[發明專利]基于華為昇騰AI處理器的星載AI綜合電子系統

有效

• 申請號: 202111316510.6
• 申請日: 2021-11-08
• 公開（公告）號: CN114036103B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 黎康;祁飛;許錢;鄭覃
• 申請（專利權）人: 成都天巡微小衛星科技有限責任公司
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78;G06F30/27;G06F30/34;G06N3/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 張杰

本發明公開了基于華為昇騰AI處理器的星載AI綜合電子系統，涉及衛星綜合電子系統技術領域，具體包括AI算力模塊、FPGA模塊和星載模塊，所述AI算力模塊為實現圖像智能處理提供基礎功能支持包；所述FPGA模塊集成可靈活配置組合的可編程資；所述星載模塊通過高速以太網與FPGA模塊進行通訊；本發明，以華為通用智能硬件作為天基AI算力平臺，將傳統衛星典型分系統和典型載荷的計算功能向AI算力平臺轉移，采用異構系統硬件架構，結合開源軟件生態，提出了新一代衛星AI綜合電子系統構架，具有算力優化分配、軟件按需加載、載荷即插即用、功能快速重構的技術特點。

技術領域

本發明涉及衛星綜合電子系統技術領域，具體涉及基于華為昇騰AI處理器的星載AI綜合電子系統。

背景技術

航天技術的發展，特別商業巨型星座的發展，對衛星的智能化、模塊化、快響應和低成本提出了新的要求；而傳統衛星設計構架表現出諸多不足：首先，各個分系統由于傳統繼承性，類別繁雜，對整星功耗、帶寬和重量等資源的爭奪難以平衡；其次，衛星分系統和載荷都涉及大量不同類型計算，算力分散，難以全局優化；比如，星敏感器和光學相機都涉及大量圖像處理計算，但各自算力既不足又分散，阻礙了各自性能的提升；再次，各單機功能越來越復雜，使得每個單機都需要構建獨立的算力中心，但其原始信息并不共享，缺乏信息深度融合，算力未能充分發揮作用；還有，隨著性能要求的提高，傳統衛星分系統的設計構架使得整星成本飆升，技術更新換代緩慢。

可見，基于傳統衛星按各個分系統的設計構架，制約了衛星向高算力、智能化、低成本等方向的發展。

發明內容

本發明的目的在于：針對目前傳統衛星按各個分系統的設計構架，制約了衛星向高算力、智能化、低成本等方向的發展的問題，提供了基于華為昇騰AI處理器的星載AI綜合電子系統，即以華為通用智能硬件作為天基AI算力平臺，將傳統衛星典型分系統（星務、姿控）和典型載荷（光學相機）的計算功能向AI算力平臺轉移，采用異構系統硬件架構，結合開源軟件生態，提出了新一代衛星AI綜合電子系統構架，具有算力優化分配、軟件按需加載、載荷即插即用、功能快速重構的技術特點。

本發明的技術方案如下：

基于華為昇騰AI處理器的星載AI綜合電子系統，包括：

AI算力模塊：所述AI算力模塊為實現圖像智能處理提供基礎功能支持包；所述AI算力模塊是基于MindSpore深度學習的通用模型；所述AI算力模塊是基于華為通用智能硬件（優選為華為ATLAS 500 智能硬件），將傳統衛星典型分系統（星務、姿控）和典型載荷（光學相機）的計算功能向AI算力模塊轉移；采用異構系統硬件架構，結合開源軟件生態，具有算力優化分配、軟件按需加載、載荷即插即用、功能快速重構的技術特點；

FPGA模塊：所述FPGA模塊集成可靈活配置組合的可編程資源；FPGA模塊可選用國產高性能FPGA，以JFM7系列為例，JFM7模塊集成可靈活配置組合的可編程資源，用于實現輸入輸出接口、通用數字邏輯、存儲器、數字信號處理、時鐘管理等多種功能，還提供專用時鐘和布線資源；

星載模塊：所述星載模塊通過高速以太網（優選為千兆以太網）實現與FPGA模塊進行通訊；所述星載模塊包括相機、星敏感器和數傳系統，所述星載模塊可通過高速總線實現與FPGA模塊連接；優選地，所述高速總線可采用VPX高速背板，所述VPX高速背板還可以加設多個用戶擴展板；所述VPX高速背板用于將各個模塊的總線接口信號通過走線連接起來，是連接各模塊電信號的重要單元，背板各插槽使用統一接插件，利于功能擴展。

進一步地，所述AI算力模塊由昇騰310處理器和Hi3559C開發板搭建而成，其AI算力模塊的算力高達11 TFLOPS FP16，使得大規模聯合濾波、專家數據庫故障診斷、復雜神經網絡、精密軌道計算等復雜算法在衛星上得以實現；昇騰310處理器包括2個DaVinci AI核，8個A55 Arm Core（最大主頻1.6GHz）。昇騰310處理器可通過40PIN擴展接口與外部通信。