北斗閃耀中國芯
——航天772所元器件國產(chǎn)化攻關(guān)紀(jì)實(shí)

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(dǎo)航衛(wèi)星，遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)將2顆衛(wèi)星準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道。衛(wèi)星和上面級(jí)100%使用航天772所研制生產(chǎn)的國產(chǎn)CPU（微處理器）芯片。除了CPU，北斗雙星和上面級(jí)上的數(shù)據(jù)總線電路、轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等近40款產(chǎn)品均為航天772所研制和生產(chǎn)，這是中國衛(wèi)星首次成體系的、批量使用國產(chǎn)芯片，對(duì)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(gè)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(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，我國高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，“北斗”一直在努力探索和發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

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

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

空間是個(gè)極其復(fù)雜的環(huán)境，因?yàn)榭臻g惡劣輻射環(huán)境的影響，導(dǎo)致星上電路性能甚至整個(gè)電路失效，從而對(duì)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(huì)導(dǎo)致器件增重；改變制造工藝實(shí)現(xiàn)抗輻射需求，會(huì)造成投入巨大。集成電路抗輻射加固技術(shù)已成為世界航天的核心共性基礎(chǔ)技術(shù)，各國航天科學(xué)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(dú)特的技術(shù)發(fā)展路徑

針對(duì)空間惡劣輻射環(huán)境，772所從1998年開始，以抗輻射加固設(shè)計(jì)技術(shù)為突破，開創(chuàng)性走出了采用設(shè)計(jì)加固方法進(jìn)行抗輻射加固集成電路研制的技術(shù)路線。

這是一個(gè)先進(jìn)、便利而又未增加成本的技術(shù)發(fā)展思路：利用普通集成電路制造生產(chǎn)線，不改變其工藝流程和規(guī)范，在設(shè)計(jì)前端通過對(duì)器件、電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加固，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)而非制造環(huán)節(jié)實(shí)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(shí)現(xiàn)自主可控奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

因空間宇宙射線而產(chǎn)生的衛(wèi)星單粒子效應(yīng)表明，若不采取措施，將造成整個(gè)衛(wèi)星的故障，北斗將無法正常穩(wěn)定組網(wǎng)。在此次執(zhí)行新一代北斗衛(wèi)星元器件國產(chǎn)化任務(wù)之前，772所承擔(dān)了以北斗導(dǎo)航為代表的三個(gè)重點(diǎn)宇航型號(hào)九款抗輻射加固百萬門級(jí)ASIC研制。九款A(yù)SIC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(yùn)行良好。

772所是國內(nèi)第一家成系統(tǒng)地選擇這種技術(shù)途徑的研制單位，通過21年的耕耘，他們把這一技術(shù)思路發(fā)展建設(shè)成為可以實(shí)際應(yīng)用的平臺(tái)?？馆椛湓O(shè)計(jì)加固技術(shù)平臺(tái)就像一片“沃土”，在此技術(shù)平臺(tái)的基礎(chǔ)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(shí)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(mèng)

讓國產(chǎn)衛(wèi)星能夠自信地使用國產(chǎn)元器件，這是航天人的“中國夢(mèng)”。

抗輻射加固宇航用CPU是衛(wèi)星的核心芯片，任務(wù)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(dāng)于衛(wèi)星的大腦，它的核心地位和復(fù)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(yuǎn)征一號(hào)”上面級(jí)上擔(dān)當(dāng)主綱的CPU芯片，只有拇指甲蓋大小，卻是772所歷時(shí)10年研制成功的，圓了航天人的“中國芯”之夢(mèng)。

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(shù)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(chǎn)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(chǎn)化電路，由于表現(xiàn)不錯(cuò)，獲得各方信任。在這以后，型號(hào)單位又向772所提出了新的任務(wù)需求，772所又用了將近兩年的時(shí)間，將第二批七、八款芯片隨星上天，運(yùn)行情況依舊“相當(dāng)不錯(cuò)”。

直到2009年到2010年，替代國外芯片上星運(yùn)行后，國產(chǎn)芯片的空間表現(xiàn)進(jìn)一步獲得各方認(rèn)可。2011年，772所研制的國產(chǎn)空間用CPU隨試驗(yàn)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(guān)的日子

2011年，772所勇敢地承擔(dān)起新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星近40款國產(chǎn)化電路的研發(fā)和生產(chǎn)任務(wù)。時(shí)間緊、任務(wù)重，技術(shù)難度大、供貨量大，生產(chǎn)高峰期集中、設(shè)備場(chǎng)地產(chǎn)能不足，一系列難題讓772所面臨著考驗(yàn)。

迎難而上，772所緊急成立了北斗導(dǎo)航衛(wèi)星工程元器件國產(chǎn)化項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)涉及多個(gè)管理、設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)部門。作為元器件單位，772所首次對(duì)該專項(xiàng)任務(wù)采用型號(hào)管理模式，實(shí)行“兩總”管理，成立專項(xiàng)型號(hào)辦公室，任命總指揮和總師等序列。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的電路設(shè)計(jì)人員為盡可能將電路設(shè)計(jì)階段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)提前，加班加點(diǎn)早已是家常便飯，團(tuán)隊(duì)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(shí)間太久，甚至出現(xiàn)了暈厥的情況。

近40款電路相當(dāng)于衛(wèi)星的“大腦”和“神經(jīng)”，要萬無一失地應(yīng)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(dān)著這數(shù)十種電路的生產(chǎn)任務(wù)。為突破生產(chǎn)瓶頸，班組積極開展“大干一百天”，舉行各種勞動(dòng)競賽。晚上，每當(dāng)機(jī)器設(shè)備結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)，總能在操作間看到團(tuán)隊(duì)成員圍坐在一起，積極、熱烈地討論問題。

對(duì)每位項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員來說，那段難忘的攻關(guān)時(shí)光充滿著拼搏和疲憊。如今，772所數(shù)十款國產(chǎn)化芯片已隨新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射上天。這在天上閃爍的“明星”，是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)收獲的豐碩果實(shí)，也是772所為元器件國產(chǎn)化貢獻(xiàn)的一份力量。

● 文_文宣 雷霏