미국 항공우주국(NASA)은 미래의 심우주 탐사선 작동 방식을 완전히 바꿀 것으로 예상되는 새로운 고성능 방사선 경화 컴퓨터 칩을 개발하고 있습니다. 이 프로세서는 우주선이 지구에서 멀리 떨어진 환경에서 고속으로 데이터를 처리하고 어느 정도 자율적인 의사결정을 달성할 수 있도록 NASA와 상업 파트너가 공동으로 제작한 것입니다.


이 프로젝트는 탐사 임무에 사용되는 우주선의 탑재 컴퓨팅 기능을 크게 향상시키는 것을 목표로 하는 NASA의 "고성능 우주 비행 컴퓨팅" 프로그램의 일부입니다. 현재 운용 중인 대부분의 우주선은 가혹한 우주 환경에서 오랫동안 작동할 수 있는 오래되었지만 신뢰성이 높은 플랫폼 수준 프로세서에 의존합니다. 그러나 이러한 칩의 성능은 차세대 심우주 임무의 요구 사항을 충족하기가 어려웠습니다. NASA는 더 발전된 프로세서가 높은 수준의 우주선 자율성을 달성하고, 선내 과학 데이터 분석을 가속화하며, 달과 그 너머로의 미래 유인 임무를 지원하기 위한 핵심 기반이라고 지적합니다.

NASA는 이 차세대 멀티 코어 시스템이 이전 우주 수준 프로세서의 신뢰성을 유지하면서 내결함성, 유연성 및 고성능을 더욱 달성했다고 밝혔습니다. 관계자는 우주 비행 컴퓨팅 기술의 발전은 공학적 혁신일 뿐만 아니라 NASA와 업계 간의 심층적인 협력의 결과임을 강조했다.

프로젝트의 핵심은 우주 환경을 위해 특별히 강화된 내방사선 프로세서입니다. 그 목표는 현재의 우주 비행 컴퓨터에 비해 최대 100배의 컴퓨팅 성능을 제공하면서 혹독한 우주 조건을 견디는 것입니다. 신뢰성을 검증하기 위해 미국 캘리포니아에 있는 NASA 제트추진연구소(JPL) 엔지니어링 팀은 칩에 대해 고강도 테스트를 수행하고 심우주 방사선, 극심한 온도차, 격렬한 충격과 같은 환경을 시뮬레이션하고 있습니다.

우주 응용 분야의 요구 사항에 따라 이러한 유형의 프로세서는 고에너지 입자 방사선, 심각한 기계적 충격 및 큰 온도 변화를 견뎌야 합니다. 이러한 요인으로 인해 정밀 전자 부품이 손상될 수 있습니다. 태양과 깊은 우주에서 나오는 고에너지 입자는 계산 오류를 발생시켜 우주선이 "안전 모드"로 들어가도록 하고, 지상 엔지니어가 문제를 해결하는 동안 중요하지 않은 시스템을 종료할 수도 있습니다. 이를 위해 NASA는 복잡한 별 착륙 환경에서 칩의 성능도 구체적으로 조사했습니다.

테스트 과정에서 엔지니어링 팀은 실제 임무에서 얻은 고정밀 착륙 장면 데이터를 사용하여 칩의 "실제" 테스트를 수행했습니다. 이러한 시나리오에서는 일반적으로 대량의 착륙 센서 데이터를 실시간으로 처리하기 위해 고전력 하드웨어가 필요합니다. 프로젝트 리더들은 이러한 유형의 하드웨어 개발에 참여하는 것이 매우 흥미로운 시기라고 말합니다. 이는 NASA의 "차세대 도약"을 위한 컴퓨팅 기반을 제공할 것이기 때문입니다. JPL에서 프로세서 테스트는 2월에 시작되어 몇 달 동안 지속될 것으로 예상됩니다. 예비 결과에 따르면 이 칩은 현재 우주선에서 사용되는 방사선 경화 프로세서 성능의 약 500배에 달하는 예상대로 작동하는 것으로 나타났습니다.

테스트가 시작될 때 팀은 초기 컴퓨팅 시대의 고전적인 "hello world" 전통에 대한 고개를 끄덕이는 "Hello Universe"라는 제목의 이메일로 행사를 표시했습니다.

이 프로세서는 JPL이 애리조나 주 챈들러에 본사를 둔 Microchip Technology Inc.와 협력하여 개발했습니다. 칩의 초기 버전은 조기 애플리케이션 검증 및 평가를 위해 국방 및 상업용 항공우주 파트너에게 배포되었습니다.

NASA는 관련 기술을 통해 미래의 자율 우주선이 탑재된 인공지능을 활용해 지구에서 멀리 떨어진 환경과 통신 지연이 큰 상황에서 실시간으로 긴급 상황에 대응하고, 인간이 신속하게 개입할 수 없을 때 독립적으로 의사결정을 내릴 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다. 또한 이 프로세서는 심우주 임무에서 과학 데이터의 신속한 분석, 저장 및 반환을 보다 효율적으로 완료하는 데 도움이 되며 달, 화성과 같은 미래의 유인 임무를 위한 강력한 온보드 컴퓨팅 지원을 제공합니다.

아키텍처 관점에서 볼 때 이는 컴퓨터의 핵심 구성 요소를 손바닥 안에 놓을 수 있는 칩에 통합하는 "시스템 온 칩(SoC)"입니다. 중앙 처리 장치, 전용 컴퓨팅 가속 장치, 고급 네트워크 시스템, 메모리 및 다양한 입출력 인터페이스를 통합합니다. SoC는 이미 스마트폰과 태블릿 장치에서 매우 일반적이며 작은 크기와 높은 에너지 효율성으로 인해 가전제품에 널리 사용되고 있습니다. 차이점은 JPL이 테스트하고 있는 칩은 심우주에서의 장기간 임무를 위해 특별히 설계되었으며 수리 인력으로부터 수백만 또는 심지어 수십억 마일 떨어진 가혹한 환경에서도 수년간 안정적으로 작동할 수 있다는 것입니다.

NASA는 해당 기술이 우주 비행용으로 인증되면 이를 지구 관측 위성, 행성 표면 탐사 차량, 유인 모듈, 다양한 유형의 심우주 우주선 등 다양한 유형의 임무에 배치할 계획입니다. 마이크로칩 테크놀로지는 또한 이 기술을 항공, 자동차 제조 등 지상 산업으로 확대 적용해 이들 산업에 더 높은 신뢰성과 컴퓨팅 성능을 갖춘 임베디드 플랫폼을 제공할 계획이다.

이 프로젝트는 NASA의 Langley Research Center에서 관리하며 Space Technology Mission Directorate의 GCD(Game Changing Development) 프로그램의 일부입니다. Caltech가 관리하는 JPL과 함께 GCD 프로그램은 초기 임무 요구 사항 및 산업 연구 단계부터 콘크리트 개발 및 전달에 이르기까지 이 기술을 발전시키고 있습니다. NASA JPL은 2022년 공식적으로 Microchip Technology를 파트너로 선정했으며, 후자는 프로세서의 설계 및 구현을 촉진하기 위해 자체 R&D 리소스도 투자했습니다.