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北斗总师:国产航天级CPU、FPGA等核心器件已100%自主可控

来源:贴片电容 发布时间:2021-12-31 浏览:402
近日,北斗三号系统卫星总设计师林宝军出席公开活动时表示,北斗三号卫星目前核心器件包括国产龙芯CPU、国产FPGA、国产ASIC、载荷的微波器件等全部实现自主可控。


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图:中科院北斗卫星团队

林宝军自2011年起任北斗三号卫星总设计师,全面主持了导航卫星研制工作,带领团队攻克了数十项核心关键技术。


林宝军回忆,当时做北斗卫星,一开始卫星是几吨重,用的还是全世界最好的器件


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图:北斗三号总师林宝军

同时,北斗三号卫星的“心脏”使用国产龙芯CPU(即龙芯3A抗辐照型),同时还用上了国产FPGA、ASIC和微波器件等,核心器件实现100%自主可控,彻底扭转卫星关键部件依赖进口受制于人的局面。


据芯片大师了解,截至2020年,就有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。


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图:和龙芯1E/1F同代的龙芯1A CPU


其实早在2015年,林宝军就首次在卫星上使用了龙芯CPU,而且一用就是两款——龙芯1E和龙芯1F抗辐照处理器


据北斗卫星研发人员介绍,新一代北斗卫星上有3个被称为“单机”的黑盒子,每个约有4本400页的32开图书摞起来那么大。其中两个黑盒子里,每个装了2片龙芯1E芯片和4片龙芯1F芯片


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。尽管龙芯1家族采用180nm CMOS工艺、400万晶体管的性能落后于航天大国水平,但与当时在国际上能买来的芯片相比,龙芯1E和龙芯1F的性能还是要更好一些,处理能力和可靠性也能打平


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图:ATMEL宇航级芯片AT697F


另外,当时龙芯1E和龙芯1F的售价仅为几万元一片,而西方愿意出售给中国的宇航级芯片中,例如性能为100MIPS的美国ATMEL AT697F20万到30万元一片性能更好价格高达上百万元一片。


最关键的是,龙芯1E/1F的出现使国产CPU首次具备了较强的抗辐照能力


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图:龙芯1F的参数说明


宇宙辐射、地磁捕获辐射、太阳粒子等各种辐射是卫星上处理器面临的最大环境“威胁”。辐射的总剂量效应会使芯片的性能不断下降,直到坏掉,而高能的粒子打到芯片里,会直接损坏芯片的内部工艺,使电流突然增加,最终导致芯片烧毁。


此前我国航天事业使用的大部分元器件抗辐照能力较差,加之受到国际禁运的限制,能买到的处理器性能有限正因如此,对元器件抗辐照能力的要求成为国家战略性需求。


从高价买进口芯片拼凑到龙芯和更多核心器件的上天,我国在航天级芯片领域的突破时代正式到来。


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