實(shí)踐9號B衛星SoC芯片小如指甲 實(shí)現全套大腦功能

　　10月14日發(fā)射的實(shí)踐九號B衛星上芯片的變化讓北京控制工程研究所星載計算機及電子產(chǎn)品總工程師華更新喜不自禁，在該衛星上，控制管理單元的核心處理器及其外圍電路被一個(gè)名為“SoC2008”的片上系統芯片替代了，這好比衛星自動(dòng)駕駛儀由一臺整機設備變成了設備里一個(gè)指甲片大小的芯片。更重要的是，這個(gè)芯片是由北京控制工程研究所年輕的設計團隊自主研發(fā)的。

　　“這意味著(zhù)之前功能相對單一的芯片升級為大腦系統，航天型號不再處于一種持續跟仿國外各種芯片的局面，而是可以通過(guò)系統與元器件之間的協(xié)同設計，采用我國自主研發(fā)和國內外開(kāi)源的IP(知識產(chǎn)權)核，從而解決長(cháng)期困擾航天裝備信息安全的核心元器件國產(chǎn)化和自主保障問(wèn)題。”華更新說(shuō)。

　　小如指甲片 性能高8倍

　　“這是我們自主研發(fā)的一種適用于下一代衛星使用的SoC芯片，把原來(lái)整數處理單元、浮點(diǎn)數處理單元、存儲器管理器等多種電路功能集成到SoC2008芯片內部。”華更新告訴記者，芯片好比是計算機的一個(gè)個(gè)大腦，水平直接影響著(zhù)計算機的運行質(zhì)量。當前，空間電子產(chǎn)品正朝著(zhù)高密度、高復雜、高性能、低能耗和微小型方向發(fā)展，而空間復雜的運行環(huán)境更是對其提出了高可靠性的要求，傳統的集成電路已無(wú)法滿(mǎn)足這些需求。因此，研制高性能、高可靠、小型化的高水平抗輻射核心片上系統芯片的需求更加迫切。

　　SoC(System on Chip)，即片上系統，是一種系統級的嵌入式設計技術(shù)，從廣義角度來(lái)說(shuō)，是“系統功能在單一芯片上集成”。

　　華更新做過(guò)計算，采用這些技術(shù)后，星載電子系統的內部集成度提高了，重量只有采用傳統設計產(chǎn)品的40%，能大幅減少衛星平臺的體積、重量和功耗，使我國國產(chǎn)衛星平臺的有效載荷承載能力大大提高。

　　他以探月工程任務(wù)為例介紹，1公斤物品要從地球帶到月球表面，需要消耗約6.5公斤燃料，要帶回地球另需2.5公斤燃料。這意味著(zhù)衛星平臺只要減少1公斤重量，運載火箭的負擔就少了近10公斤。

　　雖然個(gè)頭小了，但星載電子系統的性能卻提高了7—8倍，功耗卻只有原來(lái)的80%左右。

　　“SoC是對傳統軟硬件分離的型號研制模式挑戰，將徹底改變方案、初樣、試樣、定型的傳統研制流程，大大縮短型號研制周期。”北京控制工程研究所超大規模集成電路副主任設計師、SoC2008主管設計師劉鴻瑾如是說(shuō)。

　　容錯設計技術(shù)，一個(gè)指令三個(gè)“判官”

　　“在民用領(lǐng)域，SoC技術(shù)概念早已有之。”北京控制工程研究所硬件設計工程組長(cháng)劉群舉例說(shuō)，比如現在的智能手機，小小的芯片就集中了多項功能。但對航天來(lái)說(shuō)，要在集成化的小芯片上集中多項功能，遇到的困難更多。

　　劉鴻瑾告訴記者，航天電子產(chǎn)品在空間運行過(guò)程中要承受惡劣的空間輻射環(huán)境，航天用處理器的一個(gè)最基本的要求就是具有抗輻射能力。但SoC系統集成的很多IP核都不是抗輻射加固的，因此需要首先將SoC系統設計做好，然后在此基礎上進(jìn)行進(jìn)一步的抗輻射加固，這對于設計團隊是一個(gè)巨大的挑戰。

　　為提高SoC可靠性，SoC研制團隊從工藝、電路設計、微結構設計以及軟件設計等角度出發(fā)，分別采取措施，特別是創(chuàng )造性地采用完全三模冗余設計等抗輻射加固設計和容錯設計技術(shù)。