- 軌道上での大規模な半導体テストは、中国の宇宙開発への野心にとって極めて重要である。
- 中国は、最大の競争圧力はもはやNASAではなく、スペースXに代表される民間宇宙企業にあると考えている。
Stephen Chen
South China Morning Post
24 January 2024
中国とアメリカの半導体戦争は、今や地球を越えて宇宙にまで及んでいる。
中国の地球外チップ計画に直接携わっている科学者によると、中国の天宮宇宙ステーションは現在、100以上のコンピュータープロセッサーを同時にテストすることができる。
28ナノメートルから16ナノメートルのプロセス範囲にまたがる20以上の新しい高性能チップがすでにテストに合格している。これらは、他国が宇宙で使用しているチップよりもかなり高度なものである。
NASAは、現在宇宙で使用しているチップは30年前の技術に基づいていると述べている。例えば、2021年に打ち上げられる史上最強の宇宙望遠鏡ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡で使用されるRAD750プロセッサは、時代遅れの250ナノメートル技術で製造され、クロック周波数はわずか118MHzで、一般的なスマートフォンのチップの数分の1以下だ。
科学者たちによれば、天宮でテストされたチップはすべて中国国内で設計・製造されたものだという。テストでは、中国が独自に開発したSpaceOSオペレーティングシステムで動作させた。SpaceOSは中国の宇宙ステーションやその他の宇宙施設で広く使われている。
中国宇宙科技研究院（China Academy of Space Technology）のリウ・ホンジン（Liu Hongjin）氏率いる研究チームは、12月に中国の学術誌『Spacecraft Environment Engineering』に掲載された査読付き論文の中で、より多くの国内チップメーカーが、自社のトップクラスの製品を宇宙での厳しいテストにかけるために、すぐに列をなすことになるだろうと述べている。
軌道上で大規模なチップ試験を実施することは、大規模で困難な作業であるが、急速に成長する中国の宇宙開発にとって極めて重要である。
研究チームによると、天宮でのこの作業の規模は、人工衛星によって運ばれる中国の以前のテストプラットフォームよりもはるかに大きい。
宇宙ステーションへの定期的な供給ミッションでは、民間用または軍事用の機密の新チップが大量に宇宙に運ばれ、宇宙飛行士によって宇宙ステーションの外側に取り付けられ、宇宙空間での厳しい放射線テストが行われる。
これらのチップはさまざまなソフトウェア・プログラムを実行する必要があり、生成されたデータは宇宙ステーションの強力な通信システムを通じて地球に転送される。必要であれば、これらのチップを宇宙飛行士とともに地球に戻し、さらに詳細なテストを行うこともできる。
中国航天科工集团有限公司のリウ氏らによれば、このような大規模なテストにより、中国の宇宙用チップの技術を急速に向上させ、研究開発コストを削減することができるという。しかし、彼らはチップのメーカー、設計の詳細、性能パラメータを明らかにしなかった。
これは、完全に自前の宇宙ステーションを持つことの利点だ。国際宇宙ステーション（ISS）は天宮よりも規模が大きく、同様の実験を行うことができるが、その規則では、ISSに送られるすべてのペイロードに関する詳細な情報を知る権利を参加する15カ国が有すると規定されており、チップテストが国家安全保障や技術的秘密に関わる場合には問題となる。
ISSの憲章はまた、軍事技術に関する実験を明確に禁止している。2017年には、目的が不明確な機器を積んだロシアの貨物宇宙船が、NATOからの質問を促した。
NASAが、有人月面着陸や火星探査といった将来の重要な宇宙ミッションのために、2つの民間業者に新しいチップを設計・製造させることを最終的に決定したのは昨年のことだ。オープンソースのRISC-Vアーキテクチャーをベースにしたこの新しいチップは、従来のプロセッサーの100倍高速で、来年宇宙へ行く予定だ。
中国は、最大の競争圧力はもはやNASAからではなく、スペースXに代表される民間宇宙企業からのものだと考えている。例えば、スターリンク衛星は、大量に必要で寿命が短いため、安価な商用チップを大量に使用している。
リウの論文によれば、中国の航空宇宙エンジニアは進歩性と慎重さのパラドックスに陥っている。
彼らは人工知能のような進歩を熱心に採用し、新しい宇宙アプリケーションに要求される高い処理能力に飢えている。しかし、チップ上のトランジスタの数が増えるにつれて、宇宙の高エネルギー粒子からの攻撃に対して脆弱になる。この現象は「シングルイベント・アップセット」と呼ばれ、コンピューティングや情報ストレージの精度に影響を及ぼす可能性がある。
リウ氏は、中国は軌道上で長期間安定した信頼性の高い動作を維持できる、多様な高性能チップの開発を目指していると述べた。
科学者たちは、放射線に強い設計、最適化されたレイアウト、強化された品質を組み合わせることで、単一事象によるアップセットなどの潜在的な課題を予測している。
しかし、リウのチームが証言しているように、宇宙の放射線を完全に地上で再現することはできない。時折、不正な高エネルギー粒子が複数の防御層を破り、予期せぬ角度でトランジスタを直撃することがある。これは数ヶ月に1度、あるいは1日に数回発生する可能性があり、チップ設計者にとって困難な課題となる。
宇宙ステーションでの大規模なテストは、中国が高度な保護技術を開発するのに役立ち、最初にサプライヤーを選定してからチップをテストするのではなく、できるだけ多くのサプライヤーが対等なプラットフォームで競争できるようになるだろう、と研究者たちは述べている。
中国の新世代宇宙チップは、主に28～16ナノメートルの成熟したプロセスで製造される。中国は大量の深紫外リソグラフィ装置を保有しており、低コストで大量のチップを生産することができる。
中国は、スターリンクに匹敵する衛星インターネット・コンステレーションを構築する計画だ。中国の衛星は通信機能だけでなく、地球や宇宙を監視するセンサーも搭載する。
中国の宇宙専門家の中には、今後数年間で、高性能で低コストの宇宙グレードのチップに対する爆発的な需要が世界的に高まると考えている者もいる。
