一顆芯片,，集結(jié)了幾百萬個晶體管，是一個極其復(fù)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(dǎo)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(lǐng)域，每一個系統(tǒng)都極其復(fù)雜,?？梢哉f是每個元器件、每個螺釘,、每根連線,，都牽連著整個型號任務(wù)的成敗。

天上的芯片需要“國產(chǎn)”

近年來,，在航空航天領(lǐng)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(wù)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(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成，全球范圍內(nèi),，全天候,、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位,、導(dǎo)航,、授時和短報文服務(wù),。

這些航空航天領(lǐng)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(dǎo)航的部署,，都離不開一個詞——中國“芯”,。

作為尖端產(chǎn)業(yè)的航空航天，非常需要集成電路作為其核心,。關(guān)于“天上芯”采用進口還是國產(chǎn)的問題 ,，我們早已試驗過。實際上,，北斗二號的幾個關(guān)鍵單機都是采用進口產(chǎn)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(guān)鍵器件，用于放大衛(wèi)星的導(dǎo)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(shù)買不來,，等不來。北斗三號也正因此定下“兩百”的目標：關(guān)鍵元器件100％國產(chǎn)化,。部件星上產(chǎn)品100％國產(chǎn)化,。

北斗三號衛(wèi)星總設(shè)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(chǎn)品的國產(chǎn)化上,?！?/p>

也正因此，我們堅定的走國產(chǎn)化的路子,。

神舟十二號飛船對多項國產(chǎn)化芯片應(yīng)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(chǎn)CPU芯片,。

“天和”核心艙中，采用了北京微電子技術(shù)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(guān)鍵核心元器件,。

目前在航天航空和軍工電子領(lǐng)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(lǐng)域已經(jīng)基本實現(xiàn)了國產(chǎn)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(zé)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(zhuǎn),，對研發(fā)技術(shù)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(chǎn)CPU，結(jié)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(zé)進行常規(guī)運算，龍芯1F完成數(shù)據(jù)采集,、開關(guān)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(chǎn)的國產(chǎn)CPU芯片，772所提供了近40款自主研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品,。

值得注意的是,，在“天和”星載計算機中最關(guān)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(gòu),。

在星載領(lǐng)域,，我國首次將氮化鎵功放芯片實現(xiàn)批量工程化應(yīng)用。第三代半導(dǎo)體已經(jīng)在航天領(lǐng)域嶄露頭角,，問天實驗艙發(fā)射任務(wù)中,，55所研制配套了以第三代半導(dǎo)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(yīng)晶體管和絕緣子,、二極管等產(chǎn)品，分別應(yīng)用于本次發(fā)射任務(wù)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(chǎn),，22nm工藝芯片即將量產(chǎn)。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(chǎn)進程

宇航級國產(chǎn)化元器件可以分成4類：第一類是已經(jīng)有國產(chǎn)化器部件，研制基礎(chǔ)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(nèi)有研制基礎(chǔ)條件，可以研制,，但還沒有研制,；第四類是國內(nèi)暫時沒有研制基礎(chǔ)。

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(chǎn)過程中，需要使用特殊工藝來達到嚴苛的設(shè)計標準,，以適應(yīng)復(fù)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(shè)早期，國產(chǎn)北斗芯片受限于工藝,、價格等因素,，主要應(yīng)用在專用領(lǐng)域,，如公安、消防,、應(yīng)急救援,、航海、精準農(nóng)業(yè),、測繪等領(lǐng)域,，所以參與芯片設(shè)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(wù),，國內(nèi)外一大批專業(yè)企業(yè)進入該領(lǐng)域,，競爭日趨激烈。

2008年,，上海復(fù)控華龍微系統(tǒng)技術(shù)有限公司發(fā)布了國內(nèi)首款北斗一號RDSS處理芯片——“領(lǐng)航一號”（JFM7101）,。此后十余年，復(fù)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(chǎn)品,，性能優(yōu)于進口，完全實現(xiàn)全國產(chǎn)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(dān)著航空航天產(chǎn)品配套任務(wù),。半個世紀以來,，海創(chuàng)電子研制生產(chǎn)的各類晶體頻率元器件、敏感元器件被應(yīng)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(dǎo)航衛(wèi)星搭載了龍芯3號CPU,，同時進入衛(wèi)星的還有國產(chǎn)Flash和功率放大器等器件，具體供應(yīng)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(nèi)第1款北斗導(dǎo)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(chǎn)線,，36．9％國產(chǎn)北斗芯片均產(chǎn)自這家“隱形冠軍”。其第5代的數(shù)?；旌蠈?dǎo)航芯片,，制程已經(jīng)達到28納米。

除去北斗衛(wèi)星領(lǐng)域,，在空間站,、火箭等尖端領(lǐng)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(shù)研究所（772所）在國產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品，用于導(dǎo)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(yīng)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(shè)備,，為空間站和地面通信中繼任務(wù)的完成起到了保障。

航天科工203所是國內(nèi)最早開始研制和生產(chǎn)晶體元器件的單位之一,，早到東方紅系列就承擔(dān)了中國航天的晶體元器件產(chǎn)品配套任務(wù),，是航天用晶體元器件的定點供應(yīng)單位，也是宇航元器件PCS建設(shè)先進單位,。

總結(jié)

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(dǎo)航指引下,，投射空地導(dǎo)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(zé),，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(wù)后,，我國在一次演習(xí)中主動關(guān)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(chǎn)化,？

北斗三號工程接任總設(shè)計師楊長風(fēng)曾解釋道：“關(guān)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(chǎn)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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