一直以来，传统航天器以可靠性为最高优先目标，尽可能降低风险，通常是大尺寸、重量、功率和成本（SWaP-C）的旗舰系统。

现在各国争相发布的小型卫星组网概念，则完全不同。

随着以SpaceX Starlink为代表的小卫星组网服务的快速崛起，使得航天探测器的设计思路，正在发生转变。

优选部署一系列小的、相互连接的卫星星座，通过对复杂资源的解耦合，提升战略机动能力，尽可能提升执行任务的能力。

而不再只是偏爱长时间打磨、数量有限且造价极为昂贵的高价值卫星。

以低成本、批量化、快速部署的“低批快三要素”构成，更像是作为“日常消费品”概念的具体化，所以风险容忍度相对更高。

伴随商业航天的蓬勃发展，围绕“小型航天器计算平台”这个分支，出于成本和便捷性考虑，生长出一个包括处理芯片、板卡平台、服务在内的小生态。

以美国国家航空航天局在“Small Spacecraft Avionics”报告中推荐的服务商及产品名录作为样本统计，各供应商所使用的芯片类型中，FPGA最多，已经与千年老大CPU持平，大有后来居上之势。

用户通过在应用层面进行系统级别的“加固设计”，可满足任何级别的高可靠需求。

而不再一味囿于抗辐宇航级芯片的固有观念。

FPGA独有的硬件可重构能力，可在高可靠和高效能两者之间进行“无缝”切换，本身就意味着低成本大节省。

亮点在应用层面的系统级设计加固，而非只是使用宇航级的FPGA芯片。

虽然传统的卫星控制与数据处理处理需求相对稳定，但小卫星正在搭载数据量越来越大的有效载荷(例如成像系统)，用FPGA构成的专用处理单元，对数据进行在轨加速处理，正在成为趋势。

而在小型航天器上集成基于FPGA的软件定义无线电(SDR)，则是下一代空间态势感知/保护系统（SSA/PSA）的核心组件。

在AI时代，如何平衡空间计算芯片的SWaP-C指标与高性能计算需求，同时实现抗辐射性能的突破，以推动太空AI计算平台的发展?

直接对AI程序中的CPU指令集进行加固，是效果最好的，实现难度也是最高的。

比如NASA在2008年推出的第一代空间高性能计算机，SpaceCube 1.0最先使用的只是地面普通商用级V4FX60，对内嵌的硬核PowerPC 405进行加固，数十次空间任务都很成功。

进入AI时代后，现在已迭代升级到板载智能平台SpaceCube 3.0。

而软件定义弹性计算的初创企业Resilient Computing公司，则是更进一步，将低成本部署概念继续深入。

通过在更便宜的商用7A200T，也是赛灵思面向追求性价比的汽车电子行业的重点芯片器件，在只有21.5K LCs的FPGA上，直接对内嵌RISC-V软核进行加固。

能够以类似“不死鸟”方式，进行在轨自主修复。除了现在应用在低轨卫星，预期远至月球探测也能使用。

其系列低成本创新产品，已经过飞行实验验证，并获得NASA创新挑战赛大奖，即将进入到实用服役阶段。

 这些航天电子供应商为用户提供的板载计算平台，以高度集成的模块化方式，将CPU、FPGA与存储器，以及标准接口相结合。由CPU、FPGA实现的软件定义架构，支持在轨功能升级以适应新的要求。

考虑到培训和代码迁移的成本不菲，除了基本的、具有成本优势的评估板，航天电子供应商还提供简化的工具集合，支持向更高性能架构的无缝迁移。

现在的小型卫星星座，能力已经能够与大型、昂贵、重载的大型卫星相匹敌，甚至超越。全球部署的小卫星数量从2014年的115颗，发展到2023年的2629颗。

优选部署一系列小的、相互连接的卫星星座，通过对复杂资源的解耦合，提升战略机动能力，而不是只偏爱长时间打磨、数量有限且极为造价昂贵的高价值卫星。

2023年，仅是StarLink和OneWeb两家公司，部署的小卫星规模就高达2116颗，占比高达80%以上。

小型卫星正在快速发展演进。

按照咨询公司Quilty Space的预估数据，2024年Startlink的营收相比2023年，增长超一倍，达到78亿美元，已经真正尝到了商业大航天时代的甜头。

对处理性能、智能自主、探测精度，以及可靠运行的要求，正在重塑空间应用领域。

从早期立方体卫星的短期任务，转向执行可能更长的任务，正在成为低轨之外，更强大深空探测任务的候选者。

与在其他行业趋势一致，工业 4.0 和“数字化管理”等理念，同样在新型航天日渐深入，并且对小卫星系统开发的技术和项目效率，至关重要。

以下是NASA给出的，在开发和部署下一代小型航天器航空电子系统时，应考虑的一些现代工具、技术和方法。

包括软件定义一切，数字孪生，边缘智能等：

• Artificial intelligence, machine learning, and machine vision 

• Robotics and automation

• Model-based systems engineering

• Embedded systems / edge computing

• Internet-of-space-things 

• Cloud computing 

• Augmented reality/ virtual reality / mixed reality 

• Software-defined-everything

• Advanced manufacturing 

• Digital twin

比如在小型航天器上集成基于FPGA的软件定义无线电(SDR)，则是下一代空间态势感知/保护系统（SSA/PSA）的核心组件。

包括AMD提供的新一代FPGA，为实现空间人工智能奠定了基础。

微芯科技接手的NASA 高性能空间计算项目HPSC(High Performance Spaceflight Computing)，内嵌处理器则是从ARM换成了RISC-V，接班Power架构的RAD750。

将处理性能提升2个数量级以上，目标是服务于远至深空探测等更广谱的空间应用。

RISC-V不仅是空间市场的新宠，也是各国青睐的“国选”处理器。

就像我们在“算力之争，太空进展到哪了”一文中所提及的那样：

地面是其它芯片争霸，太空则是SRAM FPGA做主！

从2008年的空间高性能计算平台SpaceCube开始，一直延续到现在AI时代。

FPGA虽然发明时因仿真加速而生，但现在已深入应用到国民经济的各个角落。

半导体行业特有的钟摆效应，在市场需求和技术进步的双轮推动下，FPGA正迎来属于自己的黄金年代。

FPGA因仿真加速而生，算力加速而兴，AI加速而盛，作为国内率先取得重大突破的芯片赛道，全球厂商共38家，国内就有23家之多。

仅就芯片器件层面来说，目前能够直接直接对标7A200T的芯片，除了安路公司的PH1A180，包括可能成为第五家国产FPGA厂商紫光同创的类似同款，以及其它厂商都已经可以做到。

高速增长的国内市场，正成为各个厂商争抢全球市场份额的最大变量。

数据爆炸带来的处理需求急剧增加，再次将计算与太空紧密结合在一起。计算卫星，也成为通信、导航、遥感卫星的第四类卫星。

现在既是空间高性能时代的黎明，同样也预示着FPGA的星辰大海时代来临。

据不完全统计，国内未来数年时间，预期升空部署的小卫星数量，就多达60000颗以上。

只有更注重易用性、自动化和低门槛定价的新一代EDA工具，也才能与包括与商业航天在内新需求相适配。

毕竟，做项目和做产品，完全是两回事。

网络连接一切，硬件加速一切。

我们身处技术普惠、算力平权、点石成金的创新变革时代。

变化正在发生，一切皆有可能！

全文完，感谢您的耐心阅读。

#商业航天# #FPGA# #人工智能#

附表一：高度集成板载计算平台供应商目录

附表二：专业名词缩略语