促进太空“深度游”的小伙伴：核心处理系统芯片SoC

　　嫦娥登月，玉兔入怀，嫦娥系列的成功是航天技术高速发展的缩影，亦是航天系统高新技术成功应用的典范，带动了整个产业的蓬勃发展。其中，微电子行业作为基础产业，更是得到了更快更好的发展。

　　微电子领域在日常生活中有很多常见产品，例如Intel公司的I系列CPU处理器、苹果公司中支持Iphone、Ipad的A系列处理器，这些产品在各自的系统领域中发挥了巨大的核心作用。而航天系统自己的核心处理芯片，就是SoC。

　　SoC小家伙身为何物?

　　SoC(System on Chip)即片上系统，是一种系统级的嵌入式设计技术，以超深亚微米工艺和IP(集成电路知识产权)核技术为支撑，将系统的全部功能集成到同一芯片中。典型的SoC一般包含微处理器(CPU、DSP等)、存储器、时钟复位管理、外围设备、总线等功能模块，基于不同的具体应用SoC芯片还包括专用的处理模块，例如雷达处理、图像处理、语音处理、通信协议处理等。

　　传统的集成电路芯片多是功能专一、功能固定，实现一个处理系统需要多种集成电路芯片协同工作，与之相比，SoC具有功能强大、体积小、功耗低等特点，实现一个处理系统往往只需要一种SoC芯片即可。SoC技术是当前超大规模集成电路(VLSI)的发展趋势，为集成电路产业和集成电路应用技术提供了前所未有的广阔市场和难得的发展机遇。近10年多来的民用市场上3C类(计算机、通信、消费电子)产品在功能、体积、性能以及产品研制周期上的高速发展，很大程度上得益于SoC设计技术的普及以及SoC芯片产品的大量应用。当前全球主要的半导体供应商与集成电路设计商的主要产品均已从过去单一的元器件形式转向了SoC类型的芯片，这其中就包含了诸如TI、Xilinx、ADI、高通等。

　　SoC在民用上得到广泛而深刻的应用，在航天技术领域电子平台上也逐步得到推广。随着科学技术的发展，电子战、信息战等都要求装备数字化、集成化、小型化和智能化。为了上述技术特征的付诸实施，传统的基于模拟分离器件组成的电子系统被基于SoC芯片为核心的新型嵌入式电子系统所取代，这种趋势已在包括国外先进军事武器装备如数字通信系统、导航与定位系统、远程制导系统等领域得到了应用。

　　大国研发的必备项目

　　国外对SoC技术研究起步较早，目前取得了大量的科研成果，部分已应用到具体的设备系统中。20世纪90年代，美国国家航空航天局(NASA)在 X2000计划中提出，要将未来空间飞行器的数据处理、数据存贮、电源管理和控制、通讯功能以及传感器接口(如温度、电压以及各种科学仪器)等集成在边长为2cm-3cm的专用芯片上。美国国防部在2000年军用关键技术中对未来SoC进行了描述，除了模拟、数字电路外，SoC还将包括RF器件、光学器件等。

　　在欧洲，SoC的技术水平亦相当高，如法国TIMA实验室设计的集射频器件、光纤产品、MEMS传感器、放大器等为一体的SoC产品。

　　从国外发达国家的SoC发展规划，可以清楚地看到：航天及武器系统设计研究机构都已经认识到SoC技术的重要性，已经组织了相应的SoC技术研究，并且已经推出了基于SoC芯片的系统原型设计，并且已经逐步应用到工程中。

　　军用微电子的发展是由应用军用装备(主要是导弹和航天器)的发展需要而发展的。由于受整机军工产品对元器件的高可靠性、多品种、小批量、新型、特殊、专用、保密等要求，受总体发展的牵引，国外微电子的研究几乎无一例外的与军工大集团集合在一起，或是集团公司的一部分。大的军工集团一般都有自己的微电子研究生产机构。如美国空间公司有自己的微电子研究实验室，休斯顿公司有微电子部，洛克希德·马丁公司有自己的微电子中心;德国、法国的航空航天公司、俄罗斯的航空航天企业都有自己的微电子专用集成电路制造单位或研究中心，他们都是为内部整机配套服务的。

　　而作为中国航天技术领域中的核心要素，由技术人员所从事的装备载荷飞行器平台系统中，复合成像、高分辨率卫星成像等系统，都需要通过基于SoC芯片的嵌入式电子系统所带来的功能和性能上的优势。可以说，大力有效的在航天航空应用领域进行SoC技术和产品的推广与发展，是未来我国先进航天系统发展的必然趋势。

　　治疗体积功耗“病”的良药

　　在航天设备中采用SoC芯片技术的优势是非常明显的，随着航天应用需求的增多，设计的算法日益复杂，但是航天产品对体积、系统功耗又有非常严格的要求。SoC产品则成为解决需求与体积功耗的矛盾的“良药”。随着先进生产工艺的发展，SoC芯片单位面积上可以实现的逻辑功能越来越多，在每个平方毫米的单位上可以摆放百万门级甚至更多的晶体管，这正符合航天产品体积小、功能强的需求。

　　从另一方面来看，国产SoC芯片是中国独立自主设计完成的，拥有全部的独立自主知识产权，可以避免核心技术受制于人的尴尬，批量使用时在产品经济性上也具有竞争力。

　　但应清醒认识到，面对航天系统研制周期短、设计任务重、需求变更频繁的问题，目前SoC芯片设计过程中仍然有许多的技术难点。研究人员坚信，随着SoC芯片设计核心团队的建立，将逐步荡平各种问题，早日为航天事业提供出成系列的SoC产品。

　　(北京遥感设备研究所 刘志哲)