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——片上系統芯片（SoC）推動(dòng)先進(jìn)航天系統發(fā)展

嫦娥登月，玉兔入懷，嫦娥系列的成功是航天技術(shù)高速發(fā)展的縮影，亦是航天系統高新技術(shù)成功應用的典范，帶動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。其中，微電子行業(yè)作為基礎產(chǎn)業(yè)，更是得到了更快更好的發(fā)展。

微電子領(lǐng)域在日常生活中有很多常見(jiàn)產(chǎn)品，例如Intel公司的I系列CPU處理器、蘋(píng)果公司中支持Iphone、Ipad的A系列處理器，這些產(chǎn)品在各自的系統領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的核心作用。而航天系統自己的核心處理芯片，就是SoC。

SoC小家伙身為何物?

SoC（System on Chip）即片上系統，是一種系統級的嵌入式設計技術(shù)，以超深亞微米工藝和IP（集成電路知識產(chǎn)權）核技術(shù)為支撐，將系統的全部功能集成到同一芯片中。典型的SoC一般包含微處理器（CPU、DSP等）、存儲器、時(shí)鐘復位管理、外圍設備、總線(xiàn)等功能模塊，基于不同的具體應用SoC芯片還包括專(zhuān)用的處理模塊，例如雷達處理、圖像處理、語(yǔ)音處理、通信協(xié)議處理等。

傳統的集成電路芯片多是功能專(zhuān)一、功能固定，實(shí)現一個(gè)處理系統需要多種集成電路芯片協(xié)同工作，與之相比，SoC具有功能強大、體積小、功耗低等特點(diǎn)，實(shí)現一個(gè)處理系統往往只需要一種SoC芯片即可。SoC技術(shù)是當前超大規模集成電路（VLSI）的發(fā)展趨勢，為集成電路產(chǎn)業(yè)和集成電路應用技術(shù)提供了前所未有的廣闊市場(chǎng)和難得的發(fā)展機遇。近10年多來(lái)的民用市場(chǎng)上3C類(lèi)（計算機、通信、消費電子）產(chǎn)品在功能、體積、性能以及產(chǎn)品研制周期上的高速發(fā)展，很大程度上得益于SoC設計技術(shù)的普及以及SoC芯片產(chǎn)品的大量應用。當前全球主要的半導體供應商與集成電路設計商的主要產(chǎn)品均已從過(guò)去單一的元器件形式轉向了SoC類(lèi)型的芯片，這其中就包含了諸如TI、Xilinx、ADI、高通等。

SoC在民用上得到廣泛而深刻的應用，在航天技術(shù)領(lǐng)域電子平臺上也逐步得到推廣。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子戰、信息戰等都要求裝備數字化、集成化、小型化和智能化。為了上述技術(shù)特征的付諸實(shí)施，傳統的基于模擬分離器件組成的電子系統被基于SoC芯片為核心的新型嵌入式電子系統所取代，這種趨勢已在包括國外先進(jìn)軍事武器裝備如數字通信系統、導航與定位系統、遠程制導系統等領(lǐng)域得到了應用。

大國研發(fā)的必備項目

國外對SoC技術(shù)研究起步較早，目前取得了大量的科研成果，部分已應用到具體的設備系統中。20世紀90年代，美國國家航空航天局(NASA)在X2000計劃中提出，要將未來(lái)空間飛行器的數據處理、數據存貯、電源管理和控制、通訊功能以及傳感器接口(如溫度、電壓以及各種科學(xué)儀器)等集成在邊長(cháng)為2cm-3cm的專(zhuān)用芯片上。美國國防部在2000年軍用關(guān)鍵技術(shù)中對未來(lái)SoC進(jìn)行了描述，除了模擬、數字電路外，SoC還將包括RF器件、光學(xué)器件等。

在歐洲，SoC的技術(shù)水平亦相當高，如法國TIMA實(shí)驗室設計的集射頻器件、光纖產(chǎn)品、MEMS傳感器、放大器等為一體的SoC產(chǎn)品。

從國外發(fā)達國家的SoC發(fā)展規劃，可以清楚地看到：航天及武器系統設計研究機構都已經(jīng)認識到SoC技術(shù)的重要性，已經(jīng)組織了相應的SoC技術(shù)研究，并且已經(jīng)推出了基于SoC芯片的系統原型設計，并且已經(jīng)逐步應用到工程中。

軍用微電子的發(fā)展是由應用軍用裝備（主要是導彈和航天器）的發(fā)展需要而發(fā)展的。由于受整機軍工產(chǎn)品對元器件的高可靠性、多品種、小批量、新型、特殊、專(zhuān)用、保密等要求，受總體發(fā)展的牽引，國外微電子的研究幾乎無(wú)一例外的與軍工大集團集合在一起，或是集團公司的一部分。大的軍工集團一般都有自己的微電子研究生產(chǎn)機構。如美國空間公司有自己的微電子研究實(shí)驗室，休斯頓公司有微電子部，洛克希德？馬丁公司有自己的微電子中心；德國、法國的航空航天公司、俄羅斯的航空航天企業(yè)都有自己的微電子專(zhuān)用集成電路制造單位或研究中心，他們都是為內部整機配套服務(wù)的。

而作為中國航天技術(shù)領(lǐng)域中的核心要素，由技術(shù)人員所從事的裝備載荷飛行器平臺系統中，復合成像、高分辨率衛星成像等系統，都需要通過(guò)基于SoC芯片的嵌入式電子系統所帶來(lái)的功能和性能上的優(yōu)勢?？梢哉f(shuō)，大力有效的在航天航空應用領(lǐng)域進(jìn)行SoC技術(shù)和產(chǎn)品的推廣與發(fā)展，是未來(lái)我國先進(jìn)航天系統發(fā)展的必然趨勢。

治療體積功耗“病”的良藥

在航天設備中采用SoC芯片技術(shù)的優(yōu)勢是非常明顯的，隨著(zhù)航天應用需求的增多，設計的算法日益復雜，但是航天產(chǎn)品對體積、系統功耗又有非常嚴格的要求。SoC產(chǎn)品則成為解決需求與體積功耗的矛盾的“良藥”。隨著(zhù)先進(jìn)生產(chǎn)工藝的發(fā)展，SoC芯片單位面積上可以實(shí)現的邏輯功能越來(lái)越多，在每個(gè)平方毫米的單位上可以擺放百萬(wàn)門(mén)級甚至更多的晶體管，這正符合航天產(chǎn)品體積小、功能強的需求。

從另一方面來(lái)看，國產(chǎn)SoC芯片是中國獨立自主設計完成的，擁有全部的獨立自主知識產(chǎn)權，可以避免核心技術(shù)受制于人的尷尬，批量使用時(shí)在產(chǎn)品經(jīng)濟性上也具有競爭力。

但應清醒認識到，面對航天系統研制周期短、設計任務(wù)重、需求變更頻繁的問(wèn)題，目前SoC芯片設計過(guò)程中仍然有許多的技術(shù)難點(diǎn)。研究人員堅信，隨著(zhù)SoC芯片設計核心團隊的建立，將逐步蕩平各種問(wèn)題，早日為航天事業(yè)提供出成系列的SoC產(chǎn)品。