わりに性能を犠牲にしてきました。そのアプローチは数十年にわたってミッションに役立ってきましたが、今日の宇宙探査の要求をサポートすることはますます困難になっています。将来のミッションは、より多くのオンボード自律性、より洗練された科学機器、そしてより迅速な意思決定を必要としています。 HPSCは、まさにその課題に対処するために作成されました。 HPSCとは何か？ HPSCは、宇宙飛行アプリケーション専用に設計された64ビットマルチコアシステムオンチップ（SoC）アーキテクチャです。キャッシュコヒーレントマルチコア処理、設計段階から放射線耐性を備えたエンジニアリング、耐障害性のある運用機能、および統合された高速ネットワーキングを組み込んでいます。放射線耐性のあるバリアントと放射線許容性のあるバリアントは、異なるミッションクラスをサポートします。未使用の機能はオフにしたり、低電力モードに配置したりできます。 HPSCは、地上コンピューティング環境の標準技術をサポートしています。その中には、仮想化、人工知能および機械学習ワークロード、PCIe接続、Compute Express Link（CXL）、イーサネットネットワーキング、タイムセンシティブネットワーキング（TSN）、および暗号化機能が含まれます。 このアーキテクチャには、240ギガビット/秒のTSNイーサネットスイッチも統合されており、センサー、機器、およびオンボードコンピューティングシステム間のデータの高速な移動を可能にします。これにより、HPSCは将来の宇宙船のコンピューティングエンジンとネットワーキングバックボーンの両方として機能できます。 通信遅延の課題 HPSCの理由の1つは、宇宙船の自律性の重要性が高まっていることです。ミッションが地球から遠く離れるにつれて、通信遅延は長くなります。電波信号は、地球と月の間を移動するのに約1.3秒かかりますが、火星との通信は、軌道位置によって片道4分から24分かかる場合があります。木星周辺の宇宙船との通信は、さらに時間がかかります。 これらの遅延は、ミッションコントローラーがリアルタイムで達成できることを制限します。着陸のような重要なイベント中、地球からの人間の指示は、機会の損失や危険な結果につながる可能性があります。 HPSCは、宇宙船が情報をローカルで処理し、独立して決定を下すことをより容易に可能にします。すべての質問を地球に送り返すのではなく、将来のシステムはオンボードで状況を評価し、適切な応答を選択し、中断なしに運用を継続できるようになります。 宇宙での人工知能の実現 宇宙でのAIの展開は、独自の課題をもたらします。AIシステムは、高度な機械学習ワークロードをサポートするために、かなりの計算リソースを必要とします。 HPSCは、AIおよびエッジコンピューティングアプリケーション向けに設計されています。HPSCを搭載した宇宙船は、収集したデータを分析のために地球に送信するのではなく、オンボードで洗練された処理を実行できます。AIモデルは、地質学的に興味深い地形を特定し、潜在的な危険を認識し、サンプリング場所を優先し、探査計画を動的に調整できます。これにより、運用オーバーヘッドを削減しながら、科学的成果を向上させる可能性があります。 例としては、着陸とナビゲーションの改善が挙げられます。複数のセンサー ストリームを同時に高速に分析できるようにすることで、プロセッサは地形相対ナビゲーションおよび自律的な危険回避システムをサポートでき、着陸の精度と安全性を向上させます。 宇宙データ爆発の解決 データ生成量の増加と深宇宙ネットワークの帯域幅の制限は、重要な懸念事項です。科学機器は急速に改善しています。将来の宇宙船は、既存の通信インフラに挑戦するデータ量を生成し、収集された情報を地球に送信することが非現実的になります。 これは、強力なオンボード分析のもう1つの利点です。宇宙船は、受信する画像をキュレーションし、異常な特徴を特定し、低価値の情報をフィルタリングし、最も科学的に価値のある観測のみを送信することにより、科学的発見の能動的な参加者になることができます。人間が宇宙をより遠くまで探査するほど、その能力はより重要になります。 次世代ミッションのためのプラットフォーム HPSCの究極の約束は、単一の仕様ではなく、それらの仕様が可能にするものです。 深宇宙探査機は、観測戦略を自律的に適応させることができます。火星探査車は、より独立してナビゲートできるようになります。宇宙望遠鏡は、送信前に観測を分析できるようになります。月面車は、最小限の人間の監督で運用できるようになります。協調して動作する宇宙船の群れは、オンボードインテリジェンスを使用してデータを共有し、集団的な意思決定を行うことができます。 これらの機能は、ミッションの構想と実行方法における大きな変化を表しています。将来の宇宙船は、主にリモートコントロールされた機械として機能するのではなく、リアルタイムで環境を分析、優先順位付け、応答できるインテリジェントシステムとして機能する可能性があります。 HPSCにはソフトウェアエコシステムが必要 — そして、それがWind Riverの出番です HPSCは単なる次世代プロセッサではありません。それは、高度なハードウェア、リアルタイムオペレーティングシステム、仮想化技術、およびAIフレームワークが連携して、ますます自律的な探査ミッションを可能にする、より広範な宇宙コンピューティングエコシステムの基盤です。 HPSCエコシステムは、オープンスタンダードとオープンソースソフトウェアから始まります。開発者は、LLVM、Python、OpenCL、OpenMP、TensorFlow Lite、およびその他の高性能コンピューティングフレームワークのような使い慣れたツールチェーンを使用して、DebianやYocto Linuxのような使い慣れた環境から始めることができます。ミッション保証、長期メンテナンス、認証サポート、およびプログラムリスク削減が要件になった場合、プロジェクトはエンタープライズLinuxディストリビューションおよびリアルタイムオペレーティングシステムの商用サポート製品を選択できます。 Wind RiverのVxWorksリアルタイムオペレーティングシステム、eLxr Linuxディストリビューション、Helix Virtualization Platformハイパーバイザーなどのテクノロジーは、航空宇宙および防衛アプリケーションで長年の実績があり、信頼性が最優先される安全クリティカルな環境で広く展開されています。 例えば、Wind RiverのHelixプラットフォームは、複数のオペレーティングシステムとアプリケーションを可能にすることで、より洗練された宇宙船ソフトウェアアーキテクチャを可能にします。