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L’architecture d’alimentation répond aux exigences de calcul IA embarqué dans les petits satellites
Pour répondre aux besoins en calcul embarqué à basse tension et fort courant, Vicor et Spacechips ont conçu une architecture d’alimentation adaptée aux charges IA tolérantes aux rayonnements, destinée aux petits satellites opérant sur des missions de longue durée.
www.vicorpower.com
La croissance des volumes de données générées par les satellites dépasse les capacités des liaisons descendantes disponibles. Afin de limiter la latence et la dépendance à la bande passante, les opérateurs s’orientent vers le traitement des données directement à bord. Cette approche concerne notamment l’observation de la Terre, les télécommunications, le renseignement d’origine électromagnétique, ainsi que les missions d’assemblage et de maintenance en orbite.
Les satellites de petite taille doivent intégrer ces capacités de calcul tout en respectant des contraintes strictes de masse, de volume et de consommation énergétique. À cela s’ajoutent des exigences de fiabilité liées aux environnements soumis aux radiations, aux cycles thermiques et à des durées de vie opérationnelles pouvant atteindre dix ans.
Des charges de calcul à très basse tension et fort courant
Les circuits de calcul avancés utilisés pour le traitement embarqué, notamment les FPGA et ASIC en technologies Ultra Deep Submicron, fonctionnent à des tensions inférieures à 1 V et nécessitent des courants élevés. À ces niveaux de tension, les pertes de conversion et de distribution deviennent un facteur limitant, tout comme la capacité à gérer des transitoires rapides de charge.
Les architectures d’alimentation distribuées classiques atteignent rapidement leurs limites dans ce contexte, en raison de la surface occupée sur la carte, des pertes thermiques et de la complexité de la régulation à très basse tension.
Une plateforme de calcul adaptatif pour l’IA embarquée
Pour répondre à ces contraintes, Spacechips a développé le transpondeur AI1, une carte de calcul embarquée intégrant un accélérateur d’intelligence artificielle basé sur une architecture de calcul adaptatif (ACAP). Cette plateforme permet d’atteindre une capacité de traitement allant jusqu’à 133 TOPS, adaptée à l’exécution d’algorithmes d’inférence et de traitement du signal en temps réel.
Ces capacités ouvrent la voie à des applications telles que l’analyse d’images en orbite, le traitement adaptatif des charges utiles de télécommunications, ou encore les missions de renseignement et de surveillance. Le traitement local des données permet de limiter les volumes transmis vers le sol et de réduire les délais de décision lorsque les communications sont intermittentes.
La conversion de puissance comme contrainte système
Le maintien de performances de calcul élevées repose sur une alimentation capable de fournir des courants importants avec un rendement maîtrisé. Les satellites s’appuient principalement sur l’énergie solaire et des capacités de stockage limitées, ce qui impose une conversion de puissance optimisée à l’échelle du système.
Dans ce cadre, Spacechips a retenu l’architecture d’alimentation factorisée (Factorized Power Architecture, FPA) de Vicor pour le transpondeur AI1. Cette approche dissocie les fonctions de conversion DC-DC en plusieurs étages spécialisés, afin d’optimiser l’efficacité énergétique et la densité de courant.
Une architecture adaptée aux applications spatiales
Dans la version tolérante aux rayonnements intégrée au transpondeur AI1, un module de conversion de bus (BCM) assure l’isolation électrique et la conversion de la tension du bus satellite vers 28 V. Cette tension est ensuite traitée par un module de pré-régulation (PRM), puis par un module de transformation de tension (VTM), qui abaisse la tension vers environ 0,8 V par multiplication du courant.
Cette organisation permet de limiter les pertes de distribution et d’alimenter efficacement les circuits de calcul à très basse tension, tout en réduisant l’encombrement et les contraintes thermiques par rapport aux régulateurs de point de charge conventionnels.
Fiabilité et redondance pour les missions de longue durée
Les systèmes d’alimentation destinés aux applications spatiales doivent garantir une continuité de fonctionnement sans possibilité d’intervention. Les modules de conversion intégrés à l’architecture AI1 sont conçus avec des chaînes d’alimentation redondantes, chacune capable de supporter la charge nominale complète.
Cette redondance répond aux exigences des missions critiques, où la tolérance aux pannes et la résistance aux effets des radiations constituent des critères déterminants pour la qualification des équipements.
Vers des plateformes de calcul embarqué plus intégrées
L’association d’une plateforme de calcul adaptatif et d’une architecture d’alimentation haute densité illustre l’évolution des systèmes embarqués spatiaux vers une approche plus intégrée au niveau système. À mesure que les charges utiles embarquent davantage de capacités de traitement autonome, l’optimisation conjointe du calcul et de l’alimentation devient un levier central pour maintenir les performances dans des enveloppes de masse, de volume et de consommation contraintes.
Dans ce contexte, les architectures de conversion de puissance factorisée et les accélérateurs IA embarqués apparaissent comme des briques complémentaires pour accompagner le développement des satellites du New Space.
www.vicorpower.com
Les satellites de petite taille doivent intégrer ces capacités de calcul tout en respectant des contraintes strictes de masse, de volume et de consommation énergétique. À cela s’ajoutent des exigences de fiabilité liées aux environnements soumis aux radiations, aux cycles thermiques et à des durées de vie opérationnelles pouvant atteindre dix ans.
Des charges de calcul à très basse tension et fort courant
Les circuits de calcul avancés utilisés pour le traitement embarqué, notamment les FPGA et ASIC en technologies Ultra Deep Submicron, fonctionnent à des tensions inférieures à 1 V et nécessitent des courants élevés. À ces niveaux de tension, les pertes de conversion et de distribution deviennent un facteur limitant, tout comme la capacité à gérer des transitoires rapides de charge.
Les architectures d’alimentation distribuées classiques atteignent rapidement leurs limites dans ce contexte, en raison de la surface occupée sur la carte, des pertes thermiques et de la complexité de la régulation à très basse tension.
Une plateforme de calcul adaptatif pour l’IA embarquée
Pour répondre à ces contraintes, Spacechips a développé le transpondeur AI1, une carte de calcul embarquée intégrant un accélérateur d’intelligence artificielle basé sur une architecture de calcul adaptatif (ACAP). Cette plateforme permet d’atteindre une capacité de traitement allant jusqu’à 133 TOPS, adaptée à l’exécution d’algorithmes d’inférence et de traitement du signal en temps réel.
Ces capacités ouvrent la voie à des applications telles que l’analyse d’images en orbite, le traitement adaptatif des charges utiles de télécommunications, ou encore les missions de renseignement et de surveillance. Le traitement local des données permet de limiter les volumes transmis vers le sol et de réduire les délais de décision lorsque les communications sont intermittentes.
La conversion de puissance comme contrainte système
Le maintien de performances de calcul élevées repose sur une alimentation capable de fournir des courants importants avec un rendement maîtrisé. Les satellites s’appuient principalement sur l’énergie solaire et des capacités de stockage limitées, ce qui impose une conversion de puissance optimisée à l’échelle du système.
Dans ce cadre, Spacechips a retenu l’architecture d’alimentation factorisée (Factorized Power Architecture, FPA) de Vicor pour le transpondeur AI1. Cette approche dissocie les fonctions de conversion DC-DC en plusieurs étages spécialisés, afin d’optimiser l’efficacité énergétique et la densité de courant.
Une architecture adaptée aux applications spatiales
Dans la version tolérante aux rayonnements intégrée au transpondeur AI1, un module de conversion de bus (BCM) assure l’isolation électrique et la conversion de la tension du bus satellite vers 28 V. Cette tension est ensuite traitée par un module de pré-régulation (PRM), puis par un module de transformation de tension (VTM), qui abaisse la tension vers environ 0,8 V par multiplication du courant.
Cette organisation permet de limiter les pertes de distribution et d’alimenter efficacement les circuits de calcul à très basse tension, tout en réduisant l’encombrement et les contraintes thermiques par rapport aux régulateurs de point de charge conventionnels.
Fiabilité et redondance pour les missions de longue durée
Les systèmes d’alimentation destinés aux applications spatiales doivent garantir une continuité de fonctionnement sans possibilité d’intervention. Les modules de conversion intégrés à l’architecture AI1 sont conçus avec des chaînes d’alimentation redondantes, chacune capable de supporter la charge nominale complète.
Cette redondance répond aux exigences des missions critiques, où la tolérance aux pannes et la résistance aux effets des radiations constituent des critères déterminants pour la qualification des équipements.
Vers des plateformes de calcul embarqué plus intégrées
L’association d’une plateforme de calcul adaptatif et d’une architecture d’alimentation haute densité illustre l’évolution des systèmes embarqués spatiaux vers une approche plus intégrée au niveau système. À mesure que les charges utiles embarquent davantage de capacités de traitement autonome, l’optimisation conjointe du calcul et de l’alimentation devient un levier central pour maintenir les performances dans des enveloppes de masse, de volume et de consommation contraintes.
Dans ce contexte, les architectures de conversion de puissance factorisée et les accélérateurs IA embarqués apparaissent comme des briques complémentaires pour accompagner le développement des satellites du New Space.
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