中國航天科技集團公司九院772所所長趙元富團隊研制出的國產(chǎn)CPU芯片，首次全部使用在新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星上。為了這一天，趙元富和他的團隊走過了10年。

核心芯片關(guān)乎信息安全，要掌握核心技術(shù)只能走自主研發(fā)之路

趙元富是江西進賢人，還是放牛娃時，他就一直好奇半導(dǎo)體收音機何以能發(fā)出響聲，上大學(xué)時，他選了半導(dǎo)體物理和器件專業(yè)。1983年，趙元富在我國著名航天微電子技術(shù)專家黃敞先生的指導(dǎo)下攻讀碩士學(xué)位，開始從事抗輻射技術(shù)研究，從此，他越來越深刻地認識到抗輻射技術(shù)對國家航天發(fā)展的重要作用。“核心技術(shù)是無法依靠別人的，這是基礎(chǔ)能力。”趙元富回憶道。

信息安全是國家戰(zhàn)略問題，其硬件支撐就是核心芯片。目前，我國芯片主要依賴進口，我國每年因芯片進口要花費2000多億美元，和進口石油的花費差不多。對于空間應(yīng)用的芯片而言，還要具有抗輻射等特殊性能。因為宇宙空間環(huán)境極為復(fù)雜，大量的空間粒子輻射會導(dǎo)致星上電路性能退化甚至功能失效，對衛(wèi)星造成致命打擊。

“但除了航天員，誰也沒有去過太空。”要在地球上把太空里可能遇到的問題想清楚，難度可想而知。

拿芯片來說，百姓日常使用的手機等電子產(chǎn)品被稱為“電子行業(yè)”。而航天器上使用的芯片要經(jīng)受太空嚴酷環(huán)境的考驗，因其特殊需求被稱為“行業(yè)電子”。1996年，趙元富得到一次出國研究的機會，在兩年多研究中，他更清晰地看到了國內(nèi)外抗輻射技術(shù)的巨大差距。面對外國導(dǎo)師提供的工作機會，趙元富最終還是選擇回國，對他而言，回國無需答案，既然選擇了研發(fā)“中國芯”，就得走到底。

“這個被喻為衛(wèi)星大腦和心臟的家伙，體現(xiàn)了中國航天的核心基礎(chǔ)技術(shù)能力。”趙元富自豪地說，“為了實現(xiàn)中國航天芯片的自主可控，不管多難，我們都要想辦法。”

一大難題

堅持了十數(shù)年，只為攻克芯片設(shè)計難關(guān)，用低成本研制抗輻射芯片

要讓航空芯片抗輻射，應(yīng)該怎么做?以往有個笨辦法——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，成為困擾世界各國科學(xué)家的難題。

1998年回國后，趙元富帶領(lǐng)團隊鉆研我國星用元器件抗輻射方面的技術(shù)特點和落后原因，1999年，他提出一個低成本的“設(shè)計加固”思路，即加固集成電路研制的技術(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，抗輻射難度就全部轉(zhuǎn)移到了芯片設(shè)計上，而抗輻射芯片設(shè)計又是個世界性難題。趙元富團隊剛開始工作兩三年，都沒理出頭緒。為了打造高可靠的“中國芯”，772所的抗輻射芯片都要經(jīng)過地面模擬太空輻射環(huán)境下的試驗驗證與評估。為完成更多產(chǎn)品的輻射試驗，團隊成員需要盡快進入密封的真空輻射罐中，更換剛剛輻射完的試驗樣品，再準備下一輪試驗。而每次輻射試驗一般至少需要24小時，甚至幾天不間斷進行。為了試驗的“無縫對接”，團隊成員餓了吃泡面，困了打地鋪，連續(xù)緊盯幾十個小時，成了家常便飯。

堅定、堅持、堅守，就這樣靜靜守候在抗輻射技術(shù)領(lǐng)域十數(shù)年，趙元富和他的團隊在抗輻射技術(shù)領(lǐng)域發(fā)表學(xué)術(shù)論文600余篇，取得各類專利200多項。如今，772所已構(gòu)建了我國獨具特色的抗輻射集成電路研制平臺。

一個夢想

要自主不要仿制，把航天當作畢生事業(yè)，自主研發(fā)總能找到出路

“既要仰望星空，又要腳踏實地”。要讓“中國芯”在太空閃耀，趙元富和他的團隊首先選取“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。

在研制初期就把目標鎖定在自主研發(fā)國際新一代宇航用CPU上，而非走仿制之路，趙元富深思熟慮，“我們仿出來了，人家更新升級的CPU又出來了，仿制的產(chǎn)品沒有競爭優(yōu)勢。”

這個中央處理器，看起來只有拇指甲大小，卻有著大腦的復(fù)雜和精細。由于研發(fā)初期，當時國際上新一代的宇航用CPU并沒有實際產(chǎn)品，只有大致的思路和概念，一切都幾乎從零開始。“從我們開始抗輻射技術(shù)的研究算起，至今15年了。如果從這個項目立項算起，也是十年磨一劍。”談起首枚國產(chǎn)CPU研制的坎坷歷程時，趙元富卻說得云淡風(fēng)輕，“航天事業(yè)聚集起一批科學(xué)家，他們一直把航天當作自己畢生事業(yè)，持之以恒，總能找到些出路。”

趙元富團隊研制的這枚國產(chǎn)CPU，不僅速度更高、接口類型更多、可變性更強，也更適合衛(wèi)星不同功能組件的需求。“做好一款國產(chǎn)宇航用CPU，不僅要把芯片本身做好，還要構(gòu)建‘芯片+軟件+生態(tài)環(huán)境’的國產(chǎn)化模式。”對于“中國芯”，趙元富有更深遠的考慮。

正因此，如今“中國芯”表現(xiàn)越來越出色。除CPU外，此次北斗雙星上的數(shù)據(jù)總線電路、轉(zhuǎn)換器、存儲器等近40款產(chǎn)品均為772所研制和生產(chǎn)，這也是中國衛(wèi)星首次成體系地批量使用國產(chǎn)芯片，對航天工程的自主可控和創(chuàng)新發(fā)展具有里程碑意義。“衛(wèi)星麻雀雖小，五臟俱全。”趙元富笑言，“只有建立相對獨立、完整的產(chǎn)品體系，才能讓衛(wèi)星高可靠運行更有保障。”

不僅如此，772所研制的宇航用集成電路還獲得國外訂單。從原來“引進來”到現(xiàn)在“走出去”，趙元富期待能見證我國航天微電子發(fā)展的重要跨越。