10月14日發(fā)射的實踐九號B衛(wèi)星上芯片的變化讓北京控制工程研究所星載計算機及電子產品總工程師華更新喜不自禁，在該衛(wèi)星上，控制管理單元的核心處理器及其外圍電路被一個名為“SoC2008”的片上系統(tǒng)芯片替代了，這好比衛(wèi)星自動駕駛儀由一臺整機設備變成了設備里一個指甲片大小的芯片。更重要的是，這個芯片是由北京控制工程研究所年輕的設計團隊自主研發(fā)的。

　　“這意味著之前功能相對單一的芯片升級為大腦系統(tǒng)，航天型號不再處于一種持續(xù)跟仿國外各種芯片的局面，而是可以通過系統(tǒng)與元器件之間的協(xié)同設計，采用我國自主研發(fā)和國內外開源的IP（知識產權）核，從而解決長期困擾航天裝備信息安全的核心元器件國產化和自主保障問題。”華更新說。

　　小如指甲片 性能高8倍

　　“這是我們自主研發(fā)的一種適用于下一代衛(wèi)星使用的SoC芯片，把原來整數(shù)處理單元、浮點數(shù)處理單元、存儲器管理器等多種電路功能集成到SoC2008芯片內部。”華更新告訴記者，芯片好比是計算機的一個個大腦，水平直接影響著計算機的運行質量。當前，空間電子產品正朝著高密度、高復雜、高性能、低能耗和微小型方向發(fā)展，而空間復雜的運行環(huán)境更是對其提出了高可靠性的要求，傳統(tǒng)的集成電路已無法滿足這些需求。因此，研制高性能、高可靠、小型化的高水平抗輻射核心片上系統(tǒng)芯片的需求更加迫切。

　　SoC（System on Chip），即片上系統(tǒng)，是一種系統(tǒng)級的嵌入式設計技術，從廣義角度來說，是“系統(tǒng)功能在單一芯片上集成”。

　　華更新做過計算，采用這些技術后，星載電子系統(tǒng)的內部集成度提高了，重量只有采用傳統(tǒng)設計產品的40%，能大幅減少衛(wèi)星平臺的體積、重量和功耗，使我國國產衛(wèi)星平臺的有效載荷承載能力大大提高。

　　他以探月工程任務為例介紹，1公斤物品要從地球帶到月球表面，需要消耗約6.5公斤燃料，要帶回地球另需2.5公斤燃料。這意味著衛(wèi)星平臺只要減少1公斤重量，運載火箭的負擔就少了近10公斤。

　　雖然個頭小了，但星載電子系統(tǒng)的性能卻提高了7—8倍，功耗卻只有原來的80%左右。

　　“SoC是對傳統(tǒng)軟硬件分離的型號研制模式挑戰(zhàn)，將徹底改變方案、初樣、試樣、定型的傳統(tǒng)研制流程，大大縮短型號研制周期。”北京控制工程研究所超大規(guī)模集成電路副主任設計師、SoC2008主管設計師劉鴻瑾如是說。

　　容錯設計技術，一個指令三個“判官”

　　“在民用領域，SoC技術概念早已有之。”北京控制工程研究所硬件設計工程組長劉群舉例說，比如現(xiàn)在的智能手機，小小的芯片就集中了多項功能。但對航天來說，要在集成化的小芯片上集中多項功能，遇到的困難更多。

　　劉鴻瑾告訴記者，航天電子產品在空間運行過程中要承受惡劣的空間輻射環(huán)境，航天用處理器的一個最基本的要求就是具有抗輻射能力。但SoC系統(tǒng)集成的很多IP核都不是抗輻射加固的，因此需要首先將SoC系統(tǒng)設計做好，然后在此基礎上進行進一步的抗輻射加固，這對于設計團隊是一個巨大的挑戰(zhàn)。

　　為提高SoC可靠性，SoC研制團隊從工藝、電路設計、微結構設計以及軟件設計等角度出發(fā)，分別采取措施，特別是創(chuàng)造性地采用完全三模冗余設計等抗輻射加固設計和容錯設計技術。

　　“所謂三模冗余設計，就是當系統(tǒng)接到一個指令后，會有三個‘人’對指令進行判斷，即使一個判斷錯誤，只要另外兩‘人’表決通過，指令仍然能夠正確執(zhí)行。”劉鴻瑾表示，這主要考慮到航天產品一旦上天就不能修復的特點，通過這種容錯方式保證系統(tǒng)可靠運行。