十年磨一劍 國產芯片首次用于北斗導航衛星

此次登上北斗雙星的宇航級國產CPU芯片，產品性能已基本達到國際先進水平。“在某些抗輻射指標上，我們比國外的一些產品還更有優勢。”趙元富自信地說。

一條道路

核心芯片關乎信息安全，要掌握核心技術只能走自主研發之路

趙元富是江西進賢人，還是放牛娃時，他就一直好奇半導體收音機何以能發出響聲，上大學時，他選了半導體物理和器件專業。1983年，趙元富在我國著名航天微電子技術專家黃敞先生的指導下攻讀碩士學位，開始從事抗輻射技術研究，從此，他越來越深刻地認識到抗輻射技術對國家航天發展的重要作用。“核心技術是無法依靠別人的，這是基礎能力。”趙元富回憶道。

信息安全是國家戰略問題，其硬件支撐就是核心芯片。目前，我國芯片主要依賴進口，我國每年因芯片進口要花費2000多億美元，和進口石油的花費差不多。對于空間應用的芯片而言，還要具有抗輻射等特殊性能。因為宇宙空間環境極為復雜，大量的空間粒子輻射會導致星上電路性能退化甚至功能失效，對衛星造成致命打擊。

“但除了航天員，誰也沒有去過太空。”要在地球上把太空里可能遇到的問題想清楚，難度可想而知。

拿芯片來說，百姓日常使用的手機等電子產品被稱為“電子行業”。而航天器上使用的芯片要經受太空嚴酷環境的考驗，因其特殊需求被稱為“行業電子”。1996年，趙元富得到一次出國研究的機會，在兩年多研究中，他更清晰地看到了國內外抗輻射技術的巨大差距。面對外國導師提供的工作機會，趙元富最終還是選擇回國，對他而言，回國無需答案，既然選擇了研發“中國芯”，就得走到底。

“這個被喻為衛星大腦和心臟的家伙，體現了中國航天的核心基礎技術能力。”趙元富自豪地說，“為了實現中國航天芯片的自主可控，不管多難，我們都要想辦法。”

一大難題

堅持了十數年，只為攻克芯片設計難關，用低成本研制抗輻射芯片

要讓航空芯片抗輻射，應該怎么做？以往有個笨辦法——給電路穿上厚厚的“外衣”，但這將使器件重量大幅增加；另外，還可以試著改變制造工藝，但這樣投入巨大。如何低成本地研制出抗輻射芯片，成為困擾世界各國科學家的難題。

1998年回國后，趙元富帶領團隊鉆研我國星用元器件抗輻射方面的技術特點和落后原因，1999年，他提出一個低成本的“設計加固”思路，即加固集成電路研制的技術路線，只需利用民用集成電路制造生產線，在設計環節而非制造環節就能研制出抗輻射的宇航集成電路。

這樣一來，抗輻射難度就全部轉移到了芯片設計上，而抗輻射芯片設計又是個世界性難題。趙元富團隊剛開始工作兩三年，都沒理出頭緒。為了打造高可靠的“中國芯”，772所的抗輻射芯片都要經過地面模擬太空輻射環境下的試驗驗證與評估。為完成更多產品的輻射試驗，團隊成員需要盡快進入密封的真空輻射罐中，更換剛剛輻射完的試驗樣品，再準備下一輪試驗。而每次輻射試驗一般至少需要24小時，甚至幾天不間斷進行。為了試驗的“無縫對接”，團隊成員餓了吃泡面，困了打地鋪，連續緊盯幾十個小時，成了家常便飯。

堅定、堅持、堅守，就這樣靜靜守候在抗輻射技術領域十數年，趙元富和他的團隊在抗輻射技術領域發表學術論文600余篇，取得各類專利200多項。如今，772所已構建了我國獨具特色的抗輻射集成電路研制平臺。

一個夢想

要自主不要仿制，把航天當作畢生事業，自主研發總能找到出路

“既要仰望星空，又要腳踏實地”。要讓“中國芯”在太空閃耀，趙元富和他的團隊首先選取“王冠上的鉆石”——抗輻射中央處理器作為技術應用的核心攻關產品。

在研制初期就把目標鎖定在自主研發國際新一代宇航用CPU上，而非走仿制之路，趙元富深思熟慮，“我們仿出來了，人家更新升級的CPU又出來了，仿制的產品沒有競爭優勢。”

這個中央處理器，看起來只有拇指甲大小，卻有著大腦的復雜和精細。由于研發初期，當時國際上新一代的宇航用CPU并沒有實際產品，只有大致的思路和概念，一切都幾乎從零開始。“從我們開始抗輻射技術的研究算起，至今15年了。如果從這個項目立項算起，也是十年磨一劍。”談起首枚國產CPU研制的坎坷歷程時，趙元富卻說得云淡風輕，“航天事業聚集起一批科學家，他們一直把航天當作自己畢生事業，持之以恒，總能找到些出路。”

趙元富團隊研制的這枚國產CPU，不僅速度更高、接口類型更多、可變性更強，也更適合衛星不同功能組件的需求。“做好一款國產宇航用CPU，不僅要把芯片本身做好，還要構建‘芯片+軟件+生態環境’的國產化模式。”對于“中國芯”，趙元富有更深遠的考慮。

正因此，如今“中國芯”表現越來越出色。除CPU外，此次北斗雙星上的數據總線電路、轉換器、存儲器等近40款產品均為772所研制和生產，這也是中國衛星首次成體系地批量使用國產芯片，對航天工程的自主可控和創新發展具有里程碑意義。“衛星麻雀雖小，五臟俱全。”趙元富笑言，“只有建立相對獨立、完整的產品體系，才能讓衛星高可靠運行更有保障。”

不僅如此，772所研制的宇航用集成電路還獲得國外訂單。從原來“引進來”到現在“走出去”，趙元富期待能見證我國航天微電子發展的重要跨越。

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