NASA:n uusi tekoälyavaruuspiiri voi mullistaa syvän avaruuden tehtävät

Ihmiset ovat luontaisesti uteliaita, ja juuri tämä uteliaisuus on vienyt meidät avaruuteen ja sen tuolle puolelle. Joka päivä ihmiskunta tekee uusia löytöjä ja keksii kehittyneitä teknologioita, joiden avulla olemme pystyneet tutkimaan kaukaisia ulkoavaruuden alueita.

Mutta kun tehtävät suuntautuvat kauemmas Maasta kohti Kuun, Marsia ja vieläkin kauempaa ja syvemmälle kosmokseen, suuremmat raketit tai pidemmät tehtävät eivät riitä. Tarvitsemme älykkäämpää teknologiaa, joka vähentää jatkuvan ihmisen valvonnan riippuvuutta, mikä on yhä käytännössä mahdottomampaa.

Suuret etäisyydet, äärimmäiset ympäristöt ja viestintäviiveet pakottavat NASA:n kaltaisia organisaatioita kehittämään autonomisia järjestelmiä, jotka pystyvät tekemään reaaliaikaisia päätöksiä avaruudessa.

Sen sijaan, että avaruusluotain lähettäisi tietoa takaisin ihmisteknikoille ja -tutkijoille analysoitavaksi ja he antaisivat sitten ohjeita luotaimelle, painopiste on nyt siirtynyt siihen, että itse avaruusalus tekee kaiken työn.

Edistysaskeleet tekoälyn (AI), säteilykestävässä laskennassa, aluksen sisäisessä analytiikassa ja reunalaskennassa mahdollistavat nyt avaruusalusten kehittämisen, jotka voivat ajatella itsenäisesti. Tällainen kyky nähdään kriittisenä seuraavan sukupolven avaruustutkimukselle.

NASA:n mukaan tehokkaammat prosessit ovat välttämättömiä autonomisille avaruusaluksille ja astronauttien tukemiseksi heidän tehtävissään muilla planeetoilla.

Tämä on erityisen tärkeää, kun viraston Artemis-ohjelma valmistautuu palauttamaan ihmiset Kuuhun seuraavien vuosien aikana. Jo nyt NASA:n Artemis II -tehtävä on toteuttanut onnistuneen miehitetyn kuun ohituslennon tänä vuonna.

“Artemis II on aloitus jollekin suuremmalle kuin yksittäinen tehtävä. Se merkitsee paluutamme Kuuhun, ei vain vierailua varten, vaan lopulta oleskelua Kuun tukikohdassa, ja luo perustan seuraaville suurille harppauksille.”

– NASA:n hallintokeskuksen johtaja Jared Isaacman

Kun virasto pyrkii todistamaan, että se ei vain pääse Kuuhun, vaan pystyy myös ylläpitämään ihmisiä siellä ja lopulta Marsissa, laskentavaatimukset kasvavat merkittävästi.

Jotta miehitetyt asuintilat pystyvät havaitsemaan vikoja reaaliaikaisesti, roverit navigoimaan maastoa autonomisesti ja laskeutujat käsittelemään valtavia määriä anturidataa lyhyessä ajassa, tarvitsemme voimakkaampia ja kykenevämpiä prosessoreita kuin ne, jotka tällä hetkellä lentävät avaruudessa.

Ja juuri tätä ollaan rakentamassa. NASA:n uusi seuraavan sukupolven avaruuspiiri¹ mahtuu helposti kämmenellesi ja tarjoaa läpimurron laskentanopeudessa. Tämä High Performance Spaceflight Computing (HPSC) -aloite odotetaan mahdollistavan avaruusalusten toiminnan paljon itsenäisemmin syväavaruudessa.

NASA:n HSPC-aloite uudelleenmäärittelemään tulevaisuuden avaruustehtävät

Vuosikymmenten ajan NASA on kehittänyt tietokoneprosessoreita avaruusaluksissa. Nämä prosessorit vastaavat tehtävien koordinoimisesta ja suorittamisesta, jotka ovat välttämättömiä tehtävän menestykselle.

Avaruustietojenkäsittely syntyi ensimmäisen kerran yli puoli vuosisataa sitten uraauurtavien Apollo Guidance Computer -tietokoneiden (AGC) myötä, jotka suorittivat navigointi-, ohjaus- ja hallintalaskelmia viraston Kuun tehtävissä.

Mutta asia on se, että kun liikutaan Maan suojaavan magneettikentän ulkopuolelle, kohtaamme säteilyä täynnä olevan universumin, joka on energiaa säteiden, sähkömagneettisten aaltojen ja/tai hiukkasten muodossa. Avaruuden säteily eroaa siitä, mitä koemme Maassa. Se koostuu galaktisista kosmisista säteistä, Maan magneettikenttään loukkuun jääneistä hiukkasista sekä aurinkopurkausten aikana avaruuteen heitetystä hiukkasvirrasta.

Avaruuden säteily vaikuttaa negatiivisesti sekä ihmiskruiiseihin että mekaanisiin laitteisiin. Säteily aiheuttaa pitkäaikaista vahinkoa elektronisille komponenteille ja laukaisee virheitä, jotka häiritsevät laskentaa, mikä luo tarpeen säteilykestäville prosessoreille, jotka ovat kalliita ja hitaita kehittää.

Vaikka säteilykestävät prosessorit ovat mahdollistaneet monia NASA:n suurimpia saavutuksia, nykyiset käytössä olevat kehitettiin lähes kolme vuosikymmentä sitten, eikä niissä ole suorituskykyä, jota nykypäivän kehittyneemmät, monimutkaisemmat ja pidemmät tehtävät vaativat.

Lisäksi Maan kiertoradan ulkopuoliset tehtävät vaativat aluksen sisäisiä laskentaresursseja, koska yhteys Maahan aiheuttaa viiveen. Tämä viive edellyttää, että avaruustoiminnot suoritetaan autonomisesti ja reaaliaikaisesti aluksella, mikä sisältää monenlaisia laskentatehtäviä, kuten tekoälyä ja koneoppimista, kehittynyttä autonomisuutta, kuva- ja signaalinkäsittelyä, kohteiden havaitsemista ja luokittelua sekä datavirran hallintaa.

Jotta nämä työkuormat olisivat mahdollisia, tarvitsemme edistysaskeleita aluksen sisäisessä laskentateknologiassa. Tämä johti uuden ratkaisun kehittämiseen: High-Performance Spaceflight Computing (HPSC), seuraavan sukupolven järjestelmäpiiri (SoC), joka on yli 100 kertaa kykenevämpi kuin nykyiset avaruusprosessorit.

“Rakentaen aiempien avaruusprosessoreiden perinnön päälle, tämä uusi moniytimijärjestelmä on vikakestävä, joustava ja äärimmäisen suorituskykyinen,” sanoi Eugene Schwanbeck, ohjelmaelementin johtaja NASA:n Space Technology Mission Directorate:n Game Changing Development (GCD) -ohjelmassa Virginiassa sijaitsevassa Langley Research Centerissä. “NASA:n sitoutuminen avaruusalusten laskentateknologian edistämiseen on teknisen saavutuksen ja yhteistyön voitto.”

Aloitteen ytimessä on säteilykestävä prosessori, joka on rakennettu syväavaruus- ja pitkäkestoisiin tehtäviin Kuuhun, Marsiin ja sen ulkopuolelle.

Se voi toimia avaruuden ankarissa olosuhteissa ja suorittaa tehtäviä itsenäisesti reaaliaikaisesti. Se on myös räätälöity ilmailualalle, tarjoten vikakestävyyttä ja kyberturvallisuutta MEO:ille (matala Maan kiertorata -satelliiteille).

Uusi järjestelmä yhdistää laskennan ja verkottumisen yhdeksi laitteeksi, mikä vähentää sekä kustannuksia että energiankulutusta.

Se käyttää kehittynyttä Ethernetiä ryhmitelläkseen useita siruja tai yhdistääkseen useita antureita, mahdollistaen HPSC:n käsitellä valtavia määriä dataa aluksen sisällä ja tehdä autonomisesti reaaliaikaisia päätöksiä, kuten kuvien suodattamista tai roverien ohjaamista suurilla nopeuksilla. Samalla sen skaalautuva arkkitehtuuri mahdollistaa energiatehokkuuden optimoinnin kriittisille toiminnoille sammuttamalla käyttämättömät toiminnot.

Samaan aikaan monimutkaisten operaatioiden turvallisuus ja luotettavuus varmistetaan integroidulla turvallisuusohjaimella ja jatkuvalla järjestelmän terveyden seurannalla.

HPSC-teknologia on yhteinen ponnistus akateemisten ja teollisuuden kumppaneiden välillä. Projektia hallinnoi GCD-ohjelma, joka yhdessä Jet Propulsion Laboratoryin (JPL) kanssa on johtanut aloitetta kehittämällä tehtävävaatimuksia, rahoittamalla tutkimuksia ja hallinnoimalla projektin elinkaarta toimitukseen asti.

Projektia varten NASA JPL valitsi Microchip (MCHP ) kaupalliseksi kumppanikseen vuonna 2022, ja yritys rahoitti itse prosessorin tutkimus- ja kehitystyön.

“Tämä huipputason avaruusaluksen prosessori tulee vaikuttamaan valtavasti tuleviin avaruustehtäviimme ja jopa teknologioihin täällä Maassa,” sanoi Niki Werkheiser, Space Technology Mission Directorate:n teknologian kypsyyden johtaja tuolloin. “Tämä ponnistus vahvistaa olemassa olevia avaruusalusten kykyjä ja mahdollistaa uusia, ja se voisi lopulta tulla käyttöön lähes jokaisessa tulevassa avaruustehtävässä, kaikki hyötyvät tehokkaammasta lentolaskennasta.”

Vuonna 2024 projekti läpäisi Critical Design Review (CDR) -katselmuksen. Viime vuonna lopullinen suunnitelma lähetettiin valmistettavaksi, ja ensimmäinen HPSC-prosessori valmistettiin menestyksekkäästi.

NASA:n seuraavan sukupolven avaruuspiiri siirtyy todelliseen testaukseen

HSPC, avaruusaluksen aivot, on nyt virallisesti käynyt läpi testauksen tänä vuonna, ja varhaiset tulokset osoittavat merkittävää suorituskykyä.

Avaruustietokonepiiri on suunniteltu niin pieneksi, että se mahtuu käden kämmenelle, samalla kun se lisää merkittävästi tulevien avaruusalusten älykkyyttä ja suorituskykyä. Uusi säteilykestävä prosessori on rakennettu tarjoamaan jopa 100 kertaa enemmän laskentatehoa kuin nykyiset avaruusalusten tietokoneet.

JPL:n insinöörit suorittavat erilaisia testejä, jotka simuloivat avaruuden ankaraa ympäristöä.

“Asetamme nämä uudet sirut kovaan koettelemukseen suorittamalla säteily-, lämpö- ja iskutestejä sekä arvioimalla niiden suorituskykyä perusteellisen toiminnallisen testikampanjan avulla.”

– Jim Butler, HPSC-projektipäällikkö JPL:ssä

Jotta prosessori olisi kelvollinen avaruuslennolle, sen on kestettävä laukaisun värähtelyt, dramaattiset lämpötilavaihtelut, avaruuden tyhjiö ja voimakas sähkömagneettinen säteily, joka voi vahingoittaa elektroniikkaa.

Alkeishiukkaset, jotka liikkuvat lähes valonnopeudella ja joita tuottavat aurinko ja syvä avaruus, voivat myös aiheuttaa virheitä, jotka pakottavat avaruusaluksen tilapäisesti sammuttamaan ei‑välttämättömät toiminnot. Järjestelmä ei poistu turvallisuustilasta ennen kuin maassa olevat insinöörit ratkaisevat ongelman.

Lisäksi NASA testaa, kuinka prosessori selviytyy planeetan laskeutumishaasteista, kuten vaarallisesta pinnasta ja äärimmäisistä tai puutteellisista ilmakehän tiheyksistä.

“Simuloidaksemme todellista suorituskykyä, käytämme tarkkoja laskeutumisskenaarioita todellisista NASA-tehtävistä, jotka tavallisesti vaatisivat paljon virtaa kuluttavaa laitteistoa käsittelemään valtavia määriä laskeutumisantureiden dataa,” sanoi Butler. “Tämä on jännittävä aika meille työskennellä laitteistossa, joka mahdollistaa NASA:n seuraavat suuret harppaukset.”

Virasto aloitti sirun testauksen JPL:ssä helmikuussa tänä vuonna, ja ensimmäisen sähköpostin aihe oli “Hello Universe”, viittaus tietokoneohjelmoinnin historiaan. Tämän pienen lauseen avulla tiimi sai vahvistuksen, että teknologia toimii.

Kokeen odotetaan kestävän useita kuukausia, mutta varhaiset tulokset ovat olleet erittäin positiivisia.

Aluksi prosessori, NASA:n mukaan, toimii suunnitellusti. Lisäksi sen suorituskyky on ollut noin 500 kertaa suurempi kuin nykyisin käytössä olevien sirujen.

Laite on järjestelmäpiiri (SoC), integroitu piiri, joka yhdistää kaikki tietokoneen olennaiset komponentit yhdeksi kompaktiksi yksiköksi. Prosessori sisältää muistin, keskusprosessorit (CPU:t), sisään/ulostulo-liitännät ja kehittyneet verkkojärjestelmät. Koska ne ovat kompakteja, energiatehokkaita ja mittakaavassa kustannustehokkaita, SoC-piirejä käytetään laajasti älypuhelimissa, autojärjestelmissä ja IoT-laitteissa.

Mutta NASA:n kehittämä versio on suunniteltu kestämään vuosia syväavaruudessa. Järjestön on kuljettava miljoonia, mahdollisesti jopa miljardeja mailia Maasta ja selvitettävä ilman minkäänlaista huoltoa tai korjausta.

JPL:n ja Microchip Technologyn yhteisesti kehittämät sirut on jo jaettu puolustus- ja kaupallisille avaruusalan varhaiskäyttökumppaneille.

Sitä ei ole vielä sertifioitu avaruuskäyttöön, mutta kun se on hyväksytty, NASA integroi prosessorin laajaan tehtävävalikoimaan, mukaan lukien planeettaroverit, Maan kiertoradalaitteet ja syväavaruusluotaimet.

Sirun odotetaan näyttelevän keskeistä roolia autonomisten avaruusalusten tulevaisuudessa. Kun tekoäly on aluksen sisällä, se pystyy reagoimaan odottamattomiin tilanteisiin reaaliaikaisesti, poistaen ihmiskontrollin tarpeen, mikä käy käytännössä mahdottomaksi näillä valtavilla etäisyyksillä, jotka aiheuttavat viestintäviiveitä.

Teknologia auttaisi myös tekemään tieteellisen datan käsittelystä, tallennuksesta ja siirrosta tehokkaampaa. Se saattaa lopulta tukea miehitettyjä tehtäviä Kuuhun ja Marsiin, NASA:n mukaan.

Lisäksi teknologia tarjoaa hyötyjä myös Maassa, toisin kuin perinteiset avaruuskohtaiset sirut, sillä Microchip aikoo soveltaa sirua kuluttajaelektroniikkaan, autoteollisuuteen, ilmailualaan ja muihin teollisuudenaloihin. Sen mahdollisia sovelluksia ovat lääketieteelliset laitteet, energiajärjestelmät, tekoäly, droonit, datansiirto ja viestintäpalvelut.

Tämä suunnittelun mukautus maapallon teollisuuksiin viittaa siihen, että säteilykestävä siru voi saada kaupallisen elinkaaren, joka ylittää sen luomiseen johtaneet tehtävät.

Yhteisen teknologiapohjan käyttö sekä Maassa että avaruudessa, viraston mukaan, mahdollistaa HPSC:n vahvistaa kotimaista teollista kyvykkyyttä samalla kun se vähentää kustannuksia ja riskejä hallituksen ja kaupallisten käyttäjien osalta.

Sijoittaminen syväavaruusteknologiaan: Microchip Technology (MCHP)

Arizonassa sijaitseva Microchip Technology Inc. erottuu alalla NASA:n kaupallisena kumppanina HPSC-prosessorin kehittämisessä, joka on parhaillaan testausvaiheessa.

Seuraavan sukupolven avaruussertifioitu laskentaprosessorialusta, Babak Samimi, yritysvarapuheenjohtaja Communications-liiketoimintayksikössä, totesi tuolloin: “toimittaa kattavan Ethernet-verkottumisen, kehittyneen tekoäly-/koneoppimislaskennan ja yhteyden tukevan ratkaisun, samalla tarjoten ennennäkemättömän suorituskyvyn kasvun, vikakestävyyden ja turvallisuusarkkitehtuurin alhaisella energiankulutuksella.”

Yritys omaa vahvan läsnäolon ilmailu‑luokan elektroniikassa ja sulautetuissa järjestelmissä, mikä asettaa sen strategisesti kasvavan avaruustietojenkäsittelyn markkinoille. Lisäksi se voi helposti soveltaa näitä teknologioita laajempiin teollisuudenaloihin, kuten autojärjestelmiin, robotiikkaan ja teolliseen tekoälyyn.

Microchip Technology on älykkäiden, yhdistettyjen ja turvallisten sulautettujen ohjausratkaisujen tarjoaja, joka palvelee asiakkaita kuluttaja‑, tietokone‑, viestintä‑, auto‑, ilmailu‑ ja puolustus‑ sekä teollisuusmarkkinoilla.

Markkina-arvolla 50 miljardia dollaria Microchip Technology Incorporatedin (Nasdaq: MCHP) osakkeet käyvät 92,70 dollaria, nousussa 46,20 % vuoden alusta ja 53,22 % viimeisen vuoden aikana. Sen EPS (TTM) on 0,21 ja P/E (TTM) 437,21. Maksettu osinkotuotto on 1,97 %.

Yrityksen elpymässä oleva liikevaihto antaa myös positiivisen näkymän Microchipille. 31. maaliskuuta 2026 päättyneelle neljännekselle yritys raportoi 35,1 %:n vuotuisen kasvun nettomyynnissä 1,311 miljardia dollaria, mikä oli 10,6 %:n sekvenssikasvua ja korkeampi kuin Microchipin antama ohjeistus (1,260 miljardia dollaria).

Nämä tulokset, toimitusjohtaja ja presidentti Steve Sanghi totesi, “ylittivät merkittävästi odotuksemme.” Viimeisen syklin tärkeä oppi, hänen mukaansa, oli kurinalaisen varaston- ja käyttöpääoman hallinnan merkitys, ja näin he johtavat liiketoimintaa.

GAAP-pohjalta johtava puolijohdevalmistaja raportoi 61 %:n bruttokateprosentin, 217,4 miljoonan dollarin liiketuloksen, 116,4 miljoonan dollarin nettotuloksen ja 0,21 dollarin EPS:n laimennettua osaketta kohden. Non-GAAP-pohjalta sen bruttokate oli 61,6 %, liiketulos 400,9 miljoonaa dollaria, nettotulos 327,3 miljoonaa dollaria ja EPS 0,57 dollaria laimennettua osaketta kohden.

“Näemme vahvaa asiakas sitoutumista ja laajenevaa suunnittelutoimintaa datakeskuksissa ja tekoälysovelluksissa, joita ohjaa laaja ja suorituskykyinen korkean nopeuden yhteys- ja laskentaportfoliomme.”

– Rich Simoncic, Microchipin COO

Vuodelle 2026 Microchipin nettomyynnit olivat 4,713 miljardia dollaria, 7,1 %:n nousu edellisvuoteen verrattuna, ja 984 miljardia dollaria palautettiin osakkeenomistajille osinkojen kautta. Yritys raportoi 57,7 %:n bruttokateprosentin GAAP-pohjalta ja 58,5 %:n non-GAAP-pohjalta koko vuodelle, samalla kun sen EPS oli 0,22 dollaria ja EPS 1,64 dollaria laimennettua osaketta kohden.

“Päätimme tilikauden vahvalla vauhdilla, mikä edustaa merkittävää edistystä haastavista olosuhteista, joita navigoimme vain muutama neljännesvuosi sitten,” sanoi Sanghi. “Kun kysyntätilanne on parantunut ja asiakasvarastot ovat normalisoituneet, näemme kasvavaa vauhtia tuotevalikoimissamme, parantuneita tilaus- ja läpimeno‑trendejä, vahvaa kiireellistä toimintaa ja merkittävää operatiivista vipuvaikutusta, mikä heijastaa kurinalaista toteutusta yhdeksän kohdan elpymissuunnitelmassamme.”

Kun yritys siirtyy “kausiluonteisesti vahvempiin” neljänneksiin, se odottaa kesäkuun neljänneksen nettomyynnin olevan 1,442–1,469 miljardia dollaria.

Microchip Technology (MCHP) -viimeisimmät kehitykset

Yhteenveto

Seuraavan sukupolven avaruusprosessorihankkeensa avulla JPL:n insinöörit ovat ottaneet valtavan harppauksen kohti pienikokoisia siruja, jotka edistävät syväavaruustutkimusta. Avaruusalus ei ole enää pelkkä passiivinen laite, joka odottaa ohjeita, vaan aktiivinen ja älykäs osallistuja, joka kykenee havainnointiin, arviointiin ja reagointiin.

Kun NASA:n tavoitteet kasvavat, suunnitelmien mukaan pysyvä läsnäolo Kuussa, miehitetyt Mars-matkustukset ja syväavaruustieteen alustat, jotka suuntaavat ulkoiseen aurinkokuntaan, jokaisen avaruusaluksen sydämessä oleva laskenta‑arkkitehtuuri tulee olemaan ratkaiseva tekijä sille, mitä on mahdollista.

Prosessorilla, joka tarjoaa 500 kertaa enemmän kykyä kuin edeltäjänsä, virasto pyrkii paitsi nopeuttamaan nykyisiä tehtäviä myös mahdollistamaan täysin uusien tehtävätyyppien toteuttamisen.

Vaikka on edelleen rajoitteita, jotka on otettava huomioon, ja täysi avaruuslennon sertifiointi vie aikaa, virasto ja Microchip ovat tehneet hyvän alun, mikä viittaa tulevaisuuteen, jossa avaruusalukset toimivat ennennäkemättömällä itsenäisyydellä miljoonien mailien päässä Maasta.

Klikkaa tästä saadaksesi luettelon parhaista satelliitti‑ ja avaruusosakkeista.

Viitteet

^{1. Jet Propulsion Laboratory. (2026, May 12). Hello universe: NASA:n seuraavan sukupolven avaruusprosessori käy läpi testauksen. NASA. https://www.jpl.nasa.gov/news/hello-universe-nasas-next-gen-space-processor-undergoes-testing/}