北斗閃耀中國芯
——航天772所元器件國產化攻關紀實

北斗閃耀中國芯
——航天772所元器件國產化攻關紀實

這是重要的突破。2015年7月25日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空兩顆新一代北斗導航衛(wèi)星，遠征一號上面級將2顆衛(wèi)星準確送入預定軌道。衛(wèi)星和上面級100%使用航天772所研制生產的國產CPU（微處理器）芯片。除了CPU，北斗雙星和上面級上的數(shù)據(jù)總線電路、轉換器、存儲器等近40款產品均為航天772所研制和生產，這是中國衛(wèi)星首次成體系的、批量使用國產芯片，對航天工程的自主可控和創(chuàng)新發(fā)展具有里程碑式意義。

一、空間輻射的難題

信息安全是一個國家的戰(zhàn)略問題，信息安全的硬件支撐依靠的是核心芯片。衛(wèi)星導航系統(tǒng)是重要的空間信息基礎設施，我國高度重視衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設，“北斗”一直在努力探索和發(fā)展具有自主知識產權的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

支撐新一代北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)這一空間信息基礎設施的核心元器件至關重要。宇航上應用的芯片，要具有抗輻射等特殊性能，這對于衛(wèi)星長壽命、高可靠穩(wěn)定運行具有至關重要的作用。

北斗衛(wèi)星要實現(xiàn)大規(guī)模組網，更需要能有保障其長期穩(wěn)定運行的宇航用高端芯片。航天772所成立于1994年，主要研制生產宇航用高端芯片。

空間是個極其復雜的環(huán)境，因為空間惡劣輻射環(huán)境的影響，導致星上電路性能甚至整個電路失效，從而對衛(wèi)星造成“致命”打擊已是“家常便飯”。給電路穿上厚厚的“外衣”，會導致器件增重；改變制造工藝實現(xiàn)抗輻射需求，會造成投入巨大。集成電路抗輻射加固技術已成為世界航天的核心共性基礎技術，各國航天科學家都在苦苦探索，怎樣才能低成本地拿出抗輻射加固芯片。

二、開辟一條獨特的技術發(fā)展路徑

針對空間惡劣輻射環(huán)境，772所從1998年開始，以抗輻射加固設計技術為突破，開創(chuàng)性走出了采用設計加固方法進行抗輻射加固集成電路研制的技術路線。

這是一個先進、便利而又未增加成本的技術發(fā)展思路：利用普通集成電路制造生產線，不改變其工藝流程和規(guī)范，在設計前端通過對器件、電路和系統(tǒng)的設計加固，在設計環(huán)節(jié)而非制造環(huán)節(jié)實現(xiàn)抗輻射特性，研制出“抗輻射加固”的宇航集成電路，從而為我國宇航用高端集成電路實現(xiàn)自主可控奠定了技術基礎。

因空間宇宙射線而產生的衛(wèi)星單粒子效應表明，若不采取措施，將造成整個衛(wèi)星的故障，北斗將無法正常穩(wěn)定組網。在此次執(zhí)行新一代北斗衛(wèi)星元器件國產化任務之前，772所承擔了以北斗導航為代表的三個重點宇航型號九款抗輻射加固百萬門級ASIC研制。九款ASIC已隨北斗等11顆衛(wèi)星發(fā)射上天。最長在軌已近4年，最短也已在軌2年以上，均運行良好。

772所是國內第一家成系統(tǒng)地選擇這種技術途徑的研制單位，通過21年的耕耘，他們把這一技術思路發(fā)展建設成為可以實際應用的平臺。抗輻射設計加固技術平臺就像一片“沃土”，在此技術平臺的基礎上，772所迄今已研制成功200多種抗輻射加固集成電路，并出口到德國和俄羅斯，實現(xiàn)了宇航集成電路邁向國際的首次突破。

三、航天人的“中國芯”之夢

讓國產衛(wèi)星能夠自信地使用國產元器件，這是航天人的“中國夢”。

抗輻射加固宇航用CPU是衛(wèi)星的核心芯片，任務是接收地面指令、處理載荷數(shù)據(jù)、管理控制姿態(tài)等，相當于衛(wèi)星的大腦，它的核心地位和復雜性使它成為體現(xiàn)宇航元器件水平的代表。此次在北斗雙星和“遠征一號”上面級上擔當主綱的CPU芯片，只有拇指甲蓋大小，卻是772所歷時10年研制成功的，圓了航天人的“中國芯”之夢。

這是一條艱苦的探索之路。從1994年772所誕生至1999年開始理清技術途徑，2001年做出芯片樣品，2003年中國第一塊超大規(guī)模集成電路上天，元器件國產化的步伐一步步邁出。

2005年，在天上工作了2年的772所研制的兩款國產化電路，由于表現(xiàn)不錯，獲得各方信任。在這以后，型號單位又向772所提出了新的任務需求，772所又用了將近兩年的時間，將第二批七、八款芯片隨星上天，運行情況依舊“相當不錯”。

直到2009年到2010年，替代國外芯片上星運行后，國產芯片的空間表現(xiàn)進一步獲得各方認可。2011年，772所研制的國產空間用CPU隨試驗衛(wèi)星升空，這是我國自主研制的首枚32位空間用CPU，是衛(wèi)星最核心的元器件。

四、攻關的日子

2011年，772所勇敢地承擔起新一代北斗導航衛(wèi)星近40款國產化電路的研發(fā)和生產任務。時間緊、任務重，技術難度大、供貨量大，生產高峰期集中、設備場地產能不足，一系列難題讓772所面臨著考驗。

迎難而上，772所緊急成立了北斗導航衛(wèi)星工程元器件國產化項目團隊。團隊涉及多個管理、設計以及生產部門。作為元器件單位，772所首次對該專項任務采用型號管理模式，實行“兩總”管理，成立專項型號辦公室，任命總指揮和總師等序列。

項目團隊的電路設計人員為盡可能將電路設計階段的時間節(jié)點提前，加班加點早已是家常便飯，團隊采購了睡袋、食品等放在辦公室。有的員工由于持續(xù)工作時間太久，甚至出現(xiàn)了暈厥的情況。

近40款電路相當于衛(wèi)星的“大腦”和“神經”，要萬無一失地應用在新一代“北斗”上，壓力巨大。772所由40多名青年員工組成的封裝組承擔著這數(shù)十種電路的生產任務。為突破生產瓶頸，班組積極開展“大干一百天”，舉行各種勞動競賽。晚上，每當機器設備結束運轉，總能在操作間看到團隊成員圍坐在一起，積極、熱烈地討論問題。

對每位項目團隊成員來說，那段難忘的攻關時光充滿著拼搏和疲憊。如今，772所數(shù)十款國產化芯片已隨新一代北斗導航衛(wèi)星發(fā)射上天。這在天上閃爍的“明星”，是項目團隊收獲的豐碩果實，也是772所為元器件國產化貢獻的一份力量。

● 文_文宣 雷霏