有這樣一類芯片，它被用作北斗衛(wèi)星、玉兔號(hào)月球車的CPU，運(yùn)算性能卻遠(yuǎn)不如電腦、手機(jī)芯片，但每一塊的價(jià)格動(dòng)輒上百萬(wàn)，這類芯片就是宇航級(jí)芯片。

芯片根據(jù)可靠性分為宇航級(jí)、軍工級(jí)、工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)，像近幾年美國(guó)斷供華為的一類芯片，就是商業(yè)消費(fèi)級(jí)，而宇航級(jí)、軍工級(jí)更早前就被美國(guó)人禁運(yùn)了，但中國(guó)已經(jīng)在這兩類芯片上實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立自主?？吹竭@里有人或許會(huì)有疑問(wèn)，幾百元一塊的手機(jī)芯片被西方卡脖子，為什么我們卻能搞定百萬(wàn)級(jí)別的宇航級(jí)芯片呢？

 

過(guò)去史上最貴的芯片，是美國(guó)賽靈思公司的宇航級(jí)FPGA芯片，單價(jià)500萬(wàn)一顆。但最近北斗三號(hào)總設(shè)計(jì)師林寶軍公開(kāi)表示，北斗衛(wèi)星的航天CPU，一塊板子的價(jià)格是900萬(wàn)人民幣，而且比以往還便宜幾倍，可見(jiàn)宇航級(jí)芯片的價(jià)格真的是毫無(wú)上限。

其實(shí)在太空這種特殊的環(huán)境中，芯片性能并不是首要考慮因素，芯片的可靠性——芯片的抗輻射能力，才是重中之重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1971年到1986年間，全球有近40顆衛(wèi)星總計(jì)發(fā)生了1589次故障，其中有1129次故障是由空間輻射引起的。

在那個(gè)芯片設(shè)計(jì)不成熟的年代，衛(wèi)星芯片還難以承受住太空中的高能粒子和宇宙射線。這些微觀世界中的粒子射線，極易穿透衛(wèi)星的屏蔽層，與芯片等元器件上的材料發(fā)生輻射效應(yīng)，造成芯片內(nèi)部的局部短路，從而引起器件的損壞和功能異常。宇航級(jí)芯片是航天器的心臟，一旦受到永久性不可逆的傷害，整個(gè)航天器就會(huì)處于報(bào)廢狀態(tài)，造成的損失不可估量。

 

像玉兔號(hào)月球車的內(nèi)存僅有256MB，現(xiàn)在隨便一個(gè)手機(jī)內(nèi)存輕輕松松上4G、8G，但你把手機(jī)置在太空上試試，分分鐘給你報(bào)廢。所以影響芯片價(jià)格的，性能快慢只是一個(gè)很小的因素，可靠性才是王道。

除了高能粒子和輻射外，溫差也是影響航天CPU的另一大重要原因。在衛(wèi)星軌道上，影響航天器溫度的是光照，而大氣層外不存在空氣散熱，這就會(huì)使航天器受光面和背光面產(chǎn)生溫差。如在衛(wèi)星軌道300至400公里的高處，航天器受光面溫度可以達(dá)到150攝氏度，而背光面溫度為負(fù)127攝氏度，這就意味著芯片等元器件要承受住近300度的溫差。

雖然我們?cè)诘孛嫔细惺艿降厍蜃赞D(zhuǎn)一圈是24個(gè)小時(shí)，但近地軌道上的衛(wèi)星繞地球一圈僅需100分鐘左右，因此航天器在短時(shí)間內(nèi)要反復(fù)經(jīng)歷水深火熱的溫差環(huán)境。

 

所以我們將芯片分為消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)、軍工級(jí)、宇航級(jí)，是有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的。像商業(yè)消費(fèi)級(jí)的芯片，基本注重性能這個(gè)主要方面，但軍工級(jí)、宇航級(jí)等大國(guó)重器上的芯片，性能往往只要夠用就行，在惡劣特殊環(huán)境中抗輻射、抗干擾、抗溫差等才是重中之重。

在開(kāi)篇我們提到為什么上百萬(wàn)級(jí)別的宇航芯片，我們能做到完全自主，在這里答案就顯而易見(jiàn)了。軍工、宇航級(jí)芯片更加注重穩(wěn)定性、可靠性，性能要求并不高，因此會(huì)采用48納米以上成熟的芯片工藝，7納米、5納米這樣的前沿工藝目前并不可靠。更加重要的是，宇航級(jí)芯片應(yīng)用的領(lǐng)域、設(shè)備數(shù)量非常有限，不需要大批量生產(chǎn)，它不像手機(jī)市場(chǎng)一樣動(dòng)輒幾千萬(wàn)的出貨量，中國(guó)目前每年發(fā)射的衛(wèi)星最多也就數(shù)十顆，因此我們完全可以在不計(jì)成本的情況下生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立自主并不難。

 

在美國(guó)卡我國(guó)芯片脖子的這幾年，我們常常會(huì)擔(dān)憂衛(wèi)星等重要領(lǐng)域的芯片也被封鎖，這就是我們沒(méi)有分清商業(yè)級(jí)芯片和宇航芯片的概念，那么目前國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)芯片是如何逆襲的呢？

其實(shí)在很早一段時(shí)間，中國(guó)人造衛(wèi)星的CPU也依賴進(jìn)口，但在歐美國(guó)家對(duì)宇航級(jí)芯片實(shí)施禁運(yùn)后，國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)芯片國(guó)產(chǎn)化主要有兩條路線，一是自主研發(fā)，二是引進(jìn)開(kāi)源代碼再設(shè)計(jì)。第二條路在引進(jìn)國(guó)外開(kāi)源代碼再修改設(shè)計(jì)的CPU，性能已經(jīng)被原始設(shè)計(jì)局限死了，很難再有大的突破。像我國(guó)遙感、風(fēng)云、試驗(yàn)號(hào)衛(wèi)星使用的P1750，就是一個(gè)代表。

好在中國(guó)自主研發(fā)路線進(jìn)行得比較順利，國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)芯片的代表就是龍芯。像嫦娥四號(hào)使用的芯片，是從美國(guó)進(jìn)口的ATMELAT697，價(jià)格便宜的30多萬(wàn)一片，性能更好地就要上百萬(wàn)一片。但我國(guó)2017年研發(fā)的龍芯1E300，技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到美國(guó)宇航級(jí)芯片的水平。而龍芯1E和龍芯1F的成本，我們已經(jīng)做到了幾萬(wàn)元一片，2015年北斗雙星搭載的純國(guó)產(chǎn)芯片，就是這兩類芯片，性能指標(biāo)不輸國(guó)外。

目前國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)芯片已經(jīng)有了獨(dú)立自主的能力，不懼怕國(guó)外封鎖，但我們還有一些問(wèn)題需要解決。林寶軍總師曾公開(kāi)表示，北斗衛(wèi)星上也有使用900萬(wàn)一顆的CPU，而國(guó)外SpaceX做出來(lái)只要幾百元，因此這個(gè)問(wèn)題就是成本問(wèn)題。根據(jù)總師提出的建議，中國(guó)航天在突破封鎖的基礎(chǔ)上，我們也應(yīng)該與商業(yè)航天并駕齊驅(qū)，吸收商業(yè)航天控制成本的路子，才能讓中國(guó)航天走的更遠(yuǎn)更出色。