北斗三号总设计林宝军曾表示：“马斯克用的宇航级芯片就一块板子，只需要几百块钱，而我们的北斗卫星上的相关产品却高达900万人民币。”

(资料图片)

然而，奇怪的是SpaceX几百元的芯片运算速度更快，运算效率更高，这又是怎么回事呢？难道我国芯片真的如此落后吗？

要知道宇航级芯片可是卫星的大脑、心脏，是核心中的核心。它负责卫星的运行、通信、导航等，其重要性不言而喻。

那么问题来了，为什么中美宇航级芯片价格差距如此之大呢？二者之间究竟有何不同？

宇航级芯片有何特殊之处？

我们都知道芯片对航天、军工、工业、汽车、家电、电子产品的重要性，也了解芯片对于AI、大数据、云计算、数据中心、自动驾驶等高科技的重要性。

但是，你知道芯片是怎么区分的吗？所谓的3nm芯片才是最高端的？今天就带你一起来了解一下宇航级芯片的重要性。

芯片按照等级不同，主要分为五类：民用级、工业级、车规级、车规级、宇航级。

民用级：

民用芯片是我们最常接触的，也是最有感触的芯片。手机流畅度如何、玩游戏会不会卡、存储空间多大等，都是最直观的感受。

这类芯片与我们如影随形，它的性能和参数是我们最看重的。目前手机SoC已经进入了3nm时代。

工业级：

工业级芯片主要应用于电机控制、工业网络（现场总线、以太网网关、以太网转换器、工业集线器）、人机接口（HMI）、传感器、仪表等场景。

很多工业设备长期处于潮湿、高温、酸碱等环境，因此它的要求要比民用芯片高，使用寿命也相对高一些。

此外，工业芯片不具备消费级芯片追求通用、标准化、价格敏感的特点，往往具备品类多样、单品类规模小、针对特定场景、附加值高等特点。

车规级：

顾名思义，主要使用在各类汽车上，一台高端智能汽车芯片数量可达到3000多个。

汽车芯片在使用寿命、使用环境、安全保障方面比民用和工业级芯片要求更高，毕竟一台汽车要比一部手机价格高多了。

此外，汽车所处的环境也更加复杂，户外零下几十度，跑起来引擎附近上百度高温，行驶在路上，车里坐着家人、朋友，因此对安全性、稳定性、可靠性要求也更高。

鉴于车规级芯片的特殊性，普通产品线已经无法满足，需要专业的汽车芯片生产线。

军工级：

军工芯片用于各类武器装备上，航母、战斗机、导弹、核潜艇、坦克等到处都是它们的身影。

军工芯片是武器装备的“神经中枢”，很大程度上决定了军队的信息化和作战效率，可以说在信息时代，军工芯片的发展更加重要。

一个电子化、信息化的军队，就好比拥有了“千里眼、顺风耳”，指哪打哪，要比一支普通军队强大的多。

军队担负着保家卫国的重任，因此军用品要求非常高，军工级芯片也是如此。

它要求耐高低温、抗干扰、耐冲击、耐霉菌等，同时拥有多级防雷、双变压器、多重短路、多重热保护、超高压保护设计。

宇航级：

宇航级芯片装备在卫星、空间站、月球车、火星车上，身处茫茫太空中，其环境的复杂性远非地面等比的，因此其要求最高。

太空中的辐射十分强大，超过地面几十倍、甚至几百倍,普通的民用级芯片一到太空中，直接失效。

据统计，从1971年到1986年的15年中，全球共有40颗卫星出现了1589次故障，其中1128次是由太空辐射引起的。

随着芯片设计、制造、封装技术的不断提升，芯片能承受更多更强的宇宙射线和高能粒子，卫星的故障也随之大大降低。

因此，宇航级芯片除了要求芯片耐高低温、抗干扰、耐冲击、耐霉菌外，更需要抗辐射。

除此之外，太空中高达300℃的温差也是一大考验，这就要求芯片具有更强的耐高低温特性。

我们可以想象一下，在炎热的夏季，我们站在太阳光下，皮肤会被紫外线灼伤，眼睛会被太阳光刺痛，这还是在大气层的保护下。

太空中没有大气层的保护，高能粒子和宇宙射线，穿透航天器，与元器件材料相互作用，产生辐射效应，引起电子器件性能异常或损毁。

此外，太空中的磁场和电场也会导致芯片故障。

芯片的工作依靠晶体管的开关电流实现，电流是由电子移动产生的，电子移动极易受到电场和磁场的干扰，导致电流不稳定，影响工作效率，甚至烧毁芯片。

芯片报废会影响到设备的正常工作，甚至导致卫星失灵。要去太空更换一颗芯片可不是一件容易的事情。

如果发射火箭，将航天员送到太空去更换，这个代价着实太大了。如果不更换，很有可能这颗卫星就报废，需要重新发射一颗卫星替补，代价也非常大。

怎么办呢？提高芯片的可靠性！

为了提高芯片的可靠性，宇航级芯片大都采用了45nm的成熟工艺，增加了自动检测、纠正错误、自动恢复功能。

在设计时要增加抗辐射、耐高低温、防高压、防短路、热保护等设计，可以说设计更加困难。

此外，宇航级芯片在生产过程中，要使用特殊的晶圆制造、加固、封装等工艺来达到严苛的设计标准。

为何中美芯片价格差距巨大

我国芯片底子薄、起步晚，因此直到今天我们仍在大量进口芯片，据悉仅2022年我国芯片进口额就达到了2.8万亿元，位居进口商品榜首。

而在多年前，我国甚至需要大量进口宇航级芯片，当时美国赛灵思把一颗芯片卖到了500万人民币，没办法我国只能硬着头皮买下来。

2013年“棱镜门”的爆发，世界各国哗然，纷纷开始打造自己的芯片，我国也不例外。

宇航级芯片被美国列为最高机密，对外封锁，根本无法窥视，只能自主研发。

我国将核心电子器件、高端芯片、基础软件列为了“16个重大科技专项”，不断加强芯片产业的支持力度，增强芯片的技术实力，缩小与国际先进水平的差距。

有了政策支持，宇航级芯片也加快了研发速度，但是要达到宇航级，就必须做到抗辐射。

有网友可能要说了，直接给芯片封装一个抗辐射外壳不就完了？如果这么简单，老美还用得着封锁吗？

抗辐射外壳保护是有限的，不能完全阻止高能粒子，必须从材料、系统、结构、电路、器件、封装、软件等全方位着手。

设计方面：

1、采用多级别冗余的方法减轻辐射破坏，涉及元件级、板级、系统级和飞行器级。

2、采用加倍结构元件方法，最少两位投票电路进行投票后，再确定输出逻辑。

3、采用隔离、补偿、校正、去耦等技术进行设计。

4、加入误差检测和校正电路，或者自修复和自重构功能。

制造方面：

宇航级芯片的制造材料、生产线与普通芯片并不相同，因此必须要重建生产线。

严苛的制造材料、严苛的生产标准、以及更高的生产技术，导致了宇航级芯片价格更高。

最关键的是，宇航级芯片需求很少，不像民用芯片可以大规模量产，摊薄成本。

封装方面：

民用芯片封装只要封装面积与芯片面积大小相同、引脚要尽量短小、距离尽量远、利于散热就够了，但是宇航级芯片要求绝非如此。

宇航级芯片需要更高的平整度，需要特殊的设备和封装水平；此外还要特殊的加固、散热措施、既要确保牢固又要快速散热。

那么要解决这些难题，不仅需要我国科学家及工程师超强的智慧，“两弹一星”的奋斗精神，以及庞大的资金支持。

2015年，龙芯1E300搭载在北斗卫星上，并且性能指标与美国的宇航级芯片相媲美，这标志着我国宇航级芯片的重大突破。

但是，我国的宇航级芯片造价十分高，几万、几十万一颗都很常见，甚至出现了900万一颗的芯片。

如此昂贵的芯片却是十分值得的，因为它支撑了我国航天事业的快速发展，而航天事业极大的反映了一个国家的军事和科技实力。

军事和科技的实力让对手不敢觊觎我们的领土和财富，也极大的震慑了“虎狼”，保卫了家园。

而此时，马斯克的SpaceX公司，在NASA的支持下快速发展，不仅拥有了强大的火箭回收技术、重型火箭发射技术，就连宇航级芯片也拥有了。

关键是它的芯片造价非常低，只有几百元。这又是怎么回事呢？

原来马斯克降低了这些芯片的可靠性、抗辐射性，采用了民用级的设计、制造、封住技术。尽管成本降低了，但是时不时就会出现问题。

短短几年马斯克的星链卫星就出现了几十次故障，有些是故意为之，但大部分是因为执着于低价导致的。

这就是，国产宇航级芯片比美国的贵上万倍的原因。

写到最后

随着国产芯片技术的不断发展，未来宇航级芯片的价格将会大幅下降。

一方面，生产线有了，不用再重复制造了，另一方面则是设计、制造工艺的升级。

未来，国产芯片将会出现“多快好省”的新局面，当然，我们也要学习国外先进的技术和方案，通过借鉴、合作、学习，打造国产芯片新高度。

我是科技铭程，欢迎共同讨论！

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