Intel ha presentato Starfire, un sistema su chip progettato per portare capacità avanzate di elaborazione e inferenza AI a bordo di satelliti, veicoli spaziali e piattaforme destinate ai programmi governativi statunitensi. Il processore combina componenti derivate dall’architettura Panther Lake con tecnologie di produzione e confezionamento differenti, adattate alle condizioni operative dello spazio.
Starfire nasce per superare il tradizionale divario tra i processori commerciali più recenti e i componenti utilizzati nelle missioni spaziali. I semiconduttori installati su satelliti e sonde devono resistere per anni a radiazioni ionizzanti, forti variazioni termiche e impossibilità di intervento fisico. Per questo motivo il settore ha continuato a utilizzare processi produttivi maturi, meno densi e generalmente più semplici da rendere tolleranti alle radiazioni, anche quando le loro prestazioni risultavano molto inferiori rispetto a quelle dei chip destinati ai computer terrestri.
Con Starfire, Intel tenta di applicare allo spazio un processo avanzato come Intel 18A, equivalente a una classe produttiva inferiore ai due nanometri secondo la nomenclatura commerciale dell’azienda. L’obiettivo non è soltanto aumentare la potenza della CPU, ma integrare nello stesso dispositivo unità specializzate capaci di analizzare dati e utilizzare modelli di intelligenza artificiale senza dover trasferire continuamente le informazioni verso una stazione terrestre.
Il chip utilizza una struttura modulare realizzata con la tecnologia di packaging tridimensionale Foveros. Il tile contenente CPU e unità neurale è prodotto con Intel 18A, mentre la sezione grafica viene realizzata con il processo Intel 3. I diversi elementi vengono successivamente integrati in un unico package, permettendo di combinare componenti progettati per carichi differenti senza dover costruire l’intero processore con la stessa tecnologia produttiva.
La CPU comprende otto core. Quattro sono core ad alte prestazioni, destinati alle attività che richiedono maggiore capacità di calcolo, mentre gli altri quattro sono core a basso consumo utilizzabili per i processi continui e meno intensivi. La configurazione deriva da Panther Lake, la famiglia di processori Intel nata per i computer portatili, ma è stata modificata per rispettare i requisiti di consumo, affidabilità e funzionamento prolungato delle applicazioni spaziali.
Alla CPU si affianca una NPU composta da tre tile e prodotta anch’essa con Intel 18A. La Neural Processing Unit è progettata per eseguire in modo efficiente reti neurali e altri modelli di machine learning, riducendo la necessità di affidare queste operazioni ai core generici. La sezione grafica utilizza invece un’architettura Xe con quattro core grafici e 64 unità di esecuzione, realizzate con il processo Intel 3.
La combinazione di CPU, GPU e NPU permette di distribuire i carichi in base alle loro caratteristiche. La CPU può gestire il sistema operativo, il controllo della piattaforma e le elaborazioni sequenziali. La GPU può occuparsi di calcolo parallelo e trattamento delle immagini, mentre la NPU può accelerare l’inferenza dei modelli AI con un consumo energetico inferiore.
Intel prevede due versioni di Starfire. La configurazione a basso consumo opera con un limite di 10 watt e raggiunge una capacità dichiarata fino a 45 TOPS, cioè 45 mila miliardi di operazioni al secondo nei carichi compatibili con la misurazione utilizzata. La versione ad alte prestazioni arriva a 35 watt e offre fino a 75 TOPS.
Nel modello da 10 watt, i core ad alte prestazioni operano a circa 1 GHz, quelli a basso consumo a 850 MHz e la GPU tra 800 MHz e 1 GHz. La variante da 35 watt porta i core principali fino a 3,1 GHz, i core efficienti a 2,1 GHz e la sezione grafica fino a 2 GHz. Le frequenze mostrano che le due versioni non differiscono soltanto per il limite energetico, ma sono destinate a profili operativi differenti.
La configurazione a basso consumo può essere utilizzata nei piccoli satelliti, nei sistemi alimentati da pannelli solari con margini energetici limitati e nelle piattaforme che devono mantenere continuamente attivi algoritmi di rilevamento. Quella da 35 watt può invece sostenere elaborazioni più impegnative, come analisi ad alta risoluzione delle immagini, riconoscimento di oggetti, navigazione autonoma o gestione di grandi quantità di dati scientifici.
Entrambe le versioni supportano memorie LPDDR5 e DDR5 e mettono a disposizione dodici linee PCI Express di quarta generazione. Le connessioni PCIe possono essere utilizzate per comunicare con sensori, dispositivi di archiviazione, interfacce di rete e acceleratori aggiuntivi presenti sulla piattaforma spaziale.
Intel dichiara una vita operativa prevista superiore a dieci anni. Il chip è inoltre progettato per funzionare in un intervallo termico compreso tra -55 e 125 gradi Celsius. Questi valori non corrispondono necessariamente alla temperatura esterna dello spazio, ma rappresentano le condizioni alle quali il dispositivo deve continuare a operare all’interno dell’elettronica del satellite o del veicolo.
Il controllo termico costituisce una delle difficoltà principali dell’elaborazione nello spazio. Sulla Terra, ventole e flussi d’aria possono allontanare il calore da un processore. Nel vuoto non è possibile utilizzare la convezione nello stesso modo e il calore deve essere trasferito attraverso strutture conduttive e radiatori. Un dispositivo da 35 watt richiede quindi un sistema termico più complesso rispetto alla variante da 10 watt, ma può offrire una capacità di elaborazione molto maggiore.
La funzione centrale di Starfire è l’inferenza AI in orbita. Un satellite tradizionale raccoglie dati attraverso telecamere, radar o sensori scientifici e ne invia una parte verso la Terra. La stazione di controllo deve riceverli, elaborarli e decidere quali azioni eseguire. Il processo dipende dalla disponibilità del collegamento radio, dalla larghezza di banda e dal tempo necessario per la trasmissione.
Con un processore capace di eseguire modelli direttamente a bordo, il satellite può analizzare i dati prima di trasmetterli. Un sistema di osservazione terrestre può riconoscere nuvole, incendi, navi, infrastrutture o variazioni del territorio e inviare soltanto le immagini considerate rilevanti. Un veicolo spaziale può utilizzare modelli di visione per identificare ostacoli, stimare la propria posizione o adattare la rotta senza attendere un comando proveniente dalla Terra.
L’elaborazione locale riduce anche il volume di informazioni che deve attraversare il collegamento radio. Le immagini ad alta risoluzione e i dati prodotti dai nuovi sensori possono superare la capacità disponibile per la trasmissione. Un modello AI può classificare, comprimere o selezionare le informazioni direttamente in orbita, destinando la banda ai contenuti con maggiore valore operativo o scientifico.
La capacità di prendere decisioni localmente diventa ancora più importante nelle missioni lontane dalla Terra. La latenza delle comunicazioni aumenta con la distanza e impedisce il controllo in tempo reale. Un sistema capace di identificare autonomamente un evento o una situazione anomala può reagire prima che il segnale raggiunga il centro di controllo e che un nuovo comando torni al veicolo.
Il confronto più immediato riguarda i processori resistenti alle radiazioni utilizzati da molti anni nel settore spaziale. Uno dei più conosciuti è il RAD750 di BAE Systems, basato sull’architettura PowerPC e prodotto con processi compresi tra 150 e 250 nanometri. Il componente è stato installato in oltre 150 missioni, comprese sonde marziane e telescopi spaziali, grazie alla sua affidabilità e alla capacità di sopportare ambienti estremi.
Il RAD750 utilizza però una tecnologia sviluppata diversi decenni fa e opera con frequenze comprese approssimativamente tra 110 e 200 MHz. I processori successivi, come il multicore RAD5545, hanno aumentato le prestazioni, ma gran parte dei componenti spaziali continua a concentrarsi sul controllo del veicolo, sulla telemetria e sulla gestione dei sottosistemi.
Starfire appartiene a una categoria differente. La presenza di una NPU e di una GPU con decine di unità di esecuzione lo rende adatto a carichi che i processori spaziali tradizionali non erano stati progettati per gestire. Intel non propone quindi semplicemente una CPU più veloce per sostituire i sistemi di controllo esistenti, ma una piattaforma eterogenea dedicata all’elaborazione avanzata dei dati.
L’utilizzo di Intel 18A introduce tuttavia difficoltà specifiche. Con la riduzione delle dimensioni dei transistor diminuisce anche la quantità di carica elettrica necessaria per rappresentare un bit. Una particella ad alta energia può quindi alterare più facilmente lo stato di una memoria o di un circuito, provocando un errore noto come bit flip.
Nei processori spaziali tradizionali il problema viene affrontato utilizzando processi più grandi, transistor speciali, ridondanza e tecniche di correzione degli errori. Intel intende compensare la maggiore sensibilità potenziale del processo 18A attraverso interventi a livello di progettazione e con le caratteristiche della tecnologia RibbonFET.
RibbonFET è l’implementazione Intel dei transistor gate-all-around. Il gate circonda completamente i sottili canali attraverso i quali passa la corrente, permettendo un controllo elettrico superiore rispetto ai precedenti transistor FinFET. La tecnologia migliora efficienza e densità, ma non rende automaticamente il componente adatto allo spazio. La resistenza alle radiazioni dipende anche dal layout dei circuiti, dalle memorie, dalle protezioni logiche e dalle procedure utilizzate per individuare e correggere gli errori.
Intel parla infatti di radiation hardening by design, cioè di irrobustimento contro le radiazioni introdotto durante la progettazione. Questa strategia può comprendere circuiti ridondanti, celle di memoria più robuste, sistemi di correzione degli errori, protezioni contro il blocco dei transistor e procedure capaci di rilevare risultati incoerenti.
Starfire non ha però ancora completato la qualificazione radiativa. Intel indica come ancora in corso la caratterizzazione relativa alla dose ionizzante totale, agli effetti provocati da singole particelle e al single-event latch-up. Le specifiche possono quindi essere modificate in base ai risultati delle verifiche.
La dose ionizzante totale misura il danno cumulativo provocato dall’esposizione alle radiazioni nel corso della missione. Anche quando ogni singolo evento non produce un guasto immediato, l’accumulo può modificare progressivamente il comportamento dei transistor fino a rendere il chip instabile.
Gli effetti da evento singolo si verificano invece quando una particella colpisce una parte del circuito e provoca un errore momentaneo o permanente. Un bit può cambiare stato, un calcolo può produrre un risultato errato oppure un componente può entrare in una condizione anomala. Il latch-up è particolarmente pericoloso perché può generare un percorso di corrente incontrollato e danneggiare fisicamente il dispositivo se l’alimentazione non viene interrotta rapidamente.
La mancata conclusione dei test significa che Starfire è stato annunciato come componente destinato allo spazio, ma non può ancora essere considerato qualificato per una specifica missione. Ogni programma dovrà inoltre valutare il livello di radiazioni previsto nell’orbita scelta. Una piattaforma in orbita terrestre bassa affronta condizioni differenti rispetto a un satellite geostazionario, a una missione lunare o a un veicolo diretto nello spazio profondo.
Intel prevede di distribuire i primi campioni nel terzo trimestre del 2026 attraverso Intel Government Technologies, la divisione che gestisce i rapporti con enti governativi e programmi di difesa. L’azienda punta sulla produzione statunitense, sulla disponibilità di tecnologie avanzate all’interno del Paese e su prezzi definiti competitivi rispetto ai componenti spaziali realizzati in volumi molto limitati.
La produzione nazionale è un elemento strategico per i programmi governativi statunitensi. Intel Foundry dispone della qualifica Trusted Foundry e partecipa a iniziative del Dipartimento della Difesa dedicate alla disponibilità di tecnologie avanzate e packaging sicuro. Un processore costruito negli Stati Uniti può ridurre la dipendenza da filiere estere per sistemi considerati sensibili.
Il costo rimane comunque soltanto una delle variabili. Nel settore spaziale, i processori devono attraversare procedure di qualificazione lunghe, essere accompagnati da documentazione dettagliata e mantenere configurazioni stabili per molti anni. Un componente commerciale può essere sostituito rapidamente da una nuova generazione, mentre un sistema destinato a una missione deve rimanere disponibile e supportato durante progettazione, lancio e intera vita operativa.
Starfire dovrà inoltre dimostrare che la maggiore complessità non riduce l’affidabilità. L’integrazione di CPU, GPU, NPU, più tile produttivi e packaging tridimensionale crea numerosi punti che devono resistere alle sollecitazioni meccaniche, termiche ed elettriche. Le prestazioni dichiarate rappresentano quindi soltanto una parte della valutazione necessaria.
La disponibilità di 75 TOPS non indica automaticamente quali modelli potranno essere eseguiti né con quale velocità. Il risultato dipende dal formato numerico, dal supporto software, dalla quantità di memoria installata, dalla larghezza di banda e dalla capacità di adattare il modello all’architettura della NPU. Gli operatori dovranno inoltre considerare il consumo energetico dell’intero sistema, non soltanto quello del processore.
Il software avrà un ruolo altrettanto importante. Un modello eseguito nello spazio deve continuare a produrre risultati affidabili anche quando i dati sono differenti da quelli utilizzati durante l’addestramento. Deve inoltre essere possibile aggiornare il sistema senza compromettere la missione e ripristinare una versione precedente nel caso in cui un nuovo modello introduca errori.
L’autonomia basata sull’intelligenza artificiale richiede anche meccanismi di controllo. Un modello può aiutare a selezionare immagini, individuare anomalie o pianificare alcune operazioni, ma le decisioni più critiche devono essere verificate attraverso regole deterministiche e sistemi ridondanti. Un errore di classificazione non deve poter compromettere l’assetto del satellite, l’alimentazione o le comunicazioni.