一顆芯片,，集結了幾百萬個晶體管,，是一個極其復雜的系統(tǒng),。
在指甲蓋大小的微小之地,，布局上億根晶體管和數(shù)公里長的導線,，其工藝難度相當于在一根頭發(fā)絲直徑萬分之一大小的地基上,，建起高樓大廈,。
而在航空航天領域,，每一個系統(tǒng)都極其復雜,。可以說是每個元器件,、每個螺釘,、每根連線，都牽連著整個型號任務的成敗,。
天上的芯片需要“國產”
近年來,，在航空航天領域，我國取得了飛速的進展,。我國載人航天進入“空間站時代”,，神舟十二號、十三號載人飛船前后發(fā)射成功,，首次進入中國人自己的空間站——天和核心艙,。
此外,，穿越漫漫星河，天問一號成功著陸于火星,，圓滿完成了“一次任務實現(xiàn)火星環(huán)繞,、著陸、巡視”的既定目標,。
北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署全面完成，全球范圍內,，全天候,、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位,、導航,、授時和短報文服務。
這些航空航天領域成功的背后,，無一不是中國艱苦探索的過程,。無論是空間站的搭建，還是“天問一號”的著陸,，亦或者是北斗導航的部署,，都離不開一個詞——中國“芯”。
作為尖端產業(yè)的航空航天,，非常需要集成電路作為其核心,。關于“天上芯”采用進口還是國產的問題 ，我們早已試驗過,。實際上,，北斗二號的幾個關鍵單機都是采用進口產品，但在北斗三號飛行試驗星研制階段,，國外開始對我國實施進口限制,，行波管放大器交貨時間普遍推遲。行波管放大器是星上一個關鍵器件,，用于放大衛(wèi)星的導航信號,。國外表面只是推遲交貨時間，但如果一拖再拖,，那就把北斗給拖垮了,。
歷史一次一次告誡我們：核心技術買不來，等不來,。北斗三號也正因此定下“兩百”的目標：關鍵元器件100％國產化,。部件星上產品100％國產化。
北斗三號衛(wèi)星總設計師謝軍曾說到：“作為北三衛(wèi)星首席總師,，我差不多有一半精力花在元器件和部件產品的國產化上,?！?/p>
也正因此，我們堅定的走國產化的路子,。
神舟十二號飛船對多項國產化芯片應用進行了改進,，元器件和原材料全面實現(xiàn)自主可控，飛船使用的控制計算機,、數(shù)據(jù)管理計算機完全使用國產CPU芯片,。
“天和”核心艙中，采用了北京微電子技術研究所（772所）提供的等32款7100余只集成電路,，其中包括：處理器,、FPGA、AD／DA,、1553B總線,、大容量SRAM存儲器、專用ASIC集成電路等,。
搭載空間站問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭,，由中國電科第55研究所配套保障共計35款數(shù)萬余只（套）關鍵核心元器件。
目前在航天航空和軍工電子領域,，主要使用的仍是ASIC和FPGA,，從我國重大航天航空項目的屢次成功上看來，我們在這一領域已經(jīng)基本實現(xiàn)了國產化,。
天上的元器件
宇航用CPU是衛(wèi)星的核心芯片,，作為衛(wèi)星的大腦和心臟，負責接收地面指令,、處理載荷數(shù)據(jù),、管理控制姿態(tài)。由于其核心重要性,，一旦出現(xiàn)問題,，會影響整個衛(wèi)星的功能運轉，對研發(fā)技術水平要求極高,。此前中國的宇航用CPU基本依靠進口,。
從2015年，北斗衛(wèi)星就已經(jīng)使用國產CPU,，結束了對宇航級芯片的依賴,。當時的北斗衛(wèi)星里，龍芯CPU用于在星間鏈路計算機,。使用了兩款龍芯CPU,，分別是龍芯1E和龍芯1F抗輻照處理器。龍芯1E負責進行常規(guī)運算,，龍芯1F完成數(shù)據(jù)采集,、開關控制,、通訊等處理功能。此時的龍芯1家族,，采用180nm CMOS工藝,、400萬晶體管。
此后,，北斗衛(wèi)星全部使航天772所研制生產的國產CPU芯片,，772所提供了近40款自主研發(fā)生產的產品。
值得注意的是,，在“天和”星載計算機中最關鍵的SoC,，也是由772所研發(fā)的SPARCV8處理器BM3803確保了核心艙的穩(wěn)定控制。這個SoC是32位的RISC架構,。
在星載領域，我國首次將氮化鎵功放芯片實現(xiàn)批量工程化應用,。第三代半導體已經(jīng)在航天領域嶄露頭角,，問天實驗艙發(fā)射任務中，55所研制配套了以第三代半導體氮化鎵功率放大器為主的多款微波芯片,，以及模塊組件,、氮化鎵場效應晶體管和絕緣子、二極管等產品,，分別應用于本次發(fā)射任務的載荷系統(tǒng),、運載火箭系統(tǒng)、地面測控系統(tǒng)等,。
從工藝制程來看,，現(xiàn)在北斗系統(tǒng)28nm工藝芯片已經(jīng)量產，22nm工藝芯片即將量產,。相較與2015年的180nm,，北斗已經(jīng)達到國際一流的水平。
航天級芯片國產進程
宇航級國產化元器件可以分成4類：第一類是已經(jīng)有國產化器部件,，研制基礎比較好,，可以直接選用；第二類是已經(jīng)開始研制,，但還沒有完成鑒定,，還要進一步驗證；第三類是國內有研制基礎條件,，可以研制,，但還沒有研制；第四類是國內暫時沒有研制基礎,。
與普通芯片對比,，宇航級芯片更加注重安全穩(wěn)定性能,，在其生產過程中，需要使用特殊工藝來達到嚴苛的設計標準,，以適應復雜的空間環(huán)境,，如強烈的宇宙射線、隕石碎片撞擊,、氣溫陡降陡升等,。
在北斗系統(tǒng)建設早期，國產北斗芯片受限于工藝,、價格等因素,，主要應用在專用領域，如公安,、消防,、應急救援、航海,、精準農業(yè),、測繪等領域，所以參與芯片設計的企業(yè)以科研院所為主,。隨著北斗三號系統(tǒng)的建成并提供全球服務,，國內外一大批專業(yè)企業(yè)進入該領域，競爭日趨激烈,。
2008年,，上海復控華龍微系統(tǒng)技術有限公司發(fā)布了國內首款北斗一號RDSS處理芯片——“領航一號”（JFM7101）。此后十余年,，復控華龍又先后發(fā)布了JFM7201,、JFM7205、JFM7206,、JFM7208等多款北斗二號基帶處理芯片,，以及FH7301和FH7302兩款北斗三號基帶處理芯片。JFM7208,、FH7301,、FH7302都同時支持北斗。
武漢海創(chuàng)電子股份有限公司為“神舟十二號”開發(fā)的高精度,、低老化,、抗振溫補晶振替代了進口產品，性能優(yōu)于進口,，完全實現(xiàn)全國產化自主可控,。武漢海創(chuàng)電子是武漢市配套航天的一家“老企業(yè)”，從東方紅一號衛(wèi)星開始,，就承擔著航空航天產品配套任務,。半個世紀以來,，海創(chuàng)電子研制生產的各類晶體頻率元器件、敏感元器件被應用在神舟,、天宮,、天問等各類航天器上。
在2020年前,，已經(jīng)有10顆北斗導航衛(wèi)星搭載了龍芯3號CPU,，同時進入衛(wèi)星的還有國產Flash和功率放大器等器件，具體供應商不得而知,。
成立于2008年的泰斗微電子,，早在成立第二年便推出國內第1款北斗導航SOC基帶芯片。如今,，每年有超過2500萬枚芯片走下泰斗微電子的生產線,，36．9％國產北斗芯片均產自這家“隱形冠軍”。其第5代的數(shù)?；旌蠈Ш叫酒?，制程已經(jīng)達到28納米。
除去北斗衛(wèi)星領域,，在空間站、火箭等尖端領域某些芯片并非企業(yè)可以做到,，更多的是由研究所完成,。
北京微電子技術研究所（772所）在國產元器件的研究方面功不可沒。
為天舟四號貨運飛船提供CPU,、FPGA及刷新電路,、1553B總線、SRAM,、AD／DA,、邏輯電平等航天芯產品；為長七遙五運載火箭提供了FPGA,、信息處理電路,、AD／DA、1553B總線等航天芯產品,，用于導航,、遙測、控制,、伺服等多個系統(tǒng)中,。
天和”核心艙中，提供通用智能刷新控制芯片BSV2CQRH解決了SRAM型FPGA在太空中遇到的單粒子效應問題,；提供B65608EARH SRAM存儲器,，在天和核心艙中主要用于中繼SSA－SMA終端設備,，為空間站和地面通信中繼任務的完成起到了保障。
航天科工203所是國內最早開始研制和生產晶體元器件的單位之一,，早到東方紅系列就承擔了中國航天的晶體元器件產品配套任務,，是航天用晶體元器件的定點供應單位，也是宇航元器件PCS建設先進單位,。
總結
中國一定要在自己的衛(wèi)星上用自己的芯片,。
曾經(jīng)，1999年5月,，美國B－2轟炸機在GPS導航指引下,，投射空地導彈襲擊了中國駐南斯拉夫聯(lián)盟大使館。面對中國嚴重抗議,、強烈譴責,，美國以“誤炸”來搪塞敷衍。
后來,，我們北斗一號系統(tǒng)開通服務后,，我國在一次演習中主動關閉了GPS，完全使用北斗一號系統(tǒng),，各終端屏幕信息清晰,，共享實時，定位準確,，通聯(lián)順暢,。
為什么我們一定要國產化？
北斗三號工程接任總設計師楊長風曾解釋道：“關鍵的核心東西,，必須掌握在自己的手上,。我們的北斗終端第一批出來后，外國人把他們的芯片價格馬上由1000元降到500元,，第二代終端出來后,，他們將500元降變成200元，我們用5年時間,，生產出5個新的一代,，他們的價格從200、100,、50元,，現(xiàn)在降到1美元。我們北斗人把自己的芯片做到了極致,?！?/p>
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