这两天，被人们称作中国版“星链”的“千帆星座”彻底刷屏了。“千帆星座”也称“G60星链”，该项目由上海松江区牵头，联合多家资本共同打造的。项目的实施主体是上海垣信卫星，此前，他们已经完成了5颗试验星的发射，8月6日发射的18颗卫星是“千帆星座”的首批组网星。

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

在卫星上使用的芯片，和我们平时接触到的芯片有所不同。这些芯片对于性能方面不会有非常高的要求，但对稳定性、耐用性和抗宇宙辐照有着超高的要求，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。所以，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，单颗芯片就价值十几万甚至几十万美元。

在中国版“星链”来临之际，整个赛道正在发生翻天地覆的变化，宇航级芯片这个赛道上也开始发生巨大的变化。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处理器指令集结构。作为一种体系结构，SPARC 架构具备易扩展、易裁减特点。

稍有年纪的读者，可能曾经经历过那个年代，那时候，在电脑中心随处可以见到Sun Ultra系列工作站。此外，开创SPARC的Sun公司还曾经说过“网络就是电脑”（The Network Is TheComputer）这句格言。

虽然现在SPARC是时代的眼泪，但在航空领域还活得好好的。之所以这种架构经久不衰，是因为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架构发展历史，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，用于执行多项关键太空任务，阿尔忒弥斯一号也采用了这颗芯片。

国内方面，北京微电子技术研究所（772所）的SPARC V8处理器BM3803已经出现在国家多个重大航天工程中，之前也作为“天和”星载计算机中最关键的SoC，确保了核心舱的稳定控制。这款32位的RISC嵌入式处理器拥有优秀的抗辐性能，负责舰上的载荷任务管理、网络管理和热控管理等分系统管理和控制。

航天智装隶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体系结构的面向空间应用的高性能、低功耗的32位抗辐射片上系统芯片，对标国外先进宇航处理器芯片，成为国内第一款在轨飞行的SoC芯片，并大量应用于北斗导航卫星、探月卫星、小卫星、微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主要有：S698-MIL、S698-T、S698P4-II、S698PM 四款，其中 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，但其庞大的ISA可见寄存器组，拥有多达数百个寄存器，并不适合低功耗领域，而且也比较落伍。

毕竟，这种“传统芯片”，技术已过时，无法实现人工智能图像处理和图形操作等中端智能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、提供连接并自主操纵，但需要通过地面处理协助完成所有任务。它们需要把所有东西传送回地球，等待地球确定下一步行动，然后再把正确的指令传送回来。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面，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计算能力、自主性和人工智能/机器学习能力。在这些技术进步的支撑下，航天器的智能化程度、耐用性和可信度均得到提升。成像卫星可以观测到海底地震等自然灾害，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度，降低失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等产品的使用量也在逐渐加大，这些芯片和SPARC芯片各司其职。

国外方面，TI的混合信号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，同时为遥测电路提供相同的功能，例如数据处理、电源时序控制和脉宽调制输出。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相比，这种存储器往往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，已经拥有大量飞行经验。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微控制器 （MCU） 均实现了Arm Cortex Ò-M7 SoC 抗辐射技术。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 图形控制器 FPGA、RT ProASIC 3 FPGA、RTSX-SU 图形控制器 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人民币的芯片，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，甚至比更新的基于四核LEON4宇航SoC高35%。更重要的是，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片飞行正片。

国内方面，很多企业都突破了FPGA技术，与此同时，FPGA相关的存储技术也得到了突破。而也在一些定制化场景上，国内也实现了定制化的ASIC芯片的突破。

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计算 (HPSC) 提供核心CPU。SiFive称，该处理器将提供至少100倍于当前航天计算机的算力，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还将使用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，提供了对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计算进行了优化。

无独有偶，2022年，欧洲航天局同样宣布授予CAES合约，开发RISC-V架构的产品GR7xV SoC，同时在欧洲处理器计划第二期中，RISC-V也成为重要一员。GR7xV 集成了16个核心，用于替代传统的SPARC V8框架，被用于太空控制、负载数据管理和处理系统中，广泛适用于观测、通信、导航和科考应用。CAES Gaisler的LEON系列处理器已经在太空应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应用的RISC-V处理器。

去年，苏黎世联邦理工学院研究人员开发了一种基于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)，还可提供与传统“太空芯片”相当的性能水平，而消耗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，旨在将计算性能提高100倍以上，同时为航空航天和防御应用提供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月宣布选择Microchip开发HPSC处理器，作为该实验室推进商业合作努力的一部分。PIC64-HPSC系列代表着NSAS-JPL以及更广泛的防御和商业航空航天产业进入了自主空间计算的新时代。

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。但是这些芯片可能需要进一步进行验证，毕竟去太空工作，可不能“黑屏”。

太空平民化时代来了

在挑选芯片产品时，卫星和航天器系统设计人员有几种不同的选择。一种是对于要求不能出现故障的任务，设计人员通常会选择采用抗辐射设计（RHBD）技术的产品，虽然成本较高，但这类产品经过筛选和认证，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，这种做法可降低组件单位成本，缩短交付时间，但可靠性通常不足，必须进行筛选（导致成本和工程资源增加），并且需要使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）组件正在被使用。

这会带来什么影响？也就是说，我们正处于太空商业化和平民化的新时代，通常称之为新太空，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、用途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，是众多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重要抓手之一。在此方面，国外芯片厂商这几年一直在积极布局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成本优势完美结合，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，同时显著降低了尺寸、重量、功耗（SWaP）及总体成本。

TI在2022年推出全新的航天增强型塑封（SEP）耐辐射产品系列，包含专为工作寿命较短的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，解决COTS器件晶圆批次一致性和可追溯性、辐射性能变化监测与表征等，实现可靠性与低成本的平衡，以达到可接受的风险水平。

ST在2022年发布经济型抗辐射加固芯片，面向关注成本的“新太空”卫星应用，其LEO系列产品与其AEC-Q100车规芯片共用同一条生产线，利用统计过程控制方法，在量产的同时保证产品质量稳定。

中国厂商的机会

纵观上述厂商，其实很多都是从基础芯片慢慢改成的抗辐照的宇航级芯片，我国也在此方面取得了许多成就。

比如说，成功研制具有国际先进水平的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使用，实现了我国集成电路研制能力的跨越式发展。同时，在其他种类芯片，诸如存储芯片、模拟前端芯片、电源芯片、传感器等。

在未来，国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级分析——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。

更重要的是，自从马斯克进入这个领域，提出“星链”的概念，卫星本身就在不断融入许多低成本的芯片方案。他走得路和电动汽车一样，也就是将卫星消费电子化。

也许，在更远的未来，有些芯片不再用宇航级芯片，可能更多的工规甚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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