【編者按】信息安全是國家戰(zhàn)略問題枕褂，其硬件支撐就是核心芯片芍锚。目前逝嚎，我國芯片主要依賴進(jìn)口洽糟，我國每年因芯片進(jìn)口要花費(fèi)2000多億美元炉菲，和進(jìn)口石油的花費(fèi)差不多。對于空間應(yīng)用的芯片而言坤溃，還要具有抗輻射等特殊性能拍霜。因為宇宙空間環(huán)境極為復(fù)雜，大量的空間粒子輻射會導(dǎo)致星上電路性能退化甚至功能失效，對衛(wèi)星造成致命打擊祠饺。

西昌發(fā)射的兩顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星近日來成為國內(nèi)各方關(guān)注的焦點(diǎn)腔益，在這兩顆衛(wèi)星和“遠(yuǎn)征一號”火箭上，不僅100%使用了中國自主開發(fā)的宇航CPU芯片络峦，還承載著數(shù)據(jù)總線電路舰打、轉(zhuǎn)換器、存儲器等大量其他國產(chǎn)芯片蒋巡。據(jù)了解凫荡，這是中國衛(wèi)星第一次成體系地批量使用國產(chǎn)芯片。

“除了宇航CPU肚苇，我們還為北斗導(dǎo)航衛(wèi)星和‘遠(yuǎn)征一號’提供了近40款自主研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品功抠。在上面級控制板上的15種電路中，我們提供了12種蚣锌，可以說耘昙，我們的電路已經(jīng)基本能構(gòu)成單機(jī)單板的模式〖聘。”中國航天科技集團(tuán)公司九院772所所長趙元富告訴記者谓墨。

12年磨一劍

自主研發(fā)CPU芯片

據(jù)記者了解，此次登星的宇航級國產(chǎn)CPU芯片漓拾，已經(jīng)能夠達(dá)到與國際先進(jìn)水平基本相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品性能阁最。“在某些抗輻射指標(biāo)上骇两，我們應(yīng)該比國外的一些產(chǎn)品還更有優(yōu)勢速种。”趙元富補(bǔ)充道低千。

然而配阵，研發(fā)出一款足以登上衛(wèi)星的CPU芯片，遠(yuǎn)不如想象中那么簡單示血。從2003年投入研制宇航級CPU芯片算起棋傍，772所用了12年的時間。

宇航用CPU是衛(wèi)星的核心芯片难审，作為衛(wèi)星的大腦和心臟瘫拣，負(fù)責(zé)接收地面指令、處理載荷數(shù)據(jù)告喊、管理控制姿態(tài)麸拄。由于其核心重要性，一旦出現(xiàn)問題惯慎，會影響整個衛(wèi)星的功能運(yùn)轉(zhuǎn)颤皆，對研發(fā)技術(shù)水平要求極高酬苇。因此，此前中國的宇航用CPU基本依靠進(jìn)口给番。

本次登上北斗衛(wèi)星的CPU芯片并不是中國第一款登上衛(wèi)星的CPU蚤件。2006年，772所已研制出第一代CPU芯片狞绰。2011年完株，中國才出現(xiàn)了第一款隨試驗衛(wèi)星升空的空間用CPU芯片，即772所研制的我國首枚32位空間用國產(chǎn)CPU般迈。然而乳环，那次只在試驗衛(wèi)星的其中一個主機(jī)上使用了國產(chǎn)CPU芯片，并且仍然采用了進(jìn)口芯片做備份恋赎。直到2015年此次的北斗雙星發(fā)射倘回，中國衛(wèi)星才真正100%采用了國產(chǎn)CPU芯片。

為了研發(fā)出足以替代進(jìn)口芯片的國產(chǎn)CPU疾浓，772所放棄了中國研制自主元器件最普遍的道路——仿制后再創(chuàng)新音瓷，選擇了完全自主研發(fā)的道路。

面對研發(fā)難題夹抗，在2003年研制初期绳慎，幾乎所有人都在勸趙元富仿制國內(nèi)衛(wèi)星用的那款CPU，但趙元富并沒有照做漠烧⌒臃撸“當(dāng)我們仿制出來的時候，人家下一代更新升級的CPU又出來了已脓，也不會有人再愿意用我們仿制出來的產(chǎn)品珊楼。”趙元富向記者透露了當(dāng)時的想法度液。

因此厕宗，從最開始，772所就將研發(fā)目標(biāo)定在了當(dāng)時的國際下一代CPU上堕担。那時已慢，下一代宇航用CPU還沒有實際產(chǎn)品出現(xiàn)，有的只是一個大致的思路和概念霹购，例如主頻的提升佑惠，以及對內(nèi)部架構(gòu)和接口進(jìn)行改進(jìn)。

772所決定直接從國際下一代宇航用CPU做起贾瞪，最終完成了兩款宇航用CPU產(chǎn)品菱脯。等到新產(chǎn)品研制成功，也剛好趕上了下一代衛(wèi)星更新?lián)Q代的時間菲痹，迎來了衛(wèi)星用國產(chǎn)芯片大量替代進(jìn)口芯片的機(jī)遇湘秀。

目前，772所更新升級的下一代CPU產(chǎn)品也已開發(fā)完成编毒，預(yù)計到今年年底實現(xiàn)投片生產(chǎn)军含。相比現(xiàn)有的CPU產(chǎn)品，新產(chǎn)品的性能指標(biāo)有了大幅度提高歹簸，CPU速度提升孩砸，處理性能增加，得以支持更高速度的接口搬洪。

宇航用芯片

必須保證安全可靠性

北斗衛(wèi)星是772所遇到的最大機(jī)遇贸掰。我國一直在大力推進(jìn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，為此要成批量地布置衛(wèi)星燃拥。

“如果把核心器件寄托在進(jìn)口芯片上审胚，會有很大的風(fēng)險，因此這是我們國產(chǎn)芯片的機(jī)遇礼旅∩胚叮”趙元富強(qiáng)調(diào)。

但國產(chǎn)芯片也要具備足以登星的性能痘系。據(jù)記者了解菲嘴，宇航用CPU用于衛(wèi)星內(nèi)部控制，不追求運(yùn)算速度汰翠，考慮到CPU性能要符合其衛(wèi)星應(yīng)用場景龄坪，要求其集成盡可能多的功能、提供盡可能豐富的控制接口复唤、具備很強(qiáng)的可變換性健田、能夠抵抗空間惡劣的輻射環(huán)境。

尤其是抗輻射的特殊性能苟穆，對于衛(wèi)星長壽命抄课、高可靠穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。普通地面上所使用的芯片雳旅，必須經(jīng)過特殊的加固措施跟磨，才能保持其在空間的使用，否則一旦上星忱痴，便會被射線潭灯、粒子影響，出現(xiàn)故障導(dǎo)致無法運(yùn)轉(zhuǎn)蚪应。

針對空間惡劣的輻射環(huán)境话弹，772所研發(fā)出了抗輻射加固設(shè)計技術(shù)，在設(shè)計階段通過對器件伍戚、電路和系統(tǒng)的設(shè)計加固實現(xiàn)抗輻射特性味专，研制出“抗輻射加固”的宇航集成電路雌她。在抗輻射設(shè)計加固技術(shù)平臺的基礎(chǔ)上，772所還成功研制出了200多種抗輻射加固集成電路数荤，奠定了衛(wèi)星成體系使用國產(chǎn)芯片的基礎(chǔ)政用。

除抗輻射外，散熱也是宇航用芯片在空間應(yīng)用環(huán)境中遇到的特殊考驗阴戚√染模“電路在地面應(yīng)用時，熱量的釋放主要依靠熱輻射和熱傳導(dǎo);在空間的真空狀態(tài)下笋熬，導(dǎo)熱效率極低热某，要將芯片工作時產(chǎn)生的熱量盡快釋放出去「烀”主管質(zhì)量工作的772所黨委書記昔馋、總工藝師姚全斌告訴《中國電子報》記者。

面對電路散熱結(jié)構(gòu)技術(shù)難題旺隙，772所的研發(fā)團(tuán)隊通過芯片的功耗分析绒极、封裝的熱設(shè)計和熱阻分析等方面，采用先進(jìn)的陶瓷封裝蔬捷，解決了核心器件應(yīng)用在真空環(huán)境下的散熱問題垄提，保證器件在惡劣環(huán)境下正常工作。

此外周拐，為保證芯片使用的安全可靠铡俐，772所不僅考慮在設(shè)計環(huán)節(jié)消除任何暗藏隱患，還從外圍的軟件環(huán)境著手妥粟，與專門研制軟件的航天單位共同合作開發(fā)了相關(guān)應(yīng)用軟件审丘。就此為衛(wèi)星提供了從芯片到軟件開發(fā)環(huán)境的一整套獨(dú)立自主體系，保證了衛(wèi)星運(yùn)行的安全可靠犀进。

實現(xiàn)國產(chǎn)化

芯片軟件生態(tài)環(huán)境缺一不可

成立于1994年的772所嵌鳖，從創(chuàng)立初期就將研制宇航用芯片作為核心定位。但與其他芯片的遭遇相同膊节，宇航用芯片也面臨著漫長的國產(chǎn)化道路及裂。

2003年，772所研發(fā)了10年的第一款芯片才上天原拉，這也是國內(nèi)首款真正上天的大規(guī)模集成電路嘀矢。2005年，已在天上運(yùn)行了2年的國產(chǎn)化電路表現(xiàn)穩(wěn)定堵套，為772所獲取了各方信任昵例，也贏來了型號單位新的任務(wù)需求。2年后，772所第二批的7~8款芯片上天锣裆。2009年拒凝，又有少量芯片替代國外芯片上星。

趙元富告訴記者腿扒，衛(wèi)星麻雀雖小昼牛，但五臟俱全，需要用到CPU康聂、存儲器、接口電路胞四、FPGA等各類型集成電路恬汁。只做一兩款產(chǎn)品解決不了衛(wèi)星的需求，也滿足不了研發(fā)單位經(jīng)濟(jì)上的生存需要辜伟。因此氓侧，必須同時研制各類產(chǎn)品，才能成體系地提供芯片給衛(wèi)星使用导狡。但這對于一個單位來說要覆蓋的產(chǎn)品面太寬约巷，實施起來相當(dāng)困難。

更重要的是旱捧，單一的芯片研發(fā)不足以支撐國產(chǎn)產(chǎn)品對進(jìn)口產(chǎn)品的替代独郎。“想要實現(xiàn)一款宇航用CPU的國產(chǎn)化枚赡，最大的問題不是研制好芯片本身氓癌，而是必須共同建立起國產(chǎn)化的芯片、軟件和生態(tài)環(huán)境蛹拜，缺一不可她蛉。”趙元富向記者強(qiáng)調(diào)慰颊。

這也是所有國產(chǎn)芯片共同面臨的痛點(diǎn)赚兰。培養(yǎng)整個用戶群習(xí)慣，比做一款CPU芯片要難得多辱折。但幸運(yùn)的是郎石，對于772所來說，宇航用芯片要面對的生態(tài)環(huán)境遠(yuǎn)比通用級芯片簡單得多晦哺。宇航用芯片的生態(tài)環(huán)境相對封閉箫驻，相關(guān)航天用戶單位僅20余家，針對的也是專業(yè)用戶贩挨，只要有好用的開發(fā)環(huán)境绍挤，就可以開始構(gòu)建國產(chǎn)化的生態(tài)環(huán)境。

隨著越來越多的芯片上天尤桃，航天單位對772所的芯片信任度也逐步提高籽榕，772所開始承擔(dān)以北斗導(dǎo)航為代表的3個重點(diǎn)宇航型號九款抗輻射加固百萬門級ASIC研制爷耀。目前，北斗等11顆衛(wèi)星已攜帶9款A(yù)SIC上天拍皮，最長在軌已近4年歹叮。

隨著此次航天級CPU和批量芯片的成功上星，772所開始不滿足于航天領(lǐng)域铆帽，還打算涉足工控領(lǐng)域咆耿。從一個行業(yè)的成功使用，再普及到其他行業(yè)領(lǐng)域爹橱，一個行業(yè)一個行業(yè)地突破萨螺，形成正循環(huán)，應(yīng)當(dāng)是中國芯片國產(chǎn)化道路最容易突破的方式愧驱。

工控行業(yè)是772所順理成章的選擇慰技，同樣面對專業(yè)用戶，需要附加值高组砚、以技術(shù)為核心競爭力的產(chǎn)品吻商，這正是772所最大的優(yōu)勢。目前糟红，772所已開始和中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司等相關(guān)單位聯(lián)手推動普及工控級CPU址檀。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享流沦，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實性負(fù)責(zé)笋骡，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布邢窜、編輯整理上傳叮盲，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)丘隙。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻只忿、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題伶离，請第一時間告知禾膀，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益诺教！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn驹柴。