王舒穎 / 文

5 月17 日，隨著長征三號丙運(yùn)載火箭將第四十五顆北斗衛(wèi)星成功送入預(yù)定軌道，我國北斗二號衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)畫上圓滿的句號。

夜幕上璀璨閃耀的北斗群星，離不開“中國芯”的有力支撐。成立于1994年的北京微電子技術(shù)研究所，從創(chuàng)立初期就將研制宇航用芯片作為核心定位。

今年1 月8 日，2018 年度國家科學(xué)技術(shù)獎的285個項(xiàng)目（人選）揭曉。中國航天電子技術(shù)研究院科技委副主任、北京微電子技術(shù)研究所原所長趙元富和團(tuán)隊(duì)獲得國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎?！巴ㄟ^自主創(chuàng)新把自己的事情做好，一樣能夠把關(guān)鍵核心技術(shù)做到世界先進(jìn)水平?！痹诮邮苊襟w采訪時，趙元富說：“建成世界科技強(qiáng)國，必須堅(jiān)持走自主創(chuàng)新之路?！?/p>

北斗“中國芯”

信息安全是國家戰(zhàn)略問題，信息安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基石就是芯片。

如果翻看2015 年7 月各大媒體的報道，你會發(fā)現(xiàn)“北斗中國芯”占據(jù)了很多媒體重要版面：在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空的兩顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星100%使用了北京微電子技術(shù)研究所研制生產(chǎn)的宇航CPU（微處理器）芯片。

這是中國衛(wèi)星首次成體系地、批量使用國產(chǎn)芯片，實(shí)現(xiàn)了重大型號宇航集成電路的自主可控。此次北斗雙星采用的宇航級國產(chǎn)芯片，選用了趙元富團(tuán)隊(duì)研制的CPU、1553B 芯片、轉(zhuǎn)換器、存儲器等30 余款產(chǎn)品，單顆衛(wèi)星使用電路超過1000 只，產(chǎn)品性能基本達(dá)到國際先進(jìn)水平，某些抗輻射指標(biāo)甚至優(yōu)于國外同類型產(chǎn)品。

北斗二號衛(wèi)星工程榮獲2016 年度國家科技進(jìn)步特等獎。由于在宇航芯片方面的貢獻(xiàn)，北京微電子技術(shù)研究所也成為此次國家科技進(jìn)步特等獎獲獎單位，“我們是第一個獲得國家科技進(jìn)步特等獎的元器件單位”，趙元富自豪地說道。

“第一次”談何容易，這是一條長達(dá)十年的漫漫攻關(guān)路。

宇航用CPU 用于衛(wèi)星內(nèi)部控制，性能要符合其衛(wèi)星應(yīng)用場景，集成盡可能多的功能、提供盡可能豐富的接口，尤其是抗輻射的特殊性能，對于衛(wèi)星長壽命、高可靠穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。要研發(fā)出足以替代進(jìn)口芯片的國產(chǎn)CPU，在資源有限的背景下，從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的各個環(huán)節(jié)都有大量空白等待填補(bǔ)。當(dāng)時國際上新一代的宇航用CPU 并沒有實(shí)際產(chǎn)品，只有大致的思路和概念。

幾乎所有人都勸趙元富仿制國外產(chǎn)品，趙元富卻認(rèn)為認(rèn)為，打造高可靠的“中國芯”必須走完全自主研發(fā)的道路?！拔覀兎轮瞥鰜淼臅r候，人家下一代更新升級的CPU 又出來了。而且我們有技術(shù)在，自主研發(fā)是有底氣的?！笔掷镉薪饎傘@，所以北京微電子技術(shù)研究所攬下了“瓷器活”，不僅放棄了中國研制自主元器件最普遍的道路——仿制后再創(chuàng)新，并且決定針對國際下一代宇航用CPU 直接開展研制。

針對空間惡劣的輻射環(huán)境，北京微電子技術(shù)研究所研發(fā)出抗輻射加固設(shè)計(jì)技術(shù)，在設(shè)計(jì)階段通過對器件、電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加固實(shí)現(xiàn)抗輻射特性，研制出“抗輻射加固”的宇航集成電路。在抗輻射設(shè)計(jì)加固技術(shù)平臺的基礎(chǔ)上，北京微電子技術(shù)研究所還成功研制出了200 多種抗輻射加固集成電路，奠定了衛(wèi)星成體系使用國產(chǎn)芯片的基礎(chǔ)。

“我們的芯片在北斗衛(wèi)星上最長的已經(jīng)運(yùn)行八年時間，沒有出過一次故障”，趙元富自豪說道。北斗二號衛(wèi)星最初采用的也是進(jìn)口芯片，但無論從技術(shù)可靠性還是戰(zhàn)略安全性考慮，北京微電子技術(shù)研究所自主研制的芯片都明顯“技高一籌”：不僅速度更高、功耗更低，更主要的是具備了高抗輻射加固能力。北斗衛(wèi)星工程總師孫家棟院士說，北斗衛(wèi)星能夠在天上穩(wěn)定運(yùn)行，北京微電子技術(shù)研究所功不可沒。

機(jī)遇總是給有準(zhǔn)備的人。攻克了關(guān)鍵技術(shù)的北京微電子技術(shù)研究所，剛好趕上下一代衛(wèi)星更新?lián)Q代，迎來了衛(wèi)星用國產(chǎn)芯片大量替代進(jìn)口芯片的機(jī)遇。目前，作為北斗導(dǎo)航工程中供貨品種和規(guī)格最多的宇航芯片配套單位，北京微電子技術(shù)研究所配套供貨14個門類、75 個品種、122 個規(guī)格、十萬多只產(chǎn)品。CPU 等核心關(guān)鍵元器件為組網(wǎng)階段衛(wèi)星單星裝機(jī)數(shù)供貨超過上千只，有力增強(qiáng)了宇航微電子產(chǎn)品自我保障、良性循環(huán)的信心。

替代進(jìn)口并不是國產(chǎn)化的終點(diǎn)

當(dāng)大多數(shù)人對國產(chǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)還停留在“質(zhì)量可以差一點(diǎn)、性能可以低一點(diǎn)、價格可以高一點(diǎn)”的時候，趙元富和他的團(tuán)隊(duì)卻早認(rèn)識到，國產(chǎn)化不僅意味著不受制于人，也意味著成本大幅降低?！耙嬲龑?shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，一定要做到質(zhì)量不差、性能不低、價格不高，你這條路才能真正走下去?！?/p>

如何低成本地研制出抗輻射芯片，是困擾世界各國科學(xué)家的難題。

趙元富很早就開始全面思考我國宇航元器件抗輻射方面的技術(shù)特點(diǎn)和落后原因，1999 年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了低成本的“設(shè)計(jì)加固”思路，也就是走集成電路設(shè)計(jì)加固的技術(shù)路線，只需利用民用集成電路制造生產(chǎn)線，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)而非制造環(huán)節(jié)就能研制出抗輻射的宇航集成電路。

經(jīng)過20 年的不斷積累和完善，北京微電子技術(shù)研究所已經(jīng)通過合理有效的管理方式確保產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)低價高質(zhì)，并且把可復(fù)制的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為“四大法寶”。首先，根據(jù)型號需求計(jì)劃，提前梳理備貨需求，制定備貨計(jì)劃。第二，國產(chǎn)化工作既要保證質(zhì)量又要保證價格優(yōu)勢，需要針對批產(chǎn)供貨，針對性開展質(zhì)量保證和試驗(yàn)，可以大幅降低成本。第三是，加強(qiáng)自動化生產(chǎn)條件建設(shè)，引進(jìn)制造信息化系統(tǒng)，可以杜絕低層次、重復(fù)性質(zhì)量問題，降低成本，確保價格優(yōu)勢。物資材料批量統(tǒng)一采購，針對外協(xié)廠家，批量集中采購可以降低成本，芯片價格優(yōu)勢凸顯。

這種思路非常有效地推動了低成本高質(zhì)量生產(chǎn)宇航用芯片產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)。北京微電子技術(shù)研究所生產(chǎn)的產(chǎn)品價格基本保持在“進(jìn)口價的80%”，面向國際市場的價格則“是國內(nèi)價格直接折算成歐元報的價”。

高品質(zhì)低成本，趙元富和他的團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)宇航用芯片真正國產(chǎn)化的道路上不斷前行。

走向國際市場

2018 年，在硝煙彌漫的產(chǎn)業(yè)升級時期，集成電路首當(dāng)其沖。這給芯片行業(yè)帶來巨大壓力，但更多的是行業(yè)發(fā)展的機(jī)遇。

趙元富說，經(jīng)歷過這個階段，“全國人民都認(rèn)識到芯片國產(chǎn)的重要性，以前可能還會說人家的又便宜性能還好，憑啥一定要用國產(chǎn)呢。但是現(xiàn)在呢，都會說我?guī)湍阍囈幌?，積極試用國產(chǎn)元器件。這種心態(tài)的轉(zhuǎn)變，不光對元器件、對芯片，對我們整個國家的體系會產(chǎn)生非常大的轉(zhuǎn)變。大家思維變了以后，我覺得民族工業(yè)或者自主可控的思想會帶來我們國家今后很深刻的變化。”

趙元富至今清楚記得，他和團(tuán)隊(duì)帶著北京微電子技術(shù)研究所的宇航芯片前往海外第一次召開產(chǎn)品發(fā)布會，心里很忐忑可能沒有人會來。后來，沒想到咨詢洽談的宇航企業(yè)代表和元器件專家絡(luò)繹不絕，以至于最初預(yù)定的只容納幾十個人的小會議室，臨時換成容納幾百人的大會議室。

高質(zhì)量高可靠的宇航元器件受到了國際市場的青睞。歐洲多個國家表示了對北京微電子技術(shù)研究所產(chǎn)品的興趣，有國際知名公司到北京微電子技術(shù)研究所開展質(zhì)量體系審查工作，這是海外公司首次在中國航天系統(tǒng)開展高端宇航元器件合格供應(yīng)商質(zhì)量審查工作。在審查北京微電子技術(shù)研究所生產(chǎn)組織、質(zhì)量管理、工藝過程、鑒定檢驗(yàn)、失效分析、環(huán)境控制等多個方面后，正式將北京微電子技術(shù)研究所納入其合格供應(yīng)商。

“目前北京微電子技術(shù)研究所的國外訂單大概一年七八千萬人民幣，未來可能一年要一個多億宇航元器件的出口”，趙元富信心滿滿。從國產(chǎn)化到國際化，趙元富期待見證我國航天微電子發(fā)展的下一個跨越。