“我們的目標(biāo)，是讓中國(guó)航天都用上自己研發(fā)的芯片?！痹诮衲曛袊?guó)航天日來(lái)臨前夕的采訪中，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院七七二所原所長(zhǎng)趙元富對(duì)記者說(shuō)。

作為我國(guó)航天微電子領(lǐng)域的技術(shù)帶頭人，趙元富帶領(lǐng)抗輻射集成電路技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)取得諸多成果：成功研制了具有國(guó)際先進(jìn)水平的FPGA、CPU、ASIC等多款宇航核心集成電路產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)宇航集成電路研制能力的跨越式發(fā)展，已在我國(guó)北斗導(dǎo)航、載人航天、探月等重大航天工程使用，并進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。趙元富因此獲得“2019年度航天功勛獎(jiǎng)”榮譽(yù)稱號(hào)。

一開始就瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿技術(shù)

對(duì)于在宇宙空間應(yīng)用的芯片而言，具有抗輻射等特殊性能是必需的。因?yàn)橛钪婵臻g環(huán)境極為復(fù)雜，大量的空間粒子輻射會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星上電路性能退化甚至功能失效，對(duì)衛(wèi)星造成致命傷害。

“航天器上使用的芯片，被喻為‘衛(wèi)星大腦’，要經(jīng)受太空嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)?！壁w元富說(shuō)，“抗輻射集成電路是太空探索的共性基礎(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主可控是建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵，受到國(guó)家的高度重視。為了實(shí)現(xiàn)中國(guó)航天芯片的自主可控，我們20多年來(lái)一直在潛心鉆研和不懈攻關(guān)?！?/p>

在研制初期，他們的團(tuán)隊(duì)就把目標(biāo)鎖定在自主研發(fā)國(guó)際新一代宇航用CPU上，而非走仿制之路。趙元富對(duì)記者坦言：“我們一開始就瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)的前沿技術(shù)，不走仿制的道路。仿制也需要時(shí)間和極大的成本，而且即便仿出來(lái)了，國(guó)外更新升級(jí)的CPU又出來(lái)了，仿制的產(chǎn)品沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?！?/p>

這個(gè)中央處理器，看起來(lái)只有拇指甲大小，卻有著大腦的復(fù)雜和精細(xì)。由于研發(fā)初期，當(dāng)時(shí)國(guó)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，一切都幾乎從零開始。

以承擔(dān)我國(guó)首個(gè)集成電路設(shè)計(jì)加固技術(shù)研究課題為契機(jī)，航天七七二所成立了以趙元富為帶頭人的抗輻射加固集成電路技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

“從這個(gè)項(xiàng)目立項(xiàng)算起，也是十年磨一劍?！闭勂鹗酌秶?guó)產(chǎn)CPU研制的艱辛歷程時(shí)，趙元富說(shuō)，“航天事業(yè)聚集起一批科學(xué)家，他們一直把航天當(dāng)作自己畢生事業(yè)，持之以恒，總能找到突破之路?！?/p>

解決抗輻射芯片設(shè)計(jì)的重大技術(shù)難題

航天芯片抗輻射該怎么做？以往有個(gè)笨辦法——給電路穿上厚厚的“外衣”，但這將使器件重量大幅增加；另外，還可以試著改變制造工藝，但這樣投入巨大。如何低成本地研制出抗輻射芯片，成為困擾世界各國(guó)科學(xué)家的難題。

1999年，趙元富團(tuán)隊(duì)提出采用低成本的“設(shè)計(jì)加固”思路，即只需利用民用集成電路制造生產(chǎn)線，通過(guò)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。

這樣一來(lái)，抗輻射難度就全部轉(zhuǎn)移到了芯片設(shè)計(jì)上，而抗輻射芯片設(shè)計(jì)又是個(gè)世界性難題。

面對(duì)航天工程的迫切需求，趙元富和他的團(tuán)隊(duì)首先選取“王冠上的鉆石”——抗輻射中央處理器作為技術(shù)應(yīng)用的核心攻關(guān)產(chǎn)品，并進(jìn)行了大量的技術(shù)試驗(yàn)。

為了打造可靠的“中國(guó)芯”，抗輻射芯片都要經(jīng)過(guò)地面模擬太空輻射環(huán)境下的試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估。為完成更多產(chǎn)品的輻射試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)成員需要盡快進(jìn)入密封的真空輻射罐中，更換剛剛輻射完的試驗(yàn)樣品，再準(zhǔn)備下一輪試驗(yàn)。而每次輻射試驗(yàn)一般至少需要24小時(shí)，甚至幾天不間斷進(jìn)行。為了試驗(yàn)的“無(wú)縫對(duì)接”，團(tuán)隊(duì)成員餓了吃泡面，困了打地鋪，連續(xù)緊盯幾十個(gè)小時(shí)，成了家常便飯。

十年后，趙元富團(tuán)隊(duì)研制的國(guó)產(chǎn)CPU獲得了成功，不僅速度高、接口類型更多、可變性更強(qiáng)，也更適合衛(wèi)星不同功能組件的需求。

如今“中國(guó)芯”表現(xiàn)越來(lái)越出色，大幅提升了宇航集成電路國(guó)產(chǎn)化率。除CPU外，北斗衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)總線電路、轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等數(shù)十款產(chǎn)品均為七七二所研制和生產(chǎn)，單顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星使用團(tuán)隊(duì)研制的電路達(dá)數(shù)十款、1000余只，為北斗導(dǎo)航核心元器件國(guó)產(chǎn)化率100%發(fā)揮了關(guān)鍵作用。實(shí)現(xiàn)了中國(guó)衛(wèi)星成體系批量使用國(guó)產(chǎn)芯片，對(duì)航天工程的自主可控和創(chuàng)新發(fā)展具有里程碑意義。

打造航天微電子領(lǐng)域的中國(guó)名片

“我們不僅是在產(chǎn)品上有創(chuàng)新，還通過(guò)機(jī)理揭示、技術(shù)發(fā)明、平臺(tái)開發(fā)、產(chǎn)品研制和型號(hào)應(yīng)用的系統(tǒng)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)抗輻射加固集成電路研制能力的跨越發(fā)展?！壁w元富說(shuō)，“系統(tǒng)創(chuàng)新要有活潑的團(tuán)隊(duì)文化，我們?cè)趫F(tuán)隊(duì)內(nèi)部成立多學(xué)科融合的開放式學(xué)習(xí)小組，鼓勵(lì)學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴，十余年堅(jiān)持不懈，為團(tuán)隊(duì)技術(shù)創(chuàng)新提供了氛圍和源泉?！?/p>

“我們的團(tuán)隊(duì)平均年齡34歲，現(xiàn)在以七七二所所長(zhǎng)陳雷為代表的中青年技術(shù)骨干已經(jīng)開始挑大梁，致力于打造航天微電子領(lǐng)域的中國(guó)名片。”趙元富告訴記者，航天科技集團(tuán)九院七七二所抗輻射加固集成電路技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)組建經(jīng)過(guò)20多年的磨礪、傳承和發(fā)展，已成為一支“老中青”結(jié)合、多專業(yè)融合、具有國(guó)際視野的技術(shù)創(chuàng)新人才隊(duì)伍。團(tuán)隊(duì)將始終以“創(chuàng)新引領(lǐng)，鑄芯航天”為使命，建設(shè)成為我國(guó)抗輻射加固集成電路領(lǐng)域的專業(yè)人才成長(zhǎng)搖籃，力爭(zhēng)成為國(guó)際領(lǐng)先的抗輻射加固集成電路技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，為國(guó)防安全建設(shè)、人類太空探索和航天技術(shù)應(yīng)用持續(xù)貢獻(xiàn)力量。

 （本報(bào)記者 袁于飛）