擎起航空計算機自主創(chuàng)新旗幟

趙平安 王泉 許少尉

計算所以航空計算機核心基礎(chǔ)軟硬件和關(guān)鍵元器件自主創(chuàng)新發(fā)展為目標，持續(xù)精耕自主知識產(chǎn)權(quán)操作系統(tǒng)和關(guān)鍵基礎(chǔ)元器件的研發(fā)、驗證和應(yīng)用推廣，取得了系列威果。

2020年，航空工業(yè)為進一步加快落實創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略提出：大力構(gòu)建開放創(chuàng)新體系，瞄準航空科技前沿，突出提升創(chuàng)新能力，努力實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)的自主創(chuàng)新，牢牢把握航空技術(shù)發(fā)展的主動權(quán)。航空工業(yè)計算所以航空計算機核心基礎(chǔ)軟硬件和關(guān)鍵元器件自主創(chuàng)新發(fā)展為目標，持續(xù)精耕自主知識產(chǎn)權(quán)操作系統(tǒng)和關(guān)鍵基礎(chǔ)元器件的研發(fā)、驗證和應(yīng)用推廣，取得了系列成果。

鑄魂：精耕天脈操作系統(tǒng)

2020年9月，天脈操作系統(tǒng)團隊經(jīng)過長期的技術(shù)攻關(guān)和多輪次技術(shù)驗證、迭代，成功突破了多核操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，完成天脈操作系統(tǒng)對國產(chǎn)多核處理器的深度適配驗證，形成了支持機載領(lǐng)域單應(yīng)用場景與多應(yīng)用場景的天脈多核操作系統(tǒng)（天脈3）及其開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)了天脈操作系統(tǒng)系列的能力跨代升級，已在多家用戶單位成功進行應(yīng)用驗證，用戶反饋使用體驗良好。

信息時代，操作系統(tǒng)是信息化裝備的核心和基礎(chǔ)，是裝備的靈魂。操作系統(tǒng)能夠管理計算機系統(tǒng)的硬件、軟件及數(shù)據(jù)資源，控制程序運行，讓計算機系統(tǒng)所有資源最大效率地發(fā)揮作用，為其他信息應(yīng)用提供支持。多年來，操作系統(tǒng)核心技術(shù)一直掌握在國外少數(shù)幾家公司手中。在智能化條件下，操作系統(tǒng)已成為裝備的運行控制、機械電子控制、任務(wù)控制等系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，操作系統(tǒng)在某種程度上決定著裝備安全、使命任務(wù)的完成。只有實現(xiàn)全自主研制和發(fā)展，才能避免可能出現(xiàn)的嚴重后果。

計算所以航空裝備需求為牽引，主動成立研發(fā)團隊，肩負起研制國產(chǎn)嵌入式實時操作系統(tǒng)的國家使命。2014年7月，經(jīng)過12年的持續(xù)攻堅，天脈操作系統(tǒng)在經(jīng)歷了國家級軟件測評中心的定型測評、主機所的地面綜合試驗、國家試飛機構(gòu)的飛行試驗和用戶試用等嚴格的測試驗證后順利定型，成為我國首個完成軟件裝備定型的高安全嵌入式實時操作系統(tǒng)。2016年11月，天脈操作系統(tǒng)入選工信部和國防科工局《軍用技術(shù)轉(zhuǎn)民用推廣目錄（2016年度）》重點推薦項目，可直接或經(jīng)適應(yīng)性開發(fā)后應(yīng)用在民用領(lǐng)域。2017年11月，天脈操作系統(tǒng)榮獲中國國際工業(yè)博覽會金獎，技術(shù)水平得到國際工業(yè)界認可。2018年12月，天脈操作系統(tǒng)入選第一批陜西省軍民融合重點產(chǎn)品。2019年，天脈操作系統(tǒng)獲“2019年中國先進技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用大賽”銀獎。當(dāng)前，天脈操作系統(tǒng)已在數(shù)十個飛機中得到規(guī)模性應(yīng)用，有力地保障了裝備的自主、安全。

天脈操作系統(tǒng)是航空人的精神血脈、靈魂心脈外化而凝聚出的結(jié)晶。熟悉計算所的人都會說： “計算所有著優(yōu)秀的文化基因，他們的科研團隊有著特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗的優(yōu)秀品質(zhì)?！泵鎸娇昭b備的需求，計算所勇于挑戰(zhàn)，自力更生，敢打硬仗，用自己扎實的行動實現(xiàn)了“機載操作系統(tǒng)自主研制、自主發(fā)展”的夢想，完美詮釋了“航空報國航空強國”的莊嚴承諾，給黨和國家交上了一份滿意的答卷。

創(chuàng)“芯”：研發(fā)關(guān)鍵元器件

7月10日，計算所翔騰公司基于全自主知識產(chǎn)權(quán)GPU芯片開發(fā)的全國產(chǎn)化圖形顯示卡，成功應(yīng)用在民機座艙顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定、流暢地運行了典型機載顯示畫面，標志著該芯片面向機載系統(tǒng)試用邁出關(guān)鍵一步。

芯片是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。計算所針對航空裝備研制需求，以及國家發(fā)展戰(zhàn)略，持續(xù)開展機載總線網(wǎng)絡(luò)、核心處理、離散量輸入輸出接口、傳感器信號調(diào)理四大應(yīng)用領(lǐng)域核心芯片關(guān)鍵技術(shù)探索，經(jīng)過近20年的不懈努力，先后研制成功了多款航空關(guān)鍵ASIC、SoC，覆蓋了AFDX、FC等多種機載系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)、高性能處理等領(lǐng)域，設(shè)計規(guī)模達到千萬門級，技術(shù)在國內(nèi)軍工領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。2015年8月，集成電路與微系統(tǒng)設(shè)計航空科技重點實驗室在計算所揭牌。該實驗室是我國航空領(lǐng)域唯一一家從事集成電路與微系統(tǒng)研究的實驗室，承擔(dān)著“探索未來面向機載領(lǐng)域應(yīng)用需求的微系統(tǒng)及核心集成電路前沿技術(shù)，不斷夯實技術(shù)基礎(chǔ)，建立關(guān)鍵技術(shù)體系，提升創(chuàng)新能力”的重任，推動我國航空集成電路與微系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。“十三五”期間，計算所完成了26款芯片的研制，為航空裝備自主發(fā)展提供了強有力的支持。

強基：統(tǒng)籌元器件選用與驗證

2016年12月，航空裝備元器件管理與應(yīng)用驗證中心（機載）（以下簡稱元器件中心）成立，計算所作為主要牽頭單位負責(zé)機載元器件的應(yīng)用驗證和相關(guān)技術(shù)工作。面對建設(shè)自主設(shè)計體系的緊迫需求，元器件中心組織成立了以元器件專家和產(chǎn)品設(shè)計專家為核心的自主設(shè)計技術(shù)攻關(guān)團隊，開展自主設(shè)計體系的探索建設(shè)工作。

專家團隊群策群力，對計算所數(shù)十年工程實踐積累的設(shè)計數(shù)據(jù)和驗證經(jīng)驗進行了梳理分析，開創(chuàng)性建立了元器件成熟度評估標準、替代設(shè)計層級、應(yīng)用驗證矩陣等自主設(shè)計理論，并形成標準文件用于指導(dǎo)自主設(shè)計工作;結(jié)合航空裝備元器件的具體特點，制訂了航空元器件分類標準。諸多標準和指南文件的形成，為自主設(shè)計體系建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。為保證自主設(shè)計體系切實落地，專家團隊輾轉(zhuǎn)奔波、溝通協(xié)調(diào)設(shè)計需求，分析經(jīng)驗數(shù)據(jù)，走訪廠家，整理形成元器件對比分析報告，充分驗證了自主設(shè)計體系的科學(xué)性和可實施性。

雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越。航空裝備發(fā)展正站在歷史的岔路口，歷史和現(xiàn)實在不斷告誡我們，航空強國的征程中，唯有堅持自主創(chuàng)新，真正掌握核心基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)，堅持自主設(shè)計和自主研發(fā)，才能不受制于人。面對全新的“十四五”，計算所將勇攀技術(shù)珠峰，為航空裝備自主發(fā)展而努力奮斗。

（作者單位：航空工業(yè)計算所）