Il nuovo chip spaziale AI di NASA potrebbe trasformare le missioni nello spazio profondo

Gli esseri umani sono curiosi per natura, e questa stessa curiosità ci ha portato nello spazio e oltre. Ogni giorno, l’umanità scopre qualcosa di nuovo e inventa tecnologie avanzate, che ci hanno permesso di esplorare regioni lontane dello spazio esterno.

Ma man mano che le missioni si spingono più lontano dalla Terra verso la Luna, Marte, e ancora più distante e più in profondità nel cosmo, razzi più grandi o missioni più lunghe non sono più sufficienti. Ciò di cui abbiamo bisogno è una tecnologia più intelligente per ridurre la dipendenza da un costante controllo umano, che sta diventando sempre più impraticabile.

Le enormi distanze, gli ambienti estremi e i ritardi nelle comunicazioni stanno spingendo agenzie come la NASA a sviluppare sistemi autonomi capaci di prendere decisioni in tempo reale nello spazio.

Invece di avere una sonda nello spazio che invia dati indietro affinché ingegneri e scienziati umani li studino e poi forniscano istruzioni alla sonda, ora l’attenzione è rivolta a far compiere tutto il lavoro al veicolo spaziale stesso.

I progressi nell’intelligenza artificiale (AI), nel calcolo resistente alle radiazioni, nell’analisi a bordo e nell’elaborazione edge stanno ora consentendo lo sviluppo di veicoli spaziali che possono pensare autonomamente. Tale capacità è considerata fondamentale per la prossima generazione di esplorazione spaziale.

Secondo la NASA, processi più capaci sono necessari per veicoli spaziali autonomi e per supportare gli astronauti durante le loro missioni verso altri pianeti.

Ciò è particolarmente importante poiché il programma Artemis dell’agenzia si prepara a riportare gli esseri umani sulla Luna nei prossimi anni. Già, la missione Artemis II della NASA ha effettuato con successo un sorvolo lunare con equipaggio quest’anno.

“Artemis II è l’inizio di qualcosa di più grande di una singola missione. Segna il nostro ritorno sulla Luna, non solo per una visita, ma per rimanere eventualmente nella nostra Base Lunare, e pone le basi per i prossimi grandi balzi in avanti.”

– Amministratore della NASA Jared Isaacman

Mentre l’agenzia si impegna a dimostrare di poter non solo raggiungere la Luna ma anche sostenere gli esseri umani lì e, eventualmente, su Marte, le esigenze di calcolo stanno crescendo in modo significativo.

Perché gli habitat con equipaggio possano rilevare guasti in tempo reale, i rover possano navigare autonomamente sul terreno e i lander possano elaborare enormi quantità di dati dei sensori in breve tempo, abbiamo bisogno di processori più potenti e capaci rispetto a quelli attualmente in volo nello spazio.

Ed è esattamente quello che si sta costruendo. Il nuovo chip spaziale di nuova generazione¹ della NASA può stare comodamente nel palmo della mano e sta offrendo una svolta nella velocità di calcolo. Questa iniziativa High Performance Spaceflight Computing (HPSC) dovrebbe consentire ai veicoli spaziali di operare molto più autonomamente nello spazio profondo.

Iniziativa HSPC della NASA per Ridefinire le Future Missioni Spaziali

Per decenni, la NASA ha sviluppato processori informatici a bordo dei veicoli spaziali. Questi processori sono responsabili del coordinamento e dell’esecuzione delle funzioni necessarie a garantire il successo della missione.

Il calcolo spaziale è emerso per la prima volta più di mezzo secolo fa con i pionieristici Apollo Guidance Computers (AGC), che eseguivano calcoli di navigazione, guida e controllo durante le missioni lunari dell’agenzia.

Ma il punto è che, quando ci si sposta al di fuori del campo magnetico protettivo della Terra, ci troviamo di fronte a un universo pieno di radiazioni, che sono energia emessa sotto forma di raggi, onde elettromagnetiche e/o particelle. Le radiazioni nello spazio sono diverse da quelle che sperimentiamo sulla Terra. Sono costituite da raggi cosmici galattici, particelle intrappolate nel campo magnetico terrestre e particelle lanciati nello spazio durante le eruzioni solari.

Le radiazioni spaziali influiscono negativamente sia sugli equipaggi umani sia sugli strumenti meccanici. Oltre a causare danni a lungo termine ai componenti elettronici, provocano anche errori che interrompono il calcolo, creando la necessità di processori resistenti alle radiazioni, che sono costosi e lenti da sviluppare.

Sebbene i processori resistenti alle radiazioni abbiano permesso molte delle più grandi conquiste della NASA, quelli attualmente in uso sono stati sviluppati quasi tre decenni fa e mancano delle prestazioni richieste per le missioni odierne, più avanzate, complesse e prolungate.

Inoltre, le missioni al di fuori dell’orbita terrestre richiedono risorse di calcolo a bordo perché la comunicazione con la Terra introduce un ritardo temporale. Questa latenza di comunicazione richiede che le attività spaziali vengano eseguite in modo autonomo e in tempo reale a bordo, il che comporta l’esecuzione di una serie di carichi di lavoro computazionali, tra cui AI e machine learning, autonomia avanzata, elaborazione di immagini e segnali, rilevamento e classificazione di oggetti e gestione del flusso di dati.

Per rendere possibili questi carichi di lavoro, sono necessari progressi nella tecnologia di calcolo a bordo. Questo ha portato allo sviluppo di una nuova soluzione: High-Performance Spaceflight Computing (HPSC), un sistema su chip di nuova generazione che è oltre 100 volte più capace dei processori spaziali attuali.

“Costruendo sul patrimonio dei precedenti processori spaziali, questo nuovo sistema multicore è tollerante ai guasti, flessibile e estremamente ad alte prestazioni,” ha dichiarato Eugene Schwanbeck, responsabile dell’elemento di programma nella Direzione della Missione di Tecnologia Spaziale dell’agenzia, programma Game Changing Development (GCD) presso il Langley Research Center in Virginia. “L’impegno della NASA a far progredire il calcolo per i voli spaziali è un trionfo di realizzazioni tecniche e collaborazione.”

Al centro dell’iniziativa c’è un processore resistente alle radiazioni progettato per missioni di lungo periodo e nello spazio profondo verso la Luna, Marte e oltre.

Può operare nelle condizioni estreme dello spazio e completare compiti in modo indipendente in tempo reale. È inoltre personalizzato per il settore aerospaziale, fornendo tolleranza ai guasti e sicurezza informatica per i satelliti LEO (orbita terrestre bassa).

Il nuovo sistema combina calcolo e networking in un unico dispositivo, riducendo sia i costi che il consumo energetico.

Utilizza Ethernet avanzata per raggruppare più chip o collegare diversi sensori, consentendo a HPSC di elaborare enormi quantità di dati a bordo e prendere decisioni autonome in tempo reale, come filtrare immagini o pilotare rover ad alta velocità. Nel frattempo, la sua architettura scalabile consente di ottimizzare l’efficienza energetica per le operazioni critiche spegnendo le funzioni inutilizzate.

Nel frattempo, la sicurezza e l’affidabilità delle operazioni complesse sono garantite da un controller di sicurezza integrato e dal monitoraggio continuo dello stato di salute del sistema.

La tecnologia HPSC è uno sforzo congiunto tra partner accademici e industriali. Il progetto è gestito dal programma GCD, che, insieme al Jet Propulsion Laboratory (JPL), ha guidato l’iniziativa sviluppando i requisiti di missione, finanziando studi e gestendo il ciclo di vita del progetto fino alla consegna.

Per il progetto, il NASA JPL ha selezionato Microchip (MCHP ) come partner commerciale nel 2022, con l’azienda che finanzia la propria ricerca e sviluppo del processore.

“Questo processore di volo spaziale all’avanguardia avrà un impatto enorme sulle nostre future missioni spaziali e persino sulle tecnologie qui sulla Terra,” ha dichiarato Niki Werkheiser, direttrice della maturazione tecnologica all’interno della Space Technology Mission Directorate all’epoca. “Questo sforzo amplificherà le capacità dei veicoli spaziali esistenti e ne abiliterà di nuove e potrebbe alla fine essere utilizzato praticamente da ogni futura missione spaziale, beneficiando tutti di un calcolo di volo più capace.”

Nel 2024, il progetto ha superato la Critical Design Review (CDR). L’anno scorso, il progetto finale è stato inviato per la fabbricazione e il primo processore HPSC è stato prodotto con successo.

Il nuovo chip spaziale di nuova generazione della NASA entra nei test reali

HSPC, il cervello del veicolo spaziale, ha ora ufficialmente superato i test quest’anno, e i primi risultati mostrano prestazioni notevoli.

Il chip computer spaziale è progettato per essere sufficientemente piccolo da stare nel palmo della mano, aumentando drasticamente l’intelligenza e le prestazioni dei futuri veicoli spaziali. Il nuovo processore resistente alle radiazioni è costruito per fornire fino a 100 volte la potenza di calcolo dei computer di volo spaziale esistenti.

Gli ingegneri del JPL stanno eseguendo una varietà di test che simulano l’ambiente ostile dello spazio.

“Stiamo sottoponendo questi nuovi chip a prove estreme eseguendo test di radiazione, termici e di shock, valutandone anche le prestazioni attraverso una rigorosa campagna di test funzionali.”

– Jim Butler, project manager HPSC al JPL

Per essere idoneo al volo spaziale, il processore deve resistere alle vibrazioni del lancio, a variazioni di temperatura estreme, al vuoto dello spazio e a intense radiazioni elettromagnetiche che possono danneggiare l’elettronica.

Le particelle subatomiche che viaggiano a velocità prossime a quella della luce e sono generate dal Sole e dallo spazio profondo possono anche causare errori che costringono il veicolo spaziale a spegnere temporaneamente le operazioni non essenziali. Il sistema non esce dalla modalità sicura finché il problema non è risolto dagli ingegneri a terra.

Inoltre, la NASA sta testando come il processore gestisce le sfide degli atterraggi planetari, come terreni di superficie pericolosi e densità atmosferiche estreme o assenti.

“Per simulare le prestazioni nel mondo reale, stiamo utilizzando scenari di atterraggio ad alta fedeltà provenienti da vere missioni NASA che tipicamente richiederebbero hardware ad alto consumo energetico per elaborare enormi volumi di dati dei sensori di atterraggio,” ha detto Butler. “È un momento entusiasmante per noi lavorare su hardware che consentirà i prossimi grandi balzi della NASA.”

L’agenzia ha iniziato a testare il chip al JPL a febbraio di quest’anno, con la prima email avente oggetto “Hello Universe”, un omaggio alla storia della programmazione. Con questa breve frase, il team ha ottenuto la conferma che la tecnologia funziona.

Il test dovrebbe durare diversi mesi, ma i primi risultati sono stati molto positivi.

Per cominciare, il processore, secondo la NASA, sta funzionando come previsto. Inoltre, le sue prestazioni sono state circa 500 volte superiori a quelle dei chip attualmente in uso.

Il dispositivo è un system-on-a-chip (SoC), un circuito integrato che combina tutti i componenti essenziali di un computer in un’unica unità compatta. Il processore include memoria, unità di elaborazione centrale (CPU), interfacce di input/output e sistemi di networking avanzati. Poiché sono compatti, a basso consumo energetico e convenienti su larga scala, i SoC sono ampiamente utilizzati in smartphone, sistemi automobilistici e IoT.

Ma la versione sviluppata dalla NASA è progettata per durare anni nello spazio profondo. Il sistema deve viaggiare per milioni, potenzialmente anche miliardi di miglia dalla Terra e sopravvivere senza alcuna manutenzione o riparazione.

Sviluppati congiuntamente dal JPL e da Microchip Technology, i chip sono già stati condivisi con partner di accesso anticipato della difesa e dell’aerospazio commerciale.

Non è ancora stato certificato per lo spazio, tuttavia, una volta autorizzato, la NASA integrerà il processore in una vasta gamma di missioni, inclusi rover planetari, satelliti in orbita terrestre e sonde nello spazio profondo.

Il chip dovrebbe svolgere un ruolo chiave nel futuro dei veicoli spaziali autonomi. Con l’AI a bordo, il veicolo spaziale sarebbe in grado di rispondere a situazioni impreviste in tempo reale, eliminando la necessità di controllo umano, che diventa impraticabile a tali enormi distanze che generano ritardi di comunicazione.

La tecnologia aiuterebbe anche a rendere più efficiente l’elaborazione, l’archiviazione e la trasmissione di enormi quantità di dati scientifici. Potrebbe eventualmente supportare anche missioni con equipaggio verso la Luna e Marte, secondo la NASA.

Inoltre, la tecnologia ha benefici anche sulla Terra, a differenza dei chip tradizionali specifici per lo spazio, con Microchip che prevede di adattare il chip per l’elettronica di consumo, la produzione automobilistica, il settore dell’aviazione e altre industrie. Le sue potenziali applicazioni includono apparecchiature mediche, reti energetiche, AI, droni, trasmissione dati e servizi di comunicazione.

Questa adattabilità del design per le industrie terrestri suggerisce che il chip resistente alle radiazioni potrebbe avere una vita commerciale ben oltre le missioni che ne hanno guidato la creazione.

L’uso di una base tecnologica comune sia sulla Terra che nello spazio, secondo l’agenzia, consentirà a HPSC di rafforzare le capacità industriali nazionali riducendo al contempo costi e rischi per gli utenti governativi e commerciali.

Investire nella Tecnologia dello Spazio Profondo: Microchip Technology (MCHP)

Microchip Technology Inc., con sede in Arizona, si distingue nel settore come partner commerciale della NASA nello sviluppo del processore HPSC, attualmente in fase di test.

La piattaforma di processore di calcolo qualificata per lo spazio di nuova generazione, Babak Samimi, vicepresidente aziendale dell’unità di business Communications, ha osservato al momento, “fornirà una rete Ethernet completa, elaborazione avanzata di intelligenza artificiale/machine learning e supporto alla connettività, offrendo un guadagno di prestazioni senza precedenti, tolleranza ai guasti e architettura di sicurezza a basso consumo energetico.”

L’azienda vanta una solida presenza nell’elettronica di grado aerospaziale e nei sistemi embedded, posizionandosi strategicamente per il mercato in crescita del calcolo spaziale. Inoltre, può facilmente adattare queste tecnologie a settori più ampi come i sistemi automobilistici, la robotica e l’AI industriale.

Microchip Technology è un fornitore di soluzioni di controllo embedded intelligenti, connesse e sicure, che serve clienti nei mercati consumer, informatica, comunicazioni, automotive, aerospaziale e difesa, e industriale.

Con una capitalizzazione di mercato di 50 miliardi di dollari, le azioni di Microchip Technology Incorporated (Nasdaq: MCHP) sono quotate a 92,70 $, in rialzo del 46,20% dall’inizio dell’anno e del 53,22% nell’ultimo anno. Ha un EPS (TTM) di 0,21 e un P/E (TTM) di 437,21. Il rendimento del dividendo pagato è dell’1,97%.

I ricavi in ripresa dell’azienda dipingono anche una prospettiva positiva per Microchip. Per il trimestre conclusosi il 31 marzo 2026, l’azienda ha riportato un aumento del 35,1% su base annua delle vendite nette a 1,311 miliardi di dollari, in crescita del 10,6% sequenziale e superiore alle previsioni ($1,260 miliardi) fornite da Microchip.

Questi risultati, ha detto il CEO e Presidente Steve Sanghi, “hanno superato significativamente le nostre aspettative.” La lezione chiave dal ciclo precedente, ha osservato, è stata l’importanza di una gestione disciplinata dell’inventario e del capitale circolante, ed è così che gestiscono l’azienda.

Su base GAAP, il principale fornitore di semiconduttori ha riportato un margine lordo del 61%, un reddito operativo di 217,4 milioni di dollari, un reddito netto di 116,4 milioni di dollari e un EPS di 0,21 $ per azione diluita. Su base Non-GAAP, il margine lordo è stato del 61,6%, il reddito operativo di 400,9 milioni di dollari, il reddito netto di 327,3 milioni di dollari e l’EPS di 0,57 $ per azione diluita.

“Stiamo osservando un forte coinvolgimento dei clienti e un’espansione dell’attività di progettazione nei data center e nelle applicazioni AI, guidati dalla portata e dalle prestazioni del nostro portafoglio di connettività ad alta velocità e di calcolo.”

– Rich Simoncic, COO di Microchip

Per l’anno fiscale 2026, le vendite nette di Microchip sono state di 4,713 miliardi di dollari, in aumento del 7,1% rispetto all’anno precedente, mentre 984 milioni di dollari sono stati restituiti agli azionisti tramite dividendi. L’azienda ha riportato un margine lordo del 57,7% su base GAAP e del 58,5% su base non GAAP per l’intero anno, mentre il suo EPS è stato di 0,22 $ e di 1,64 $ per azione diluita, rispettivamente.

“Abbiamo concluso l’anno fiscale con un forte slancio, rappresentando un progresso significativo rispetto alle condizioni difficili che stavamo affrontando solo pochi trimestri fa,” ha detto Sanghi. “Poiché le condizioni di domanda sono migliorate e l’inventario dei clienti si è normalizzato, stiamo osservando un crescente slancio nelle nostre linee di prodotto, migliorando le tendenze di prenotazione e vendita, una forte attività di accelerazione e una leva operativa significativa, riflettendo un’esecuzione disciplinata contro il nostro piano di recupero a nove punti.”

Man mano che l’azienda entra in trimestri “stagionalmente più forti”, prevede che le vendite nette per il trimestre di giugno siano nell’intervallo tra 1,442 miliardi di dollari e 1,469 miliardi di dollari.

Ultimi Sviluppi di Microchip Technology (MCHP)

Conclusione

Con la sua iniziativa di processore spaziale di nuova generazione, gli ingegneri del JPL hanno compiuto un grande passo verso chip miniaturizzati che faranno progredire l’esplorazione dello spazio profondo. Il veicolo spaziale non è più un semplice strumento passivo che attende istruzioni, ma un partecipante attivo e intelligente capace di osservazione, giudizio e risposta.

Man mano che le ambizioni della NASA crescono, con piani per una presenza lunare sostenuta, missioni con equipaggio su Marte e piattaforme scientifiche nello spazio profondo che si avventurano verso l’esterno del sistema solare, l’architettura di calcolo al cuore di ogni veicolo spaziale diventa il fattore decisivo per ciò che è possibile.

Con un processore che offre 500 volte la capacità dei suoi predecessori, l’agenzia mira non solo a rendere le missioni esistenti più veloci, ma anche a rendere fattibili interi nuovi tipi di missioni.

Sebbene rimangano ancora vincoli da superare e la certificazione completa per i voli spaziali richiederà tempo, l’agenzia e Microchip hanno fatto un buon inizio, indicando un futuro in cui i veicoli spaziali opereranno con un’indipendenza senza precedenti, a milioni di miglia dalla Terra.

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Riferimenti

^{1. Jet Propulsion Laboratory. (2026, May 12). Hello universe: il processore spaziale di nuova generazione della NASA è sottoposto a test. NASA. https://www.jpl.nasa.gov/news/hello-universe-nasas-next-gen-space-processor-undergoes-testing/}