英特尔为首颗搭载人工智能的卫星提供动力

人工智能已经在现代生活中变得无处不在，从提高我们对宇宙的理解到在手机上提供娱乐视频——但人工智能尚未进入轨道。

直到9月2日，一颗实验卫星被从火箭的分离器中弹出，与其他45颗类似大小的卫星一起。该卫星名为PhiSat-1，目前正在以每小时17,000英里的速度（27,500公里）在距离地表329英里（530公里）的太阳同步轨道上运行。

PhiSat-1包含一个新的高光谱-热相机和英特尔Movidius Myriad 2视觉处理单元（VPU）上的板载人工智能处理——该芯片也用于许多智能相机，甚至是一款售价99美元的自拍无人机。 PhiSat-1实际上是一对卫星中的一颗，任务是监测极地冰和土壤湿度，同时测试星间通信系统，以创建未来联邦卫星网络。

Myriad 2帮助解决的第一个问题是如何处理高保真相机（如PhiSat-1上的相机）产生的大量数据。“传感器产生数据的能力每一代都会增加100倍，而我们的下载数据能力每一代只增加三到五倍，”欧洲航天局的数据系统和机载计算负责人Gianluca Furano说，欧洲航天局领导了PhiSat-1背后的合作努力。

同时，大约三分之二的地球表面在任何时候都被云层覆盖。这意味着通常会拍摄很多云的图像，这些图像会被保存、通过宝贵的下行带宽发送到地球、再次保存，然后由科学家（或算法）在计算机上审查数小时或数天后——只会被删除。

“人工智能在边缘来救我们，是西部电影中的骑兵，”Furano说。团队围绕的一个想法是使用机载处理来识别和丢弃多云图像——从而节省约30%的带宽。

“太空是终极边缘，”爱尔兰初创公司Ubotica的首席技术官Aubrey Dunne说。 Ubotica构建和测试了PhiSat-1的AI技术，与cosine（高光谱相机的制造商）以及Singergise和比萨大学合作，开发了完整的解决方案。“Myriad 2从一开始就被设计为具有令人印象深刻的计算能力，但功耗非常低，这非常适合太空应用。”

然而，Myriad 2并不是为轨道设计的。航天器计算机通常使用非常专业的“辐射硬化”芯片，这些芯片可能“落后于最先进的商业技术20年”，Dunne解释说。人工智能也没有在菜单上。

因此，Dunne和Ubotica团队进行了“辐射特性”测试，将Myriad芯片经过一系列测试，以确定如何处理任何错误或磨损。

欧洲航天局“从未测试过如此复杂的芯片进行辐射测试”，Furano说。“我们怀疑我们是否能够正确测试它……我们不得不从头开始编写一份综合测试和特性手册。”

2018年底在欧洲核子研究组织进行的第一次辐射测试持续了36个小时，“是一个非常高压的情况”，Dunne说。但是，这次测试和随后的两次测试“幸运地对我们有利”。Myriad 2以原装形式通过了测试，无需任何修改。

突然，这款低功耗、高性能计算机视觉芯片准备好冒险进入地球大气层以外。但是，现在出现了另一个挑战。

通常，人工智能算法是通过使用大量数据“训练”而构建的——在这种情况下，什么是云，什么不是云。但是，由于相机非常新，“我们没有任何数据”，Furano说。“我们不得不使用现有任务的合成数据来训练我们的应用程序。”

所有这些系统和软件集成以及测试，涉及欧洲六个不同的组织，花了四个月才完成。“我们为能够如此快速和灵活地完成这一任务感到非常自豪，并在如此短的时间内将一切都安装在船上，”欧洲航天局的PhiSat官员Max Pastena说。至于航天器开发，时间表“是一个奇迹”，Furano补充说。

“英特尔在我们需要时提供了对Myriad设备的后台支持，以便我们能够使用我们的CVAI技术实现PhiSat-1的人工智能，”Dunne说。“我们非常感谢这一点。”

不幸的是，一系列无关事件——火箭延迟、冠状病毒疫情和不友好的夏季风——意味着团队不得不等待一年多才能确定PhiSat-1是否会按计划在轨道上运行。

9月2日从法属圭亚那发射的卫星——由Arianespace进行的首次卫星共享飞行——进展迅速，运行顺利。对于初始验证，卫星保存了所有图像，并记录了其AI云检测决策，因此地面团队可以验证其植入式大脑是否按预期运行。

经过三周的深呼吸，Pastena能够宣布：“我们刚刚进入了太空的历史。”

欧洲航天局宣布，联合团队“很高兴透露首次在轨卫星上对地球观测图像进行硬件加速的人工智能推理。”

通过仅发送有用的像素，卫星现在将“改善带宽利用率并显著降低聚合下行成本”——更不用说节省了地面科学家的时间。

展望未来，低成本、人工智能增强的微型卫星的用途是无数的——尤其是当你添加运行多个应用程序的能力时。

“与其在卫星上拥有专用硬件来执行特定任务，不如可以切换网络，”英特尔Movidius技术办公室负责人Jonathan Byrne说。Dunne称之为“卫星即服务”。

考虑到以下几点：当飞越容易发生野火的地区时，卫星可以在几分钟内而不是几个小时内发现火灾并通知当地应急人员。在海洋上，通常会被忽略，卫星可以发现流氓船只或环境事故。在森林和农田上，卫星可以跟踪土壤湿度和作物生长。在冰上，它可以跟踪厚度和融化池，以帮助监测气候变化。

这些可能性中的很多很快就会被测试：欧洲航天局和Ubotica正在合作PhiSat-2，它将携带另一颗Myriad 2进入轨道。PhiSat-2 将能够“运行可以在飞行过程中使用简单用户界面轻松开发、安装、验证和操作的AI应用程序”。

对于英特尔来说，这是一个低容量市场，但其潜在影响是无可置疑的。正如Pastena所说，我们最终可以了解“地球的脉搏”。