Mikroprocesory PIC64 firmy Microchip Technology otwierają nową erę obliczeń dla aplikacji o znaczeniu krytycznym

We współczesnym, połączonym i coraz bardziej autonomicznym świecie definicja „misji krytycznej” ewoluowała. Nie ograniczając się już do kokpitu myśliwca lub kontrolera lotu rakiety nośnej, obliczenia o znaczeniu krytycznym dla misji obejmują teraz autonomiczne satelity, odporne systemy sterowania przemysłowego i bezpieczną komunikację. Konwergencja reakcji w czasie rzeczywistym, deterministycznej sieci i odpornego bezpieczeństwa nie jest listą życzeń - to konieczność.

Jednak tradycyjne architektury wbudowane mają problemy z nadążaniem. Starsze systemy jednordzeniowe nie są w stanie sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na przetwarzanie równoległe o wysokiej przepustowości. Obciążenia o znaczeniu krytycznym dla bezpieczeństwa są zmuszane do dzielenia przestrzeni z silnikami wnioskowania opartymi na sztucznej inteligencji, stosami protokołów sieciowych i złożonym oprogramowaniem pośredniczącym. Tymczasem ewoluujące standardy w deterministycznej sieci opartej na sieci Ethernet i kryptografii postkwantowej zmieniają krajobraz.

Aby sprostać tym wymaganiom firma Microchip wprowadziła do oferty rodziny mikroprocesorów PIC64HX i PIC64-HPSC - 64-bitową platformę obliczeniową nowej generacji stworzoną dla środowisk, w których awaria nie wchodzi w grę. Produkty te na nowo definiują znaczenie bycia krytycznym dla misji.

Zbieżne wymagania na rynkach lotnictwa, obrony, kosmosu i przemysłu

Wymagania w tych domenach są zadziwiająco podobne w duchu, choć różne w implementacji:

• Lotnictwo i obrona wymagają bezpiecznych, deterministycznych i odizolowanych środowisk obliczeniowych, które mogą obsługiwać wykonywanie misji w czasie rzeczywistym, walkę elektroniczną i zaawansowane aplikacje ISR (wywiad, obserwacja, rozpoznanie) - wszystko to przy jednoczesnym wytrzymywaniu ekstremalnych warunków środowiskowych i przestrzeganiu rygorystycznych reżimów certyfikacji.
• Systemy kosmiczne, zwłaszcza te przeznaczone do głębokiej przestrzeni lub autonomicznych operacji na LEO/MEO/GEO, muszą działać bezbłędnie bez interwencji naziemnej. Obejmuje to tolerancję błędów, sieć wrażliwą na czas i odporność na promieniowanie, w połączeniu z rosnącymi wymaganiami dotyczącymi przetwarzania AI na pokładzie.
• Automatyzacja przemysłowa szybko zmierza w kierunku Przemysłu 4.0. Inteligentne fabryki, podstacje energetyczne i autonomiczna robotyka wymagają obecnie sieci uwzględniających czas (takich jak TSN), środowisk oprogramowania o mieszanej krytyczności i brzegowej sztucznej inteligencji - wszystko to z długimi cyklami życia i deterministycznym zachowaniem.

Spełnienie tych przecinających się wymagań wymaga platformy obliczeniowej, która jest skalowalna, podzielona na partycje, bezpieczna, sieciowa oraz inteligentna. Mikroprocesory PIC64HX i PIC64-HPSC stawiają czoła temu wyzwaniu.

Podstawy architektoniczne: 8 rdzeni RISC-V z elastycznymi trybami obliczeniowymi

Sercem zarówno PIC64HX, jak i PIC64-HPSC jest innowacyjna 8-rdzeniowa architektura RISC-V, podzielona na dwa klastry czterordzeniowe. Ta konstrukcja zapewnia maksymalną konfigurowalność dla integratorów systemów:

• Tryby SMP (Symetryczne przetwarzanie wieloprocesorowe) i AMP (Asymetryczne przetwarzanie wieloprocesorowe) umożliwiają użytkownikom dostosowywanie zachowania obliczeniowego pod kątem wydajności, izolacji lub determinizmu w czasie rzeczywistym.
• Obsługa hiperwizorów umożliwia hostowanie wielu gościnnych systemów operacyjnych lub środowisk mieszanych systemów operacyjnych, umożliwiając bezpieczeństwo oparte na wirtualizacji i konsolidację obciążeń.
• W przypadku funkcji krytycznych dla bezpieczeństwa platforma oferuje dwurdzeniowy tryb blokowania - kluczowy dla aplikacji awionicznych i lotów kosmicznych, które wymagają tolerancji błędów na poziomie SIL.

Razem tryby te umożliwiają partycjonowanie czasu i przestrzeni, co jest niezbędne w systemach o mieszanej krytyczności, w których logika sterowania w czasie rzeczywistym musi współistnieć z wnioskowaniem sztucznej inteligencji, oprogramowaniem interfejsu użytkownika i stosami sieciowymi.

Włączanie AI/ML z rozszerzeniami wektorowymi RISC-V

Nowoczesne systemy o znaczeniu krytycznym nie mogą po prostu reagować - muszą postrzegać, analizować i dostosowywać się w czasie rzeczywistym. Oznacza to natywną integrację możliwości AI/ML na krawędzi.

Oba procesory obsługują rozszerzenie wektorowe RISC-V, umożliwiając wysoce równoległe operacje dla:

• Klasyfikacji obrazu i sygnału
• Fuzji czujników
• Konserwacji predykcyjnej
• Wbudowanego widzenia maszynowego dla systemów autonomicznych

Dzięki zbliżeniu wektoryzowanego wnioskowania AI do czujnika systemy mogą radykalnie zmniejszyć opóźnienia, zużycie energii i zależność od infrastruktury naziemnej lub chmurowej. Potężne silniki AI i wektorowe mogą obsługiwać wnioskowanie do 250 klatek na sekundę przy użyciu MobileNet-V1.

Wbudowany TSN dla deterministycznych sieci

Determinizm sieciowy nie jest już opcjonalny w domenach zależnych od czasu. Urządzenia PIC64HX i PIC64-HPSC zawierają przełącznik sieciowy TSN (Time-Sensitive Networking) zaprojektowany do obsługi:

• IEEE P802.1DP dla profili lotniczych
• IEC/IEEE 60802 dla automatyki przemysłowej

Wbudowane funkcje TSN umożliwiają zsynchronizowaną komunikację między rozproszonymi punktami końcowymi, w tym:

• Systemy awioniki z krótkimi terminami pętli sterowania
• Roboty przemysłowe z czasami cyklu poniżej milisekundy
• Ładunki kosmiczne, które muszą być koordynowane przez Ethernet

Dzięki integracji TSN z krzemem te urządzenia eliminują potrzebę zewnętrznych przełączników i zmniejszają złożoność integracji - a jednocześnie są zgodne z powstającym stosem awioniki opartym na Ethernecie.

Kryptografia i zabezpieczenie antysabotażowe klasy obronnej

Bezpieczeństwo jest podstawą - nie funkcją. Dlatego PIC64HX i PIC64-HPSC zawierają silniki kryptograficzne klasy militarnej z pełnym zestawem funkcji ochrony:

• Solidne mechanizmy antysabotażowe, w tym szyfrowanie pamięci, bezpieczne uruchamianie i reakcja na zdarzenia sabotażowe
• Odporność na analizę kanałów bocznych i różnicową moc, chroniąca przed wyrafinowaną inżynierią wsteczną i zagrożeniami szpiegostwa
• Sprzętowe wsparcie dla root of trust, atestacji i izolacji klucza kryptograficznego

Te funkcje zapewniają nie tylko poufność i integralność danych, ale także przetrwanie systemu w środowiskach spornych.

Gotowość na kryptografię postkwantową

Przyszłość kryptografii jest postkwantowa. Aby zaradzić nowym niebezpieczeństwom, najnowsze 64-bitowe platformy Microchip zawierają sprzętową obsługę FIPS 203 (ML-KEM) i FIPS 204 (ML-DSA) - dwóch wiodących algorytmów PQC (Post-Quantum Cryptography) wybranych przez NIST (National Institute of Standards and Technology). Daje to deweloperom jasną ścieżkę do projektów systemów odpornych na kryptografię postkwantową, lata przed wymogami regulacyjnymi i przy minimalnym spadku wydajności dzięki obsłudze odciążenia sprzętowego. Zaprojektowane z myślą o certyfikacji i długowieczności

Niezależnie od tego, czy dążysz do certyfikacji awioniki DO-254/DO-178C, IEC 61508 dla bezpieczeństwa przemysłowego, czy też standardów CCSDS i ECSS dla kosmosu, oba procesory są zaprojektowane z myślą o obsłudze cyklu życia i certyfikacji. Ich długoterminowa dostępność, obsługa deterministycznego zachowania i izolacja funkcji krytycznych dobrze wpisują się w procesy bezpieczeństwa i programy zapewnienia misji.

Wniosek: projektowanie przyszłości systemów o znaczeniu krytycznym dla misji

PIC64HX i PIC64-HPSC to coś więcej niż tylko skok w wydajności - to redefinicja platformy obliczeniowej dla ery misji o znaczeniu krytycznym. Dzięki skalowalnej 64-bitowej architekturze RISC-V, wbudowanej sztucznej inteligencji i TSN, solidnej izolacji i bezpieczeństwu oraz natywnej obsłudze kryptografii postkwantowej urządzenia te zapewniają projektantom narzędzia, których potrzebują, aby sprostać wymaganiom nowej generacji w zakresie lotnictwa, przestrzeni kosmicznej, obrony i przemysłu. W miarę jak granica między kontrolą w czasie rzeczywistym, analizą sztucznej inteligencji i bezpieczną komunikacją nadal się zaciera, platformy PIC64 firmy Microchip są gotowe, aby stać się kręgosłupem systemów misji nowej generacji - wystarczająco elastyczne dla innowacji jutra i wystarczająco niezawodne dla dzisiejszych misji.

Źródło: Microchip Technology Inc. Tłumaczenie: Gamma Sp. z o.o.

Gamma Sp. z o.o. jest autoryzowanym dystrybutorem rozwiązań firmy Microchip Technology Inc. w Polsce. Zachęcamy do kontaktu z naszym działem handlowym.