一颗芯片，集结了几百万个晶体管，是一个极其复杂的系统。在指甲盖大小的微小之地，布局上亿根晶体管和数公里长的导线，其工艺难度相当于在一根头发丝直径万分之一大小的地基上，建起高楼大厦。

而在航空航天领域，每一个系统都极其复杂。可以说是每个元器件、每个螺钉、每根连线，都牵连着整个型号任务的成败。

曾花900万买下一颗的宇航级芯片

对于最高一级的宇航级芯片，光看名称就知道是用于宇航事业的。前一段时间的神舟十二号载人飞船的成功发射，让国人们纷纷为之激动喝彩，并且感到十分自豪，但是，接下来的事实或许会让国人们难以置信，直呼不可能，然而事实就是如此地苍白而骨感。

由于宇航级芯片受到了美国的严密封锁，我国想要发展宇航事业，就必须要有宇航级芯片，不然一切免谈。虽然我国毅然决然地走上了漫长而艰难的自主研发的道路，并且已经能够实现国产化，但是实现国产化是在多年以后，而在早年，没有技术，只有去美国购买宇航级芯片，价格却是惊人的高，少则数十万，多则上百万，而且还是一枚芯片的价格。

就比如美国xilinx更是研发的一款宇航级FPGA芯片，仅仅一枚的单价就是500万元，是不是觉得价格太离谱，但是这不是最高的，最高的当属我国北斗卫星的航天GPU，就一块板子，其价格就高达900万，都将近一千万了。

相信很多人会有疑问，为什么这么昂贵的芯片，我国居然愿意花费巨资去买下来，不怕美国卡我们的脖子吗？这个其实就不用太担心了，因为宇航级芯片又不是应用广泛，不需要量产，所需量并不多，所以可以不计成本的。

天上的芯片需要“国产”

近年来，在航空航天领域，我国取得了飞速的进展。我国载人航天进入“空间站时代”，神舟十二号、十三号载人飞船前后发射成功，首次进入中国人自己的空间站——天和核心舱。

此外，穿越漫漫星河，天问一号成功着陆于火星，圆满完成了“一次任务实现火星环绕、着陆、巡视”的既定目标。

北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成，全球范围内，全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时和短报文服务。

这些航空航天领域成功的背后，无一不是中国艰苦探索的过程。无论是空间站的搭建，还是“天问一号”的着陆，亦或者是北斗导航的部署，都离不开一个词——中国“芯”。

作为尖端产业的航空航天，非常需要集成电路作为其核心。关于“天上芯”采用进口还是国产的问题 ，我们早已试验过。实际上，北斗二号的几个关键单机都是采用进口产品，但在北斗三号飞行试验星研制阶段，国外开始对我国实施进口限制，行波管放大器交货时间普遍推迟。行波管放大器是星上一个关键器件，用于放大卫星的导航信号。国外表面只是推迟交货时间，但如果一拖再拖，那就把北斗给拖垮了。

历史一次一次告诫我们：核心技术买不来，等不来。北斗三号也正因此定下“两百”的目标：关键元器件100%国产化。部件星上产品100%国产化。

北斗三号卫星总设计师谢军曾说到：“作为北三卫星首席总师，我差不多有一半精力花在元器件和部件产品的国产化上。”

也正因此，我们坚定的走国产化的路子。

神舟十二号飞船对多项国产化芯片应用进行了改进，元器件和原材料全面实现自主可控，飞船使用的控制计算机、数据管理计算机完全使用国产CPU芯片。

“天和”核心舱中，采用了北京微电子技术研究所（772所）提供的等32款7100余只集成电路，其中包括：处理器、FPGA、AD/DA、1553B总线、大容量SRAM存储器、专用ASIC集成电路等。

搭载空间站问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭，由中国电科第55研究所配套保障共计35款数万余只（套）关键核心元器件。

目前在航天航空和军工电子领域，主要使用的仍是ASIC和FPGA，从我国重大航天航空项目的屡次成功上看来，我们在这一领域已经基本实现了国产化。

天上的元器件

宇航用CPU是卫星的核心芯片，作为卫星的大脑和心脏，负责接收地面指令、处理载荷数据、管理控制姿态。由于其核心重要性，一旦出现问题，会影响整个卫星的功能运转，对研发技术水平要求极高。此前中国的宇航用CPU基本依靠进口。

从2015年，北斗卫星就已经使用国产CPU，结束了对宇航级芯片的依赖。当时的北斗卫星里，龙芯CPU用于在星间链路计算机。使用了两款龙芯CPU，分别是龙芯1E和龙芯1F抗辐照处理器。龙芯1E负责进行常规运算，龙芯1F完成数据采集、开关控制、通讯等处理功能。此时的龙芯1家族，采用180nm CMOS工艺、400万晶体管。

此后，北斗卫星全部使航天772所研制生产的国产CPU芯片，772所提供了近40款自主研发生产的产品。

值得注意的是，在“天和”星载计算机中最关键的SoC，也是由772所研发的SPARCV8处理器BM3803确保了核心舱的稳定控制。这个SoC是32位的RISC架构。

在星载领域，我国首次将氮化镓功放芯片实现批量工程化应用。第三代半导体已经在航天领域崭露头角，问天实验舱发射任务中，55所研制配套了以第三代半导体氮化镓功率放大器为主的多款微波芯片，以及模块组件、氮化镓场效应晶体管和绝缘子、二极管等产品，分别应用于本次发射任务的载荷系统、运载火箭系统、地面测控系统等。

从工艺制程来看，现在北斗系统28nm工艺芯片已经量产，22nm工艺芯片即将量产。相较与2015年的180nm，北斗已经达到国际一流的水平。

地上很容易实现的事天上却很难

国产用宇航用CPU，在开始起步阶段，所采用的方式就是自主研发，而非仿制，原因就是在于CPU的升级换代很快，仿制就是意味着落后，自主创新的方式，让我们的国产宇航用CPU起点就很高。

宇航用CPU的研制难点在于抗辐射，因为太空中存在大量的粒子辐射，会严重影响到芯片的正常运行，甚至是直接导致航天器报废。

为了解决这个问题，国际上常采用的方式是给芯片外加厚厚的防护层，还有的则是改变制造工艺，但是这样的方式要么是增大了航天器的重量，要么是投入巨大，不利于成本控制。

而我们的科研团队，采用民用芯片制造技术，就突破了抗辐射的芯片制造，不但将芯片的性能、质量得到了保障，而且在制造成本方面得到了很好的控制。

而经过20多年的努力，现在国产宇航用芯片已经出现了FPGA、CPU、ASIC等多款宇航用芯片蓬勃发展的新局面，国产宇航用芯片广泛应用于北斗导航、载人航天、探月等重大航天工程使用，而且现在已经成功商业化运作，打破了外国厂商的垄断，在国际市场上也有了一席之地。

航天级芯片国产进程

宇航级国产化元器件可以分成4类：第一类是已经有国产化器部件，研制基础比较好，可以直接选用；第二类是已经开始研制，但还没有完成鉴定，还要进一步验证；第三类是国内有研制基础条件，可以研制，但还没有研制；第四类是国内暂时没有研制基础。

与普通芯片对比，宇航级芯片更加注重安全稳定性能，在其生产过程中，需要使用特殊工艺来达到严苛的设计标准，以适应复杂的空间环境，如强烈的宇宙射线、陨石碎片撞击、气温陡降陡升等。

在北斗系统建设早期，国产北斗芯片受限于工艺、价格等因素，主要应用在专用领域，如公安、消防、应急救援、航海、精准农业、测绘等领域，所以参与芯片设计的企业以科研院所为主。随着北斗三号系统的建成并提供全球服务，国内外一大批专业企业进入该领域，竞争日趋激烈。

2008年，上海复控华龙微系统技术有限公司发布了国内首款北斗一号RDSS处理芯片——“领航一号”（JFM7101）。此后十余年，复控华龙又先后发布了JFM7201、JFM7205、JFM7206、JFM7208等多款北斗二号基带处理芯片，以及FH7301和FH7302两款北斗三号基带处理芯片。JFM7208、FH7301、FH7302都同时支持北斗。

武汉海创电子股份有限公司为“神舟十二号”开发的高精度、低老化、抗振温补晶振替代了进口产品，性能优于进口，完全实现全国产化自主可控。武汉海创电子是武汉市配套航天的一家“老企业”，从东方红一号卫星开始，就承担着航空航天产品配套任务。半个世纪以来，海创电子研制生产的各类晶体频率元器件、敏感元器件被应用在神舟、天宫、天问等各类航天器上。

在2020年前，已经有10颗北斗导航卫星搭载了龙芯3号CPU，同时进入卫星的还有国产Flash和功率放大器等器件，具体供应商不得而知。

成立于2008年的泰斗微电子，早在成立第二年便推出国内第1款北斗导航SOC基带芯片。如今，每年有超过2500万枚芯片走下泰斗微电子的生产线，36.9%国产北斗芯片均产自这家“隐形冠军”。其第5代的数模混合导航芯片，制程已经达到28纳米。

除去北斗卫星领域，在空间站、火箭等尖端领域某些芯片并非企业可以做到，更多的是由研究所完成。

北京微电子技术研究所（772所）在国产元器件的研究方面功不可没。

为天舟四号货运飞船提供CPU、FPGA及刷新电路、1553B总线、SRAM、AD/DA、逻辑电平等航天芯产品；为长七遥五运载火箭提供了FPGA、信息处理电路、AD/DA、1553B总线等航天芯产品，用于导航、遥测、控制、伺服等多个系统中。

天和”核心舱中，提供通用智能刷新控制芯片BSV2CQRH解决了SRAM型FPGA在太空中遇到的单粒子效应问题；提供B65608EARH SRAM存储器，在天和核心舱中主要用于中继SSA-SMA终端设备，为空间站和地面通信中继任务的完成起到了保障。

航天科工203所是国内最早开始研制和生产晶体元器件的单位之一，早到东方红系列就承担了中国航天的晶体元器件产品配套任务，是航天用晶体元器件的定点供应单位，也是宇航元器件PCS建设先进单位。

降低成本与提高稳定性是重点！

近年来，随着我国芯片的崛起，宇航级芯片自然也是迎来了高速发展期，国产化的宇航级芯片已经逐渐在宇航设备中使用，我国2015年发射的北斗双星就搭载了两枚国产的宇航级芯片，并且我国研发的龙芯1E300宇航级芯片已经实现了重大技术突破，其性能指标已经能够与美国的宇航级芯片相媲美，唯一的缺点就是成本远远高于美国，往往我国生产出的宇航级芯片耗费的成本高达几十万，之前北斗卫星使用的CPU就是900万，而国外SPACEX生产出来仅仅需要几百元，这其中的差距简直是不可同日而语。

既然宇航级芯片成本那么高，为什么不用消费级芯片或者是工业级芯片呢？为了保证与地球通讯与运行安全，对于所采用的芯片就需要有极高的稳定性，而这两个级别的芯片不具备这样的要求，只有宇航级芯片才有适应太空的能力，能够抵抗来自太空的大量高能粒子与宇宙射线的影响，以及太空的极端温差。

而且为了克服这些恶劣环境的影响，保证宇航设备的安全稳定，就不得不耗费更多的成本去解决这些问题，我国是因为起步较晚，技术落后，所以才研发成本如此的高昂，比美国高了不知多少倍，这么大的成本差距，要是能够及大地缩小差距，那么我国的宇航事业将会得到更多资金来发展其他的项目，从而推动宇航事业的发展。

所以，我国的宇航事业当前最主要的两件大事就是，降低成本和提高稳定性，两者不分轻重，重要性是一致的。

总结

为什么中国一定要在自己的卫星上用自己的芯片。

北斗三号工程接任总设计师杨长风曾解释道：“关键的核心东西，必须掌握在自己的手上。我们的北斗终端第一批出来后，外国人把他们的芯片价格马上由1000元降到500元，第二代终端出来后，他们将500元降变成200元，我们用5年时间，生产出5个新的一代，他们的价格从200、100、50元，现在降到1美元。我们北斗人把自己的芯片做到了极致。”

文章来源：半导体产业纵横，秒看科技界，科技风景线