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有这样一类芯片，它被用作北斗卫星、玉兔号月球车的CPU，运算性能却远不如电脑、手机芯片，但每一块的价格动辄上百万，这类芯片就是宇航级芯片。 芯片根据可靠性分为宇航级、军工级、工业级和消费级，像近几年美国断供华为的一类芯片，就是商业消费级，而宇航级、军工级更早前就被美国人禁运了，但中国已经在这两类芯片上实现了独立自主。看到这里有人或许会有疑问，几百元一块的手机芯片被西方卡脖子，为什么我们却能搞定百万级别的宇航级芯片呢？
过去史上最贵的芯片，是美国赛灵思公司的宇航级FPGA芯片，单价500万一颗。但最近北斗三号总设计师林宝军公开表示，北斗卫星的航天CPU，一块板子的价格是900万人民币，而且比以往还便宜几倍，可见宇航级芯片的价格真的是毫无上限。 其实在太空这种特殊的环境中，芯片性能并不是首要考虑因素，芯片的可靠性——芯片的抗辐射能力，才是重中之重。据统计，从1971年到1986年间，全球有近40颗卫星总计发生了1589次故障，其中有1129次故障是由空间辐射引起的。 在那个芯片设计不成熟的年代，卫星芯片还难以承受住太空中的高能粒子和宇宙射线。这些微观世界中的粒子射线，极易穿透卫星的屏蔽层，与芯片等元器件上的材料发生辐射效应，造成芯片内部的局部短路，从而引起器件的损坏和功能异常。宇航级芯片是航天器的心脏，一旦受到永久性不可逆的伤害，整个航天器就会处于报废状态，造成的损失不可估量。
像玉兔号月球车的内存仅有256MB，现在随便一个手机内存轻轻松松上4G、8G，但你把手机置在太空上试试，分分钟给你报废。所以影响芯片价格的，性能快慢只是一个很小的因素，可靠性才是王道。 除了高能粒子和辐射外，温差也是影响航天CPU的另一大重要原因。在卫星轨道上，影响航天器温度的是光照，而大气层外不存在空气散热，这就会使航天器受光面和背光面产生温差。如在卫星轨道300至400公里的高处，航天器受光面温度可以达到150摄氏度，而背光面温度为负127摄氏度，这就意味着芯片等元器件要承受住近300度的温差。 虽然我们在地面上感受到地球自转一圈是24个小时，但近地轨道上的卫星绕地球一圈仅需100分钟左右，因此航天器在短时间内要反复经历水深火热的温差环境。
所以我们将芯片分为消费级、工业级、军工级、宇航级，是有一个标准的。像商业消费级的芯片，基本注重性能这个主要方面，但军工级、宇航级等大国重器上的芯片，性能往往只要够用就行，在恶劣特殊环境中抗辐射、抗干扰、抗温差等才是重中之重。 在开篇我们提到为什么上百万级别的宇航芯片，我们能做到完全自主，在这里答案就显而易见了。军工、宇航级芯片更加注重稳定性、可靠性，性能要求并不高，因此会采用48纳米以上成熟的芯片工艺，7纳米、5纳米这样的前沿工艺目前并不可靠。更加重要的是，宇航级芯片应用的领域、设备数量非常有限，不需要大批量生产，它不像手机市场一样动辄几千万的出货量，中国目前每年发射的卫星最多也就数十颗，因此我们完全可以在不计成本的情况下生产，实现完全独立自主并不难。
在美国卡我国芯片脖子的这几年，我们常常会担忧卫星等重要领域的芯片也被封锁，这就是我们没有分清商业级芯片和宇航芯片的概念，那么目前国产宇航级芯片是如何逆袭的呢？ 其实在很早一段时间，中国人造卫星的CPU也依赖进口，但在欧美国家对宇航级芯片实施禁运后，国产宇航级芯片国产化主要有两条路线，一是自主研发，二是引进开源代码再设计。第二条路在引进国外开源代码再修改设计的CPU，性能已经被原始设计局限死了，很难再有大的突破。像我国遥感、风云、试验号卫星使用的P1750，就是一个代表。 好在中国自主研发路线进行得比较顺利，国产宇航级芯片的代表就是龙芯。像嫦娥四号使用的芯片，是从美国进口的ATMELAT697，价格便宜的30多万一片，性能更好地就要上百万一片。但我国2017年研发的龙芯1E300，技术指标已经达到美国宇航级芯片的水平。而龙芯1E和龙芯1F的成本，我们已经做到了几万元一片，2015年北斗双星搭载的纯国产芯片，就是这两类芯片，性能指标不输国外。 目前国产宇航级芯片已经有了独立自主的能力，不惧怕国外封锁，但我们还有一些问题需要解决。林宝军总师曾公开表示，北斗卫星上也有使用900万一颗的CPU，而国外SpaceX做出来只要几百元，因此这个问题就是成本问题。根据总师提出的建议，中国航天在突破封锁的基础上，我们也应该与商业航天并驾齐驱，吸收商业航天控制成本的路子，才能让中国航天走的更远更出色。 |
