24家太空芯片主要玩家及产品

太空极端恶劣环境对芯片工作的影响主要有三个方面：

1、强辐射干扰。这是影响最大的因素之一。太阳风暴、银河宇宙射线、地球辐射带等产生的高能粒子和射线，可能会对芯片内部的电路造成干扰或损坏，导致芯片无法正常工作。

2、真空散热难。在地球上，空气中的气体分子可以帮助散热；但在太空中，气体分子极少，这会导致芯片无法有效散热，影响其性能和寿命。普通电脑在海拔4000米以上的高原，都会因空气稀薄散热难而发生故障。

3、极端温度。在高度300~400公里轨道上，物体受光面温度约为150℃，背光面温度约为-127℃，温差近300℃。不采取特殊措施，能够耐受这种极端温度的半导体材料很少。

因此太空芯片设计，需要采用抗辐射材料、增加热设计、加固电路板、进行太空测试等特殊措施，所以太空芯片往往价格昂贵。本期我们来看看全球都有哪些常见的太空芯片。

1、英特尔

英特尔的凌动®（“BayTrail”）处理器，被美国宇航局（NASA）的毅力号火星探测器的计算模块采用，这款信用卡大小的计算模块COMEX-IE38是由以色列公司CompuLab供货的。毅力号传输回来的照片和视频均由数据存储单元（DSU）处理，每个DSU配备一个基于英特尔凌动®处理器的COMEX-IE38模块。

图1、COMEX-IE38模块

英特尔的8086处理器（后续升级为80386），被NASA早期的发现号航天飞机采用，该航天飞机预留5台计算机用于冗余，为了规避辐射使用铁氧体磁芯内存，而航天飞机的整个控制软件不到1M。

图2、8086处理器

2、BAE Systems

BAE Systems的RAD750处理器，被NASA造价27亿美元的毅力号火星探测器和詹姆斯·韦伯空间望远镜采用，最高主频速度仅200MHz，使用0.25或0.15um工艺制造的，管芯面积为130mm²，采用150nm工艺集成了1040万个晶体管，这颗CPU只有上世纪的孱弱性能，但能承受2,000-10,000戈瑞（Gy.）的辐射，大约是做一次CT的1千万倍，温度范围为−55至125°C。RAD750还运行在毅力号火星车和100多颗卫星上，接受宇宙“考验”近二十年目前无一故障，也是单颗售价约29万美元的核心卖点。

图3、RAD750处理器

BAE Systems的RAD6000处理器，被NASA勇气号和机遇号火星探测器采用，单价约20万美元，最终发射上天的只有200颗左右（依然是爆款型号），它是RAD750的前任，任务的设计寿命只有3个月，但实际这套系统在火星上工作了15年之久。

图4、RAD6000处理器

3、AMD/赛灵思

AMD的太空级Versal自行调适系统单芯片（SoC）完成Class B认证，并受AMD采纳用以进行先进有机封装XQR Versal太空级产品。这款XQR Versal AI Core（XQRVC 1902）元件，可为卫星与太空应用提供完全抗幅射能力、加速AI推论以及高频宽讯号处理效能，将推进AI应用于太空各种精密机载资料处理。

图5、AMD的XQRVC 1902

AMD/赛灵思的20nm耐辐射(RT)Kintex UltraScale XQRKU060 FPGA提供了无限制的在轨重配置功能，数字信号处理(DSP)性能提高了10倍，非常适合在有效载荷应用中使用，并且在所有轨道上都具有完全的辐射耐受性。XQRKU060还将高性能机器学习(ML)首次带入到太空领域。支持TensorFlow和PyTorch等行业标准框架下的各种机器学习开发工具产品组合，可通过完整的过程和分析解决方案加速神经网络推理，实现太空中实时星载信息处理。这款芯片具有高密度、高能效的计算能力，具有可扩展的精度和大容量的本地存储器，可为深度学习优化的INT8峰值性能提供每秒5.7tera字节的运算，与上一代65nm太空级器件相比增加了近25倍。新型芯片显着减小了尺寸、重量和功率，并具有强大的耐辐射功能。XQRKU060为客户提供了一种具有更具太空环境适应性的设备，可应对恶劣的太空环境中的短时任务和长时间任务。

图6、XQRKU060 FPGA

4、微芯/爱特梅尔

微芯的太空级64位MPU PIC64-HPSC，已被美国国家航空航天局喷气推进实验室（NASA-JPL）选用，旨在将计算性能提高100倍以上，同时为航空航天和防御应用提供前所未有的耐辐射和容错能力。PIC64-HPSC系列代表着NSAS-JPL以及更广泛的防御和商业航空航天产业进入了自主空间计算的新时代。

图7、PIC64-HPSC

微芯的SST38LF6401RT SuperFlash器件，即使在闪存仍处于供电和运行状态时，辐射耐受能力也高达50千拉德（Krad）TID，该产品能使系统在各种空间应用中运行。在这些应用中，系统无法承受任何代码执行错误，否则可能导致严重缺陷和系统崩溃。

图8、SST38LF6401RT

微芯的RT-RTAX和RTSX-SU两款FPGA，被NASA的詹姆斯·韦伯空间望远镜采用，RTSX-SU具备230MHz的系统性能（内部频率310MHz），以及非常低的功耗（待机下的最高电流只有68mW）。该FPGA具备32k至72k个ASIC门（48k到108k个系统门），以及最多360个用户可编程的I/O，足以应对一般的太空应用。而RTAX-S/SL的规模要更大一些，具备30k到500k个ASIC门（250k到400万个系统门），用户可编程I/O也增加至840个。

图9、RT-RTAX和RTSX-SU

微芯/爱特梅尔的AT697F，被嫦娥4号月球探测器采用，单价约20万~30万，功耗0.7瓦，在100MHz时可以达到90MIPs性能，按照1MIPs等于4Mhz的CPU主频换算，也就是说一块AT697F的主频等价于400MHz。

图10、AT697F

5、CAES

CAES的LEON系列处理器，已经被欧洲航天局（ESA）选用，在太空应用中得到了数十年的验证。该处理器采用了RISC-V架构和容错抗辐射的设计，集成了16个核心，用于替代传统的SPARC V8框架，将被用于太空控制、负载数据管理和处理系统中，广泛适用于观测、通信、导航和科考应用。

图11、LEON系列处理器

6、英飞凌

英飞凌的512 Mbit抗辐射加固设计QSPI NOR闪存，用于太空和极端环境，这款半导体器件采用快速四串行外设接口（133MHz），具有极高的密度、辐射和单次事件效应（SEE）性能，是一款完全通过QML认证的非易失性存储器，可与太空级FPGA和微处理器配合使用。

图12、NOR闪存

7、德州仪器

德州仪器的51系列的SN510和SN514，被NASA的探索者18号卫星采用，是世界上第一个进入太空的集成电路，该系列是一组基于电阻-电容-晶体管技术的六位数字逻辑电路，功耗更低，采用较小的扁平封装。德州仪器的晶体管随着美国第一颗卫星-探险者1号（Explorer 1）采用。德州仪器的充电耦合设备成像器 (CCD)被太空望远镜和伽利略卫星采用。

图13、德州仪器的产品

8、意法半导体

意法半导体为TTTech提供的芯片已被欧洲阿丽亚娜6（Ariane 6）运载火箭项目和NASA的Gateway空间站中的下一代网络和计算平台选用。后者是NASA Artemis 计划中关于人类重登月球和实现对火星外太空探索的重要组成部分。

图14、意法半导体为TTTech提供的芯片

9、SatixFy

SatixFy的Sx3099是第二代Modem芯片，已被Telesat低轨星座通信网络Lightspeed项目原型机选用，可同时支持多达8个Modem的接收和高达1GHz的总传输带宽。Lightspeed的太空部分初步计划由298颗卫星组成，均为700-750千克级。该网络将在全球范围内提供每秒多太比特的安全、低延迟、高性能宽带专业服务。

图15、SatixFy的Sx3099评估板

10、Teledyne e2v

Teledyne e2v的LX2160-Space是一款耐辐射处理器，采用16核ARM®Cortex®-A72，可提供200,000 DMIPs / 280 GFLOPs的惊人计算能力，以及丰富的高速接口，如PCIe Gen3.0和高达100 Gb的以太网接口，可与其他子系统连接。这些特点使LX2160-Space成为在飞行中执行多项人工智能任务的理想器件，并成为航天器的“大脑”。

图16、X2160-Space

Teledyne e2v的高速8GB DDR4存储器支持2400 MT/s的传输速率。它的单粒子锁定(SEL)免疫指标高达60 MeV.cm²/mg。此外，这款器件提供100 krad的总电离剂量(TID)，它的SEU数据高达60 MeV.cm²/mg。在物理尺寸上，8GB器件的封装尺寸与之前的4GB版本相匹配(即15mm x 20mm x 1.92mm)，从而使存储密度加倍，同时保持引脚兼容性。它成功通过宇航级认证，可用作其空间边缘计算解决方案的一部分。它可与所有当代高端空间处理器兼容。这些处理器包括AMD/Xilinx VERSAL®ACAP，宇航级FPGA, MPSOC, Microchip RT PolarFire®以及许多ASIC。

图17、8GB DDR4存储器

11、瑞萨/英特矽尔

瑞萨/英特矽尔的两款GaN FET分别为ISL7023SEH 100V，60A GaN FET和ISL70024SEH 200V，7.5A GaN FET，GaN FET的性能比硅MOSFET高10个数量级，同时将封装尺寸缩小50％。GaN FET还可以减少电源重量，并以较少的开关功耗实现更高的功率效率。在5mΩ（RDSON）和14nC（QG）时，ISL70023SEH实现了业界最佳品质因数（FOM）。由于寄生因素减少，该两个氮化镓场效应晶体管都需要较少的散热元件，在高频下工作需要的输出滤波器也更小，从而能够在紧凑型解决方案中实现更高效率。ISL70023SEH和ISL70024SEH满足MIL-PRF-38535 V等级要求，可在军用温度范围内工作，抗电离总剂量水平达到75-100krad（Si）。可与ISL70040SEH低端GaN FET驱动器和ISL78845ASEH PWM控制器相结合，为运载火箭和卫星提供开关模式电源。

图18、ISL7023SEH

12、北京微电子技术研究所（中国航天科技集团九院772所）

北京微电子技术研究所的SPARC V8处理器BM3803已经出现在国家多个重大航天工程中，之前也作为“天和”星载计算机中最关键的SoC，确保了核心舱的稳定控制。这款32位的RISC嵌入式处理器拥有优秀的抗辐性能，负责舰上的载荷任务管理、网络管理和热控管理等分系统管理和控制。722所的宇航用整体解决方案，主要器件包括宇航用7系列FPGA、动态重构刷新电路、配置存储器、电平转换电路以及外围接口等。宇航用7系列FPGA产品支持最高工作频率为800MHz，内部包含可编程逻辑模块、DSP单元、块存储单元、高速串行接口、PCIe等丰富的逻辑资源和IP核资源，能够满足高、中、低等各种资源数量的应用需求，适用于图像处理、高带宽传输、复杂加解密算法等应用场景。“天和”核心舱中，采用了772所提供的等32款7100余只集成电路，其中包括：处理器、FPGA、AD/DA、1553B总线、大容量SRAM存储器、专用ASIC集成电路等。

图19、宇航用7系列FPGA

13、龙芯中科

龙芯中科的龙芯处理器，被天舟八号货运飞船采用。龙芯天基云系统集成了两个异构云计算平台、管控系统、外设和热控支撑结构等多个模块。该系统不仅具备数据在轨处理、存储、转发的能力，还实现了电源转换和控制、任务管理、热管理等多项功能。系统全部采用商用现货（COTS）器件，通过全系统加固、精简设计和功耗优化，满足抗恶劣空间环境和高性价比的应用要求。龙芯1E和龙芯1F抗辐照处理器已被北斗卫星采用。

图20、龙芯3号

14、航宇微

航宇微的玉龙810A是一款嵌入式人工智能系列处理器芯片，采用了异构多核架构（CPU+AI加速器）和22nm FD-SOI生产工艺，具有高性能、高可靠、低功耗的特点，Yulong810A-FMS就是该芯片的宇航级版本。玉龙810A芯片内部由主处理器单元、AI协处理器单元、图像处理单元、片内总线、外设接口单元、片内存储等组成。其主处理器单元采用了4核ARM A9的设计，AI协处理器包含GPU单元和NNA单元。芯片外设接口包括：MIPI、BT1120、以太网、USB OTG、Camera Link、Rapid IO、PCIE等，足以满足航天航空应用中与不同设备之间的连接。玉龙810A浮点处理能力为64GFLOPS，定点处理能力为12TOPS。在这样的算力下，其典型功耗不到6W。由于支持OPENCLOPENVX等标准软件接口，玉龙810A也能够实现与TensorFlow，Caffe等主流深度学习软件框架的无缝对接。

图21、玉龙810A

15、炎黄国芯

炎黄国芯的YH5*6*1电源芯片用于现场可编程门阵列 (FPGA)、微控制器和专用集成电路 (ASIC) 的太空卫星负载点电源、太空卫星有效载荷、抗辐射应用。YH5*6*1可用于军用温度范围（-55°C 至 125°C）。峰值效率可达96%以上，相比竞争产品，能实现更低的用户电路设计的灵活性。100-kHz到1-MHz的切换频率及优化的补偿方案使得设计者能在尺寸与效率之间找到最佳平衡点。可为客户设计减小电路板空间，更高的效率、优化的配置和动态偏差减少了输出电容器的尺寸和数量、提升了瞬时反应。

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16、电科芯片

电科芯片的高性能多光谱CCD系列产品已经在高分多模卫星、“吉林一号”卫星星座、资源一号等65颗卫星上批量应用，累计在轨时间超60万小时。电科芯片的运算放大器、稳压器、基准源等十余套器件，具有可靠性高，稳定性好、抗辐射能力强等特点，被神舟十九号载人飞船采用。

图22、鉴相器

17、国科天迅

国科天迅的FC1553芯片是一款通信芯片，被用于长征十二号运载火箭，该芯片将传统通信芯片传输速率从1Mbps提升至4Gbps以上，提升了4000倍，误码率从10-7提升至10-12，提升了5个数量级。该通信芯片解决方案不仅提升了信息传输速率，而且缩小了通信硬件设备体积、降低了设备重量、减小了系统整体功耗，已成功应用于多个领域的型号任务。

图23、FC1553

18、中国电子科技集团公司第55研究所

中国电子科技集团公司第55研究所的多款微波芯片、模块组件等核心器件，分别应用于梦天实验舱的载荷系统、运载火箭系统、地面测控系统等，配套了共计35款数万余只（套）关键核心元器件，有力保障任务顺利进行。

图24、微波芯片

19、中国航天科工集团二院203所

中国航天科工集团二院203所，共完成万余只宇航级晶体元器件的生产交付，一次交验合格率达到了100%。晶体元器件通常被称为电子设备的“心脏”，它可以产生电子设备中的频率信号。这些产品具有高可靠、小尺寸、优指标、低老化、长寿命等优良特性，为通讯、导航和控制系统等提供时间频率基准。

图25、宇航级晶体元器件

20、艾可萨

艾可萨的Bifort芯片是一款宇航用高可靠抗辐照SSD控制器芯片，该芯片采用宇航级SSD存储控制器芯片框架结构，包含PCIeGen2x4/SATA3两种主机接口，后端配备6路独立NAND Flash控制通道，具有多接口、抗辐照、高可靠等优势，支持陶封B级、军用塑封N1级与通用工业级3种规格，适用于宇航任务中高可靠、大容量数据的存储应用。

图26、Bifort芯片

21、艾创微

艾创微的宇航级抗辐照管理芯片ICW2002是一款面向星际卫星、航天飞行器、高端武器装备等领域的DC-DC转换器电源管理芯片，可完全对标美国TI公司相关产品，并成功交付中国航天系统，填补国内宇航级抗辐照电源管理芯片领域的空白，总剂量：≥75krad (si)；单粒子：LeT≥50Mev. cm2/mg。

22、航天智装（隶属于中国航天科技五院）

航天智装旗下全资子公司轩宇空间研发的基于SPARCV8体系结构的面向空间应用的高性能、低功耗的32位抗辐射片上系统芯片，对标国外先进宇航处理器芯片，成为国内第一款在轨飞行的SoC芯片，并大量应用于北斗导航卫星、探月卫星、小卫星、微小卫星平台的产品中。

23、中科芯磁

中科芯磁的MgiCubo魔方系列FPGA芯片，具备了高度的可编程性与灵活性，能够充分满足航空航天领域对于高性能计算及高可靠性芯片的严格要求。

24、海创电子

海创电子的各类晶体频率元器件、敏感元器件被应用在神舟、天宫、天问等各类航天器上。

中国空间站现在可以同时测试100多个计算机处理器，并且有超过20款全新的高性能芯片已经通过了测试，工艺制程范围从28nm到16nm，这些芯片比其他国家在太空中所使用的芯片要先进得多。中国在太空芯片领域的自主创新能力和快速发展势头，不仅在技术上取得了突破，而且在国际航天领域中的地位也在逐步提升。

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审核编辑 黄宇