Европа стимулирует будущее полупроводников посредством исследований

Барселонский суперкомпьютерный центр находится на переднем крае усилий Европы по снижению зависимости от иностранных производителей полупроводников. Сфокусировавшись на этих целях и развивая сотрудничество, BSC играет ключевую роль в общей стратегии по укреплению европейской полупроводниковой экосистемы, защите её логистических цепочек и продвижению технологической независимости.

В эксклюзивном интервью содиректоры группы встраиваемых систем BSC Жауме Абелла и Франсиско Касорла подчеркнули важность RISC-V и архитектуры с открытым кодом для будущего Европы.

«Архитектура RISC-V исключительно важна для европейской независимости в полупроводниковой промышленности. Она позволяет нам разрабатывать чипы, адаптированные к нашим потребностям, не используя при этом проприетарные технологии, контролируемые компаниями за пределами Европы. Эта независимость жизненно для инноваций и безопасности наших логистических цепочек».

Переосмысление критически важных для безопасности систем с помощью RISC-V

Проект AR2SEC, официально известный как «Высокопроизводительные архитектуры для критических секторов», является двухлетней инициативой, профинансированной Министерством науки Испании. Он нацелен на создание безопасных, адаптируемых архитектур обработки данных на основе архитектуры RISC-V. Эти архитектуры будут служить жёстким требованиям безопасности и производительности в авионике, автомобильной и робототехнической промышленности.

При разработке компьютерной системы AR2SEC руководствуется следующими требованиями:

• высокая вычислительная производительность;
• электронный дизайн на основе открытых стандартов (и RISC-V);
• требования критичности и безопасности;
• настраиваемая вычислительная архитектура.

«Когда мы говорим о таких критически важных системах, как автомобильная или аэрокосмическая промышленность, мы не можем просто использовать готовые процессорные решения, разработанные для мобильных устройств», — говорит Абелла. «Требования к безопасности намного выше. Чипы в этих отраслях должны быть надежными и предсказуемыми при любых условиях, и здесь на помощь приходит AR2SEC».

Основная цель AR2SEC — разработка модульного, многократно используемого оборудования, приспосабливаемого для различных отраслей. Проект акцентируется на создании новых архитектур и повторном использовании уже существующих технологий с целью минимизации затрат и сокращения времени выхода на рынок.

«Мы не начинаем с чистого листа», — добавил Абелла. «Целью является повторное использование компонентов везде, где это возможно; например, взять чипы, первоначально разработанные для массовых рынков (таких как мобильные телефоны), и адаптировать их для критически важных приложений. Такой подход позволит нам усилить существующие инновации, удовлетворив тем самым высокие отраслевые стандарты безопасности и сертификации».

Возводя технологическую независимость Европы

BSC играет ключевую роль в проекте AR2SEC, применяя свой глубокий опыт в разработке микросхем RISC-V. Располагая 300 исследователей, занятых в технологии RISC-V, BSC собирается позиционировать Барселону как глобальный центр подобной архитектуры с открытым кодом. Как сказал в начале этого года директор BSC Матео Валеро, «RISC-V — это Linux среди оборудования. Это архитектура набора команд (ISA) с открытым исходным кодом, которая не принадлежит ни одной компании. Это делает его привлекательным вариантом для Евросоюза, поскольку обеспечивает большую гибкость и безопасность».

Процессор Sartangana 2 RISC-V. (Источник: BSC)

Вклад BSC в AR2SEC многогранен, поскольку институт разрабатывает и процессорные ядра для решений SoC, используемых в проекте. Эти ядра спроектированы так, чтобы обеспечивать высокую производительность и гибкость, что позволяет им удовлетворять разнообразным потребностям таких отраслей, как автомобильная и аэрокосмическая. «Мы создаём многоцелевую платформу, адаптируемую к широкому ряду приложений», — говорит Абелла. «Одну и ту же архитектуру ядра можно использовать для чего угодно, от автономных систем вождения до авионики, сохраняя при этом безопасность и надежность, которые требуются в этих отраслях».

Сотрудничество для стимулирования инноваций в области высокопроизводительных чипов

AR2SEC является партнёрским проектом, объединяющим ведущие европейские компании и институты для решения проблем разработки безопасных высокопроизводительных чипов. Например, GTD Science Infrastructures & Robotics использует свой опыт в системной интеграции и системах управления, в частности в приложениях для термоядерной энергетики. Clue Technologies сосредоточилась на создании защищенных коммуникационных модулей для аэрокосмического сектора, обеспечивая в авионике производительность с высокой надёжностью и низкой задержкой. TECHNICA Electronics предоставляет практическому автомобилестроению возможность соответствовать строгим стандартам безопасности и производительности; Fent Innovative Software Solutions SL (FentISS) вносит существенный вклад в низкоуровневое ПО, включая гипервизор XtratuM, для обеспечения безопасности и сертификации между различными критическими секторами.

Абелла подчеркнул важность этого сотрудничества. «Каждый партнер привносит уникальный опыт. Например, Clue Technologies работает в авионике, тогда как TECHNICA концентрируется на автомобилестроении. Это гарантирует, что наши решения технически обоснованы и соответствуют отраслям, для которых созданы».

Отдавая приоритет партнёрскому подходу, AR2SEC стремится разрабатывать решения не только инновационные, но и соответствующие изменяющимся потребностям различных отраслей. Например:

Автономный робот от Virtual Vehicles: эта инициатива нацелена на разработку сложной роботизированной системы, создаваемой для самого разного применения, и демонстрирует то, как технология AR2SEC может повысить автономность и эксплуатационную эффективность в динамических средах.

Робот SPIDER с установленным SensorBox. (Источник: Virtual Vehicles)

Автономный поезд от CAF Signaling: этот вариант использования подчеркивает интеграцию передовых технологий связи и безопасности в железнодорожные системы, направленную на повышения надежности и безопасности при эксплуатации поездов, что критично для современной транспортной инфраструктуры.

Спутники и станции дальнего космоса от Airbus Defence and Space: два отдельных космических проекта включены в эту инициативу, сосредоточенную на разработке технологий для спутников и станций дальнего космоса. Эти проекты имеют ключевое значение для демонстрации того, как чипы AR2SEC могут соответствовать строгим требованиям аэрокосмической промышленности, включая долговечность и надежность в экстремальных условиях.

«Эти компоненты были протестированы в четырех вариантах использования внутри проекта», — пояснил Абелла. «Также эти компоненты были переданы в Collins Aerospace для использования в промышленности и уже применяются, создавая дополнительные возможности для европейских проектов и промышленности, а также для обмена знаниями с группами, заинтересованными RISC-V».

Преодолевая трудности в разработке микросхем, критически важных для безопасности

Одной из ключевых задач, стоящих перед AR2SEC, является потребность в высокопроизводительных процессорах, которые соответствуют строгим требованиям безопасности в особо важных отраслях, таких как аэрокосмическая. В отличие от потребительской электроники, где главной заботой является высокая производительность, чипы для подобных секторов должны иметь главным приоритетом безопасность и предсказуемость.

«Мы не можем просто взять чип, разработанный для игр или мобильных телефонов, и рассчитывать, что он будет работать в автомобиле или самолете», — сказал Абелла. «Стандарты безопасности абсолютно разные. Если процессор «заглючит» в мобильном телефоне, вы просто перезагрузите устройство. В автомобиле или самолете подобная ошибка процессора может закончиться катастрофой».

Для преодоления подобных проблем AR2SEC сосредотачивается на повторном использовании существующих технологий, внося минимальные модификации для обеспечения безопасности. «Мы не перепроектируем всё с нуля», — говорит Касорла. «Мы берём существующие высокопроизводительные компоненты и добавляем модули, которые обрабатывают критичные с точки зрения безопасности аспекты, например, контроль в реальном времени и проверка ошибок. Это позволяет нам отвечать стандартам безопасности, не изобретая при этом колесо».

AR2SEC в европейской полупроводниковой экосистеме

Проект AR2SEC — это больше, чем просто техническое начинание. Это ключевая часть европейской стратегии по уменьшению зависимости от иностранных производителей полупроводников, особенно из Азии. Глобальные цепочки поставок становятся всё более хрупкими, и способность разрабатывать и производить собственные чипы вновь становится необходимостью.

«Европа не может позволить себе зависимость от неевропейских технологий в чём-то настолько важном, как полупроводники», — говорит Абелла. «Нам нужно контролировать свою собственную судьбу и экономически, и технологически. Проекты наподобие AR2SEC являются шагом в этом направлении. Поскольку такие отрасли, как автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность, становятся всё более цифровыми, потребность в безопасных высокопроизводительных чипах будет только возрастать. Разрабатывая собственные решения здесь, в Европе, мы не просто обращаемся к текущим проблемам, но и подготавливаемся к будущему росту».

Для Касорлы важность проекта выходит далеко за рамки отдельных чипов, разрабатываемых AR2SEC. «В проекте AR2SEC мы создаём проекцию технологического будущего Европы», — говорит он. «Это нечто большее, чем просто процессоры. Речь о том, чтобы заложить фундамент технологически независимой Европы, способной конкурировать на мировой арене».

В мире, где полупроводники являются определяющим фактором экономической и геополитической мощи, успех AR2SEC может сыграть решающую роль в будущем полупроводниковых технологий в Европе. «Ставки высоки, но потенциальный выигрыш ещё выше. Мы создаем чипы, а с ними и будущее, которое нужно Европе», — сказал Абелла.