Derpy
Intern Writer
Liệu có bao giờ bạn tự hỏi, những cỗ máy tính nào đang vận hành các sứ mệnh không gian xa xôi, hay những con chip nào đủ bền bỉ để chịu đựng môi trường khắc nghiệt ngoài kia? Câu trả lời đang dần thay đổi, và RISC-V chính là cái tên được nhắc đến nhiều nhất.
Tại Hội nghị thượng đỉnh RISC-V châu Âu 2026 ở Bologna, Ý, các chuyên gia hàng đầu từ thiết kế bán dẫn, phát triển phần mềm đến kỹ sư hàng không vũ trụ đã cùng nhau bàn luận về một tương lai mới cho điện toán không gian. Trong phiên thảo luận đặc biệt mang tên "RISC-V trong Không gian" diễn ra vào ngày 10 tháng 6, đại diện từ Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA, Microchip và Frontgrade Gaisler đã chia sẻ về tốc độ mà tập lệnh mã nguồn mở này đang được ứng dụng vào các sứ mệnh không gian.
Lịch sử khám phá không gian và điện toán luôn gắn bó chặt chẽ với nhau. Anh Gianluca Furano từ ESA từng chia sẻ rằng, những hệ thống nhúng (embedded systems) mà chúng ta thấy ngày nay thực chất đã bắt nguồn từ không gian, được định hình bởi những yêu cầu khắt khe của các sứ mệnh tiên phong như Voyager. Môi trường không gian khắc nghiệt buộc các kỹ sư phải tìm kiếm những thiết kế đáng tin cậy, theo tiêu chuẩn mở để họ có thể kiểm tra và tùy chỉnh dễ dàng. Khoảng ba mươi năm trước, ESA đã chọn SPARC (Scalable Processor ARChitecture) làm tập lệnh chính vì tính mở và bộ công cụ phát triển tốt của nó.
Trong một cuộc phỏng vấn độc quyền tại hội nghị, anh Sandi Habinc, tổng giám đốc của Frontgrade Gaisler – một công ty bán dẫn hàng không vũ trụ của Thụy Điển – đã kể về sự phát triển của các bộ xử lý không gian và xu hướng chuyển dịch sang RISC-V trong cả lĩnh vực thương mại lẫn chính phủ. Frontgrade Gaisler có nguồn gốc trực tiếp từ kỷ nguyên này. Anh Habinc cho biết, công ty là một nhánh tách ra từ ESA cách đây 25 năm. Đồng sáng lập của họ, Jiri Gaisler, trước đây đã phát triển các bộ xử lý SPARC cho Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Năm 1997, anh Gaisler nhận được học bổng để phát triển một mô hình VHDL độc lập của bộ xử lý SPARC cho các ứng dụng không gian, sau này được biết đến với tên gọi bộ xử lý LEON. Đây là con chip VHDL tiên tiến đầu tiên được ESA đưa vào mã nguồn mở. Bộ xử lý LEON nhanh chóng trở thành một thành phần tiêu chuẩn trong ngành hàng không vũ trụ châu Âu, tạo ra một hệ sinh thái hợp tác nơi nhiều nhà cung cấp có thể sản xuất chip dựa trên cùng một IP lõi.
Dù SPARC thành công ở châu Âu và PowerPC ở Mỹ, ngành hàng không vũ trụ đang chứng kiến một sự thay đổi lớn về phần cứng. Ngày càng ít kỹ sư quen thuộc với các hệ thống cũ này, và việc nâng cấp chúng để đáp ứng yêu cầu hiện đại trở nên rất tốn kém. Anh Habinc giải thích lý do tài chính và kỹ thuật đằng sau việc chuyển sang RISC-V: "SPARC sẽ được sử dụng mãi mãi, vì một khi bạn đã dùng thứ gì đó trong không gian, bạn sẽ luôn dùng nó. Nhưng chúng tôi có một cỗ máy 32-bit. Để nâng cấp lên 64-bit, đó là một khoản đầu tư khổng lồ đối với chúng tôi". Bằng cách chuyển sang RISC-V, công ty đã vượt qua nhiều rào cản phát triển. Anh Habinc nhấn mạnh rằng, việc này "gần như miễn phí" nhờ vào nền tảng kiến trúc RISC-V 64-bit mã nguồn mở sẵn có.
Một lý do khác cho sự thay đổi này là nhu cầu giảm "nợ kỹ thuật" (technical debt). Anh Furano trong bài nói chuyện của mình đã nói rằng sự phụ thuộc vào công nghệ cũ đã làm chậm các bộ vi xử lý truyền thống, ví von những hệ thống này như "vật cản trong không gian". RISC-V cho phép các kỹ sư loại bỏ những phần lỗi thời và tùy chỉnh bộ xử lý để phù hợp với giới hạn chặt chẽ về kích thước, trọng lượng, năng lượng của các sứ mệnh không gian, cũng như cho các ứng dụng mới nổi như mạng thần kinh (neural networks).
Để giúp khách hàng chuyển đổi từ các hệ thống cũ, Frontgrade Gaisler đã tạo ra một bộ xử lý hỗ trợ cả hai kiến trúc. Dòng bộ xử lý RISC-V mới của họ có tên là NOEL, là từ "LEON" viết ngược, thể hiện sự thay đổi từ bộ nhớ big-endian sang little-endian. Thiết kế bên trong của nó tương tự như phiên bản trước. Công ty đang chuẩn bị ra mắt GR765, một bộ xử lý tám lõi được thiết kế để chống bức xạ. Con chip này tích hợp cả đường ống SPARC và RISC-V. Anh Habinc cho biết: "Bạn có thể chọn khởi động ở chế độ SPARC hoặc RISC-V. Đồng thời, chúng tôi có tất cả các hỗ trợ kế thừa. Nó tương thích ngược với tất cả các mã mà mọi người đã từng viết". Anh Habinc nói thêm: "Một công ty đang sử dụng các chip cũ có thể dễ dàng bắt đầu dùng chip của chúng tôi. Trong tương lai, khi họ không tìm được kỹ sư SPARC nữa – vì kỹ sư SPARC không mọc trên cây – họ có thể chuyển đổi phần mềm mà không cần thay đổi bo mạch hay hộp đựng".
Một phần quan trọng của cách tiếp cận này là duy trì hệ sinh thái mở và tránh các giấy phép hạn chế. Frontgrade Gaisler bán công nghệ chịu lỗi của mình nhưng cũng phát hành mã nguồn bộ xử lý cơ bản dưới dạng mã nguồn mở. Anh Habinc khẳng định: "Chúng tôi đảm bảo mọi thứ chúng tôi làm đều tương thích với RISC-V. Chúng tôi không có sự ràng buộc nhà cung cấp nào. Nếu bạn làm việc với chúng tôi bây giờ và tìm thấy một nhà cung cấp khác trong tương lai, chúng tôi sẽ không ngăn cản bạn".
RISC-V cũng đang được áp dụng rộng rãi ở Mỹ. Năm 2022, Microchip đã nhận được hợp đồng từ NASA để xây dựng bộ xử lý điện toán không gian hiệu suất cao (HPSC) cho thế hệ sứ mệnh không gian tiếp theo. Anh Ted Speers, một kỹ sư cấp cao tại Microchip, cho biết PIC64-HPSC mới là một bộ xử lý với tám lõi RISC-V của SiFive cùng các tính năng hiện đại như Ethernet và PCI Express. Chị Théa-Martine Gauthier, kiến trúc sư dự án tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, nhấn mạnh tầm quan trọng của phần cứng mới này. Chị Gauthier chia sẻ: "Chúng tôi rất yêu thích các bộ RAD750 dựa trên PowerPC của mình và thường xuyên sử dụng chúng. Tuy nhiên, chúng tôi cần nâng cao khả năng điện toán đa năng". Các sứ mệnh không gian sâu cần nhiều quyền tự chủ hơn để có thể xử lý dữ liệu ngay trên tàu thay vì gửi mọi thứ về Trái đất qua các kết nối chậm. HPSC mới kết hợp điện toán hiệu suất cao, một bộ chuyển mạch mạng 240 gigabit và an ninh mạng mạnh mẽ vào một hệ thống đáng tin cậy duy nhất. Chị Gauthier nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng tập lệnh mở: "PIC64-HPSC được thiết kế hoàn toàn dựa trên các tiêu chuẩn mở". Chị nói thêm rằng RISC-V sẽ giúp các sứ mệnh khoa học giảm chi phí và tăng tốc độ cung cấp dữ liệu giá trị.
Các công ty không gian thương mại cũng đang nhanh chóng áp dụng những công nghệ này. Phiên thảo luận đã đề cập đến "Hypercomputing Continuum", một khái niệm nhằm kết hợp siêu máy tính, điện toán đám mây và điện toán biên trong không gian. Anh Speers từ Microchip đã thảo luận về sự tăng trưởng nhanh chóng của nền kinh tế không gian, đặc biệt trong các mạng vệ tinh, quốc phòng và thăm dò. Anh dự đoán rằng hầu hết các công ty công nghệ sẽ sớm phát triển chiến lược không gian, dẫn chứng các sáng kiến như Project Suncatcher của Google và kế hoạch của SpaceX về các trung tâm dữ liệu quỹ đạo.
Anh Habinc đã nói rõ hơn về vai trò của các công ty không gian thương mại, đặc biệt là SpaceX. "SpaceX đang nâng tầm mọi thứ", anh nói. Anh giải thích rằng các công ty này đang cắt giảm chi phí phóng và triển khai các mạng lưới lớn cho truyền thông và điện toán. "Họ sẽ xây dựng các trung tâm dữ liệu và AI của riêng mình trong không gian, đó là con đường duy nhất để tiến lên", anh Habinc nhận định. Anh cũng chỉ ra rằng SpaceX tự sản xuất mọi thứ, từ chip đến các dịch vụ cuối cùng.
Ngoài ra, cơ sở hạ tầng viễn thông cũng đang dịch chuyển vào không gian. Ở châu Âu, dự án IRIS² đang nỗ lực tạo ra một mạng vệ tinh an toàn cho cả chính phủ và doanh nghiệp. Frontgrade Gaisler đang phát triển các chip RISC-V 7 nanomet để giúp xây dựng mạng lưới này. Anh Habinc cũng dự đoán rằng các mạng 6G trong tương lai sẽ phụ thuộc nhiều hơn vào phần cứng đặt trong không gian thay vì các trạm phát sóng mặt đất. "Các trạm phát sóng mặt đất không thực sự kiên cường và có thể bị phá hủy", anh Habinc nói. "Chúng sẽ được di chuyển ngày càng nhiều vào không gian".
Bằng cách hợp tác xuyên lục địa và tuân thủ các tiêu chuẩn mở, ngành công nghiệp bán dẫn hàng không vũ trụ đang thay đổi các công nghệ cốt lõi của mình. Việc tiêu chuẩn hóa trên RISC-V giúp các tổ chức đảm bảo phần cứng bền vững và thích ứng với nền kinh tế không gian đang phát triển nhanh chóng.
Tại Hội nghị thượng đỉnh RISC-V châu Âu 2026 ở Bologna, Ý, các chuyên gia hàng đầu từ thiết kế bán dẫn, phát triển phần mềm đến kỹ sư hàng không vũ trụ đã cùng nhau bàn luận về một tương lai mới cho điện toán không gian. Trong phiên thảo luận đặc biệt mang tên "RISC-V trong Không gian" diễn ra vào ngày 10 tháng 6, đại diện từ Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA, Microchip và Frontgrade Gaisler đã chia sẻ về tốc độ mà tập lệnh mã nguồn mở này đang được ứng dụng vào các sứ mệnh không gian.
Lịch sử khám phá không gian và điện toán luôn gắn bó chặt chẽ với nhau. Anh Gianluca Furano từ ESA từng chia sẻ rằng, những hệ thống nhúng (embedded systems) mà chúng ta thấy ngày nay thực chất đã bắt nguồn từ không gian, được định hình bởi những yêu cầu khắt khe của các sứ mệnh tiên phong như Voyager. Môi trường không gian khắc nghiệt buộc các kỹ sư phải tìm kiếm những thiết kế đáng tin cậy, theo tiêu chuẩn mở để họ có thể kiểm tra và tùy chỉnh dễ dàng. Khoảng ba mươi năm trước, ESA đã chọn SPARC (Scalable Processor ARChitecture) làm tập lệnh chính vì tính mở và bộ công cụ phát triển tốt của nó.
Trong một cuộc phỏng vấn độc quyền tại hội nghị, anh Sandi Habinc, tổng giám đốc của Frontgrade Gaisler – một công ty bán dẫn hàng không vũ trụ của Thụy Điển – đã kể về sự phát triển của các bộ xử lý không gian và xu hướng chuyển dịch sang RISC-V trong cả lĩnh vực thương mại lẫn chính phủ. Frontgrade Gaisler có nguồn gốc trực tiếp từ kỷ nguyên này. Anh Habinc cho biết, công ty là một nhánh tách ra từ ESA cách đây 25 năm. Đồng sáng lập của họ, Jiri Gaisler, trước đây đã phát triển các bộ xử lý SPARC cho Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Năm 1997, anh Gaisler nhận được học bổng để phát triển một mô hình VHDL độc lập của bộ xử lý SPARC cho các ứng dụng không gian, sau này được biết đến với tên gọi bộ xử lý LEON. Đây là con chip VHDL tiên tiến đầu tiên được ESA đưa vào mã nguồn mở. Bộ xử lý LEON nhanh chóng trở thành một thành phần tiêu chuẩn trong ngành hàng không vũ trụ châu Âu, tạo ra một hệ sinh thái hợp tác nơi nhiều nhà cung cấp có thể sản xuất chip dựa trên cùng một IP lõi.
Dù SPARC thành công ở châu Âu và PowerPC ở Mỹ, ngành hàng không vũ trụ đang chứng kiến một sự thay đổi lớn về phần cứng. Ngày càng ít kỹ sư quen thuộc với các hệ thống cũ này, và việc nâng cấp chúng để đáp ứng yêu cầu hiện đại trở nên rất tốn kém. Anh Habinc giải thích lý do tài chính và kỹ thuật đằng sau việc chuyển sang RISC-V: "SPARC sẽ được sử dụng mãi mãi, vì một khi bạn đã dùng thứ gì đó trong không gian, bạn sẽ luôn dùng nó. Nhưng chúng tôi có một cỗ máy 32-bit. Để nâng cấp lên 64-bit, đó là một khoản đầu tư khổng lồ đối với chúng tôi". Bằng cách chuyển sang RISC-V, công ty đã vượt qua nhiều rào cản phát triển. Anh Habinc nhấn mạnh rằng, việc này "gần như miễn phí" nhờ vào nền tảng kiến trúc RISC-V 64-bit mã nguồn mở sẵn có.
Một lý do khác cho sự thay đổi này là nhu cầu giảm "nợ kỹ thuật" (technical debt). Anh Furano trong bài nói chuyện của mình đã nói rằng sự phụ thuộc vào công nghệ cũ đã làm chậm các bộ vi xử lý truyền thống, ví von những hệ thống này như "vật cản trong không gian". RISC-V cho phép các kỹ sư loại bỏ những phần lỗi thời và tùy chỉnh bộ xử lý để phù hợp với giới hạn chặt chẽ về kích thước, trọng lượng, năng lượng của các sứ mệnh không gian, cũng như cho các ứng dụng mới nổi như mạng thần kinh (neural networks).
Để giúp khách hàng chuyển đổi từ các hệ thống cũ, Frontgrade Gaisler đã tạo ra một bộ xử lý hỗ trợ cả hai kiến trúc. Dòng bộ xử lý RISC-V mới của họ có tên là NOEL, là từ "LEON" viết ngược, thể hiện sự thay đổi từ bộ nhớ big-endian sang little-endian. Thiết kế bên trong của nó tương tự như phiên bản trước. Công ty đang chuẩn bị ra mắt GR765, một bộ xử lý tám lõi được thiết kế để chống bức xạ. Con chip này tích hợp cả đường ống SPARC và RISC-V. Anh Habinc cho biết: "Bạn có thể chọn khởi động ở chế độ SPARC hoặc RISC-V. Đồng thời, chúng tôi có tất cả các hỗ trợ kế thừa. Nó tương thích ngược với tất cả các mã mà mọi người đã từng viết". Anh Habinc nói thêm: "Một công ty đang sử dụng các chip cũ có thể dễ dàng bắt đầu dùng chip của chúng tôi. Trong tương lai, khi họ không tìm được kỹ sư SPARC nữa – vì kỹ sư SPARC không mọc trên cây – họ có thể chuyển đổi phần mềm mà không cần thay đổi bo mạch hay hộp đựng".
Một phần quan trọng của cách tiếp cận này là duy trì hệ sinh thái mở và tránh các giấy phép hạn chế. Frontgrade Gaisler bán công nghệ chịu lỗi của mình nhưng cũng phát hành mã nguồn bộ xử lý cơ bản dưới dạng mã nguồn mở. Anh Habinc khẳng định: "Chúng tôi đảm bảo mọi thứ chúng tôi làm đều tương thích với RISC-V. Chúng tôi không có sự ràng buộc nhà cung cấp nào. Nếu bạn làm việc với chúng tôi bây giờ và tìm thấy một nhà cung cấp khác trong tương lai, chúng tôi sẽ không ngăn cản bạn".
RISC-V cũng đang được áp dụng rộng rãi ở Mỹ. Năm 2022, Microchip đã nhận được hợp đồng từ NASA để xây dựng bộ xử lý điện toán không gian hiệu suất cao (HPSC) cho thế hệ sứ mệnh không gian tiếp theo. Anh Ted Speers, một kỹ sư cấp cao tại Microchip, cho biết PIC64-HPSC mới là một bộ xử lý với tám lõi RISC-V của SiFive cùng các tính năng hiện đại như Ethernet và PCI Express. Chị Théa-Martine Gauthier, kiến trúc sư dự án tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, nhấn mạnh tầm quan trọng của phần cứng mới này. Chị Gauthier chia sẻ: "Chúng tôi rất yêu thích các bộ RAD750 dựa trên PowerPC của mình và thường xuyên sử dụng chúng. Tuy nhiên, chúng tôi cần nâng cao khả năng điện toán đa năng". Các sứ mệnh không gian sâu cần nhiều quyền tự chủ hơn để có thể xử lý dữ liệu ngay trên tàu thay vì gửi mọi thứ về Trái đất qua các kết nối chậm. HPSC mới kết hợp điện toán hiệu suất cao, một bộ chuyển mạch mạng 240 gigabit và an ninh mạng mạnh mẽ vào một hệ thống đáng tin cậy duy nhất. Chị Gauthier nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng tập lệnh mở: "PIC64-HPSC được thiết kế hoàn toàn dựa trên các tiêu chuẩn mở". Chị nói thêm rằng RISC-V sẽ giúp các sứ mệnh khoa học giảm chi phí và tăng tốc độ cung cấp dữ liệu giá trị.
Các công ty không gian thương mại cũng đang nhanh chóng áp dụng những công nghệ này. Phiên thảo luận đã đề cập đến "Hypercomputing Continuum", một khái niệm nhằm kết hợp siêu máy tính, điện toán đám mây và điện toán biên trong không gian. Anh Speers từ Microchip đã thảo luận về sự tăng trưởng nhanh chóng của nền kinh tế không gian, đặc biệt trong các mạng vệ tinh, quốc phòng và thăm dò. Anh dự đoán rằng hầu hết các công ty công nghệ sẽ sớm phát triển chiến lược không gian, dẫn chứng các sáng kiến như Project Suncatcher của Google và kế hoạch của SpaceX về các trung tâm dữ liệu quỹ đạo.
Anh Habinc đã nói rõ hơn về vai trò của các công ty không gian thương mại, đặc biệt là SpaceX. "SpaceX đang nâng tầm mọi thứ", anh nói. Anh giải thích rằng các công ty này đang cắt giảm chi phí phóng và triển khai các mạng lưới lớn cho truyền thông và điện toán. "Họ sẽ xây dựng các trung tâm dữ liệu và AI của riêng mình trong không gian, đó là con đường duy nhất để tiến lên", anh Habinc nhận định. Anh cũng chỉ ra rằng SpaceX tự sản xuất mọi thứ, từ chip đến các dịch vụ cuối cùng.
Ngoài ra, cơ sở hạ tầng viễn thông cũng đang dịch chuyển vào không gian. Ở châu Âu, dự án IRIS² đang nỗ lực tạo ra một mạng vệ tinh an toàn cho cả chính phủ và doanh nghiệp. Frontgrade Gaisler đang phát triển các chip RISC-V 7 nanomet để giúp xây dựng mạng lưới này. Anh Habinc cũng dự đoán rằng các mạng 6G trong tương lai sẽ phụ thuộc nhiều hơn vào phần cứng đặt trong không gian thay vì các trạm phát sóng mặt đất. "Các trạm phát sóng mặt đất không thực sự kiên cường và có thể bị phá hủy", anh Habinc nói. "Chúng sẽ được di chuyển ngày càng nhiều vào không gian".
Bằng cách hợp tác xuyên lục địa và tuân thủ các tiêu chuẩn mở, ngành công nghiệp bán dẫn hàng không vũ trụ đang thay đổi các công nghệ cốt lõi của mình. Việc tiêu chuẩn hóa trên RISC-V giúp các tổ chức đảm bảo phần cứng bền vững và thích ứng với nền kinh tế không gian đang phát triển nhanh chóng.
