中国版“星链”来袭什么芯片“上天”了？

这将是中国星网组建之中的一次重大改变，将开启中国星网培植的新时期。
而在此同时，也将彻底带动宇航级芯片的发展。

在卫星上利用的芯片，和我们平时打仗到的芯片有所不同。
这些芯片对付性能方面不会有非常高的哀求，但对稳定性、耐用性和抗宇宙辐照有着超高的哀求，比车规还要难上许多，基本上可以说是所有芯片中难度的天花板了。
以是，布局宇航级芯片的公司寥寥无几，价格也很高，就比如说之前赛灵思（现AMD）的宇航级FPGA，单颗芯片就代价十几万乃至几十万美元。

在中国版“星链”来临之际，全体赛道正在发生翻天地覆的变革，宇航级芯片这个赛道上也开始发生巨大的变革。
那么，现在，这个赛道上有什么芯片、公司以及趋势值得关注？

无法替代的SPARC芯片

当前，卫星上的嵌入式SoC芯片，有一种架构基本无法替代，它都是SPARC架构。
SPARC（Scalable Processor ARChitecture）是一种RISC处理器指令集构造。
作为一种体系构造，SPARC 架构具备易扩展、易裁减特点。

稍熟年纪的读者，可能曾经经历过那个年代，那时候，在电脑中央随处可以见到Sun Ultra系列事情站。
此外，首创SPARC的Sun公司还曾经说过“网络便是电脑”（The Network Is TheComputer）这句格言。

虽然现在SPARC是时期的眼泪，但在航空领域还活得好好的。
之以是这种架构耐久不衰，是由于它本身具备很强的可靠性，同时具有可扩展性及可配置性。

SPARC架组成长历史，制表｜EEWorld

国外方面，Microchip（ATMEL）是最具代表性的厂商，其Rad-Hard SPARC包括TSC695F（32-bit SPARC V7）、AT7913E（32-bit SPARC V8 SpaceWire Remote Terminal Controller）、AT697F（32-bit SPARC V8）。

Argotec的GR712RC双核LEON3FT SPARC V8微处理器，也是比较有代表性的一颗芯片，用于实行多项关键太空任务，阿尔忒弥斯一号也采取了这颗芯片。

海内方面，北京微电子技能研究所（772所）的SPARC V8处理器BM3803已经涌如今国家多个重大航天工程中，之前也作为“天和”星载打算机中最关键的SoC，确保了核心舱的稳定掌握。
这款32位的RISC嵌入式处理器拥有精良的抗辐性能，卖力舰上的载荷任务管理、网络管理和热控管理平分系统管理和掌握。

航天智装从属于中国航天科技五院，旗下全资子公司轩宇空间研发的基于SPARCV8体系构造的面向空间运用的高性能、低功耗的32位抗辐射片上系统芯片，对标国外前辈宇航处理器芯片，成为海内第一款在轨翱翔的SoC芯片，并大量运用于北斗导航卫星、探月卫星、小卫星、眇小卫星平台的产品中。

珠海欧比特是我国宇航SPARC V8处理器SoC标杆企业，其自研及量产的S698 系列处理器芯片产品紧张有：S698-MIL、S698-T、S698P4-II、S698PM 四款，个中 S698-MIL、S698-T为单核处理器，S698P4-II、S698PM为多核处理器。

天上也要跑AI

SPARC架构芯片虽然比较稳定，但其弘大的ISA可见寄存器组，拥有多达数百个寄存器，并不适宜低功耗领域，而且也比较后进。

毕竟，这种“传统芯片”，技能已过期，无法实现人工智能图像处理和图形操作等中端智好手机也能进行的处理流程。
因此，许多太空设备都是“哑终端”，它们捕捉图像、供应连接并自主操纵，但须要通过地面处理帮忙完成所有任务。
它们须要把所有东西传送回地球，等待地球确定下一步辇儿为，然后再把精确的指令传送回来。
这一过程比较缓慢。

因此，适用于太空环境的新一代抗辐射电子设备或将改变这一局势，并可能带来巨大益处。
例如，美国国家航空航天局（NASA）的Space Cube是一种现场可编程门阵列（FPGA）机载系统，可帮助提高太空中的机载打算能力、自主性和人工智能/机器学习能力。
在这些技能进步的支撑下，航天器的智能化程度、耐用性和可信度均得到提升。
成像卫星可以不雅观测到海底地震等自然磨难，并提前数小时发出海啸警报，挽救数百万人的生命。
不合法的甲烷排放可被实时检测到，存在碰撞风险的卫星能够加快自主移动速率，降落失落控碰撞和遭遇轨道碎片的风险。

因此在卫星的系统中，Arm MCU/MPU/SoC、FPGA、ASIC等产品的利用量也在逐渐加大，这些芯片和SPARC芯片各司其职。

国外方面，TI的稠浊旗子暗记MCU MSP430FR5969-SP时常用在遥测电路中，它可以减少用于遥测电路的FPGA资源和引脚，同时为遥测电路供应相同的功能，例如数据处理、电源时序掌握和脉宽调制输出。
MSP430FR5969-SP还具有集成的铁电随机存取存储器(FRAM)，与双数据速率等传统存储器类型比较，这种存储器每每能更有效地抵抗辐射的影响。

众所周知，太空领域是Microchip的强项，已经拥有大量翱翔履历。
Microchip不仅延续了Atmel在宇航级MCU上的产品，还推出了诸多新产品，比如说基于Arm的SAMRH71微处理器 （MPU）和SAMRH707微掌握器 （MCU） 均实现了Arm Cortex -M7 SoC 抗辐射技能。
在抗辐射FPGA方面，Microchip的布局非常全面，包括耐辐射PolarFire SoC FPGA、RT PolarFire FPGA、RTG4 图形掌握器 FPGA、RT ProASIC 3 FPGA、RTSX-SU 图形掌握器 FPGA、RTAX FPGA、Sub-QML FPGA。

AMD（赛灵思）的FPGA长久以来都是太空卫星的标配，AMD这家公司的产品走得也很快，AMD-Xilinx Virtex系列、AMD-Xilinx Zynq系列、AMD G-Series compatible都是NASA长期采购的产品。
之前网传的几百万元公民币的芯片，也是AMD（赛灵思）的抗辐射FPGA。

Teledyne e2v是老牌的航空级芯片厂商，比如说，其宇航级微处理器家族的PC8548，性能超过基于LEON3的片上宇航系统9倍，乃至比更新的基于四核LEON4宇航SoC高35%。
更主要的是，这家厂商的宇航级产品品类非常多，包括模块、存储器、ADC、DAC，至今为止，Teledyne e2v已经制造和售出了超过250片翱翔正片。

海内方面，很多企业都打破了FPGA技能，与此同时，FPGA干系的存储技能也得到了打破。
而也在一些定制化场景上，海内也实现了定制化的ASIC芯片的打破。

越来越受重视的RISC-V

作为Arm强有力的竞争对手，RISC-V也“上天”了。

2022年，NASA选中RISC-V厂商SiFive，作为下一代高性能航天打算 (HPSC) 供应核心CPU。
SiFive称，该处理器将供应至少100倍于当前航天打算机的算力，且将适用于从行星探索到月球和火星表面任务的所有类型的未来太空任务。
除了4个通用的SiFive RISC-V内核，HPSC还将利用8核的SiFive X280 RISC-V矢量核。
X280，是一个多核、多集群能力的 RISC-V处理器，供应了对RISC-V矢量扩展标准和SiFive智能扩展的全面支持，并针对边缘的AI/ML打算进行了优化。

不足为奇，2022年，欧洲航天局同样宣告付与CAES合约，开拓RISC-V架构的产品GR7xV SoC，同时在欧洲处理器操持第二期中，RISC-V也成为主要一员。
GR7xV 集成了16个核心，用于替代传统的SPARC V8框架，被用于太空掌握、负载数据管理和处理系统中，广泛适用于不雅观测、通信、导航和科考运用。
CAES Gaisler的LEON系列处理器已经在太空运用中得到了数十年的验证，全新的NOEL系列或将成为首度用于宇航运用的RISC-V处理器。

去年，苏黎世联邦理工学院研究职员开拓了一种基于RISC-V的太空级处理器Trikarenos，据称，它不仅可以承受辐射引起的单粒子扰乱 (SEU)，还可供应与传统“太空芯片”相称的性能水平，而花费的能量仅为相同能源预算的一小部分。

就在最近，Microchip还推出了太空级的64位MPU PIC64-HPSC，旨在将打算性能提高100倍以上，同时为航空航天和防御运用供应前所未有的耐辐射和容错能力。
美国国家航空航天局喷气推进实验室（NASA-JPL）于2022年8月宣告选择Microchip开拓HPSC处理器，作为该实验室推进商业互助努力的一部分。
PIC64-HPSC系列代表着NSAS-JPL以及更广泛的防御和商业航空航天家当进入了自主空间打算的新时期。

总之，RISC-V越来越受到青睐，毕竟除了极致的性能，还是很开源。
但是这些芯片可能须要进一步进行验证，毕竟去太空事情，可不能“黑屏”。

太空平民化时期来了

在挑选芯片产品时，卫星和航天器系统设计职员有几种不同的选择。
一种是对付哀求不能涌现故障的任务，设计职员常日会选择采取抗辐射设计（RHBD）技能的产品，虽然本钱较高，但这类产品经由筛选和认证，符合合格制造商清单（QML）Q 类和V类标准；另一种是选择商用现货（COTS）组件，这种做法可降落组件单位本钱，缩短交付韶光，但可靠性常日不敷，必须进行筛选（导致本钱和工程资源增加），并且须要利用软硬三重模块冗余（TMR）来减轻空间辐射效应。

而现在，越来越多的现货（COTS）组件正在被利用。

这会带来什么影响？也便是说，我们正处于太空商业化和平民化的新时期，常日称之为新太空，从根本上改变了卫星设计、制造、发射和运营经济。
这些以前小批量生产、用场专一的航天器正在迅速商品化，分布在有时包含数千个单元的大型星座中。

现在的大趋势下，基于COTS工艺的抗辐射器件，已经成为具有综合高性价比，是浩瀚COTS器件厂商、商业卫星/单机设备制造商弄潮新型航天，以新质生产力推动大航天发展的主要抓手之一。
在此方面，国外芯片厂商这几年一贯在积极布局COTS领域。

Intersil在2020年推出了三款全新的耐辐射塑料封装IC系列产品，这些产品专为迅速增长的LEO（低地球轨道）小型卫星任务需求而设计。

瑞萨在2021推出用于卫星电源管理系统的塑料封装抗辐射产品的新系列，这一系列创新产品将卓越的抗辐射性能与塑料封装带来的电路板面积节省及本钱上风完美结合，完美契合了MEO/GEO以及LEO小型卫星对高密度电子设备日益增长的需求，同时显著降落了尺寸、重量、功耗（SWaP）及总体本钱。

TI在2022年推出全新的航天增强型塑封（SEP）耐辐射产品系列，包含专为事情寿命较短的LEO卫星设计的塑封器件。

ADI在2022年推出一系列新的商用航天产品，其产品弥合了低端COTS器件与传统航天级全气密QMLV产品之间差距，办理COTS器件晶圆批次同等性和可追溯性、辐射性能变革监测与表征等，实现可靠性与低本钱的平衡，以达到可接管的风险水平。

ST在2022年发布经济型抗辐射加固芯片，面向关注本钱的“新太空”卫星运用，其LEO系列产品与其AEC-Q100车规芯片共用同一条生产线，利用统计过程掌握方法，在量产的同时担保产品质量稳定。

中国厂商的机会

纵不雅观上述厂商，实在很多都是从根本芯片逐步改成的抗辐照的宇航级芯片，我国也在此方面取得了许多造诣。

比如说，成功研制具有国际前辈水平的FPGA、CPU等多款宇航核心集成电路产品，已在北斗导航、载人航天、探月等重大航天工程中利用，实现了我国集成电路研制能力的超过式发展。
同时，在其他种类芯片，诸如存储芯片、仿照前端芯片、电源芯片、传感器等。

在未来，海内的发力重点可以集中在将AI功能与新一代抗辐射芯片集成在一起，空间设备可以自行处理所有高等剖析——图像检测、图像分类、自动决策、及时行动，这些也会是国产芯片的一个机会。

更主要的是，自从马斯克进入这个领域，提出“星链”的观点，卫星本身就在不断融入许多低本钱的芯片方案。
他走得路和电动汽车一样，也便是将卫星消费电子化。

大概，在更远的未来，有些芯片不再用宇航级芯片，可能更多的工规乃至消费产品会用到卫星里，而这也将会是国产厂商的新机会。

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