上周王思聰同學花百萬元組了臺家用服務器，順便邀請數(shù)碼科技博主到家里幫忙組裝，讓廣大吃瓜群眾了解了百萬元的“電腦”是什么樣子的。雖然100萬不少，但這波宣傳操作下來后，比純100萬支出做推廣劃算多了。

閑話少說，今天我們不是來吃王同學的瓜的，我們說說今天的主角“航空級芯片”。航空級芯片的官方售價雖然不是非常貴，比如賽靈思的航空級芯片XQR5VFX130-1CF1752V，官方的價格大概是3~4萬美元左右，但是呢，一般人都買不到。

筆者查了下，美國的貿(mào)澤官網(wǎng)可以查到該芯片的信息，但是沒貨，Digi-Key上不管哪個地區(qū)都沒搜到貨源。也就是說公開渠道是很難直接買到的。不過，據(jù)說有的供應商報價在120萬
~400萬元，甚至有賣500萬的。當然，這個是小道消息，因為這類芯片對國內是禁售的，即便他們有賣，也是非正規(guī)渠道出來的，風險系數(shù)比較高。

圖：XQR5VFX130-1CF1752V的Datasheet截圖。

為什么能賣這么貴？

為何這類宇航級的芯片能賣這么貴呢？就拿XQR5VFX130-1CF1752V來說，該芯片抗輻射能力非常強，因為宇航級芯片要在外層空間中運行，除了高速計算性能外，還需要具有特殊的特性，比如說抗輻射能力。

如果用在衛(wèi)星上，沒有好的抗輻射能力的話，太空中大量的空間粒子輻射就會造成衛(wèi)星電路性能的退化，甚至功能散失，這對衛(wèi)星來說是致命的。

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從1971年到1986年間，國外發(fā)射的39顆同步衛(wèi)星共發(fā)生了1589次故障，有1129次故障與空間輻射有關，且其中的621次故障是由于單粒子效應導致的。這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明了航天應用中電子器件的主要故障來自于空間輻射，而單粒子效應導致的故障在其中占較大比重

而且，在這些故障中，部分故障是永久性的不可逆的，比如發(fā)生單粒子鎖定導致芯片內部局部短路從而產(chǎn)生大電流燒毀器件。針對此類錯誤可以應用一些特定工藝或器件庫來避免。而太空中大部分錯誤是由于半導體器件的邏輯狀態(tài)跳變而導致的可恢復的錯誤，如單粒子翻轉導致存儲器存儲內容錯誤。

單粒子翻轉（Single-Event Upsets，SEU）指的是元器件受輻照影響引起電位狀態(tài)的跳變，“0”變成“1”，或者“1”變成“0”，但一般不會造成器件的物理性損傷。正因為“單粒子翻轉”頻繁出現(xiàn)，因此在芯片設計階段需要重點關注。

那么有什么辦法可以在芯片設計階段盡量減少單粒子翻轉帶來的影響呢？一是選擇合適的制程，在航天領域并不是最先進的制程就是最好的，通常來講，制程越小，抗輻射能力越差，因此，一般會選擇大線寬的制程；二是加固標準單元工藝庫，標準單元工藝庫是數(shù)字芯片的基石，包括反相器、與門、寄存器、選擇器、全加器等多種基本單元；三是設計冗余，在抗輻照加固方法中，三模冗余（TMR）是最具有代表的容錯機制；四是模塊獨立化，這樣即便有部分出現(xiàn)了翻轉，也不影響芯片的整體功能。

圖：XQR5VFX130-1CF1752V的抗輻射性能。（來源：Datasheet）

宇航級芯片，除了有高性能、抗輻射之外，對芯片散熱、可靠性和耐高溫特性的要求也很特殊。當電路在地面使用的時候，熱釋放主要取決于熱輻射和熱傳導，但在太空的真空狀態(tài)下，熱導率是很底的，芯片工作的時候產(chǎn)生的熱量如何盡快釋放，是工程師必須要考慮的問題。

圖：XQR5VFX130-1CF1752V的封裝、尺寸，及溫度范圍。

宇航級芯片的是怎么來的？

一般來說，芯片會按照可靠性分為消費級、工業(yè)級、軍工級和宇航級四個級別。我們所見到的大部分芯片都是消費級的，壞了換一顆就行；工業(yè)級的對溫度范圍和可靠性會有一定要求，車規(guī)級產(chǎn)品有時候也被歸為了工業(yè)級里面，當然車規(guī)級的要求被普通工業(yè)級又要高一些；軍工級和宇航級的要求則更高。

這方面，歐美走得比較靠前，為了滿足航天元器件滿足航天工程的要求，美國航天局（NASA）和歐洲空間局（ESA）都制定了比較成熟的元器件標準體系。其中NASA除了大量采用了美軍標（MIL）標準外，還根據(jù)對航天元器件的特殊需求，NASA及下屬的空間飛行中心還編制了各種元器件標準（規(guī)范）和指導性技術文件，供設計和采購人員使用。比如，NASA元器件管理辦公室制定的《NASA元器件選擇清單（NPSL）》《EEE元器件選擇、篩選、鑒定和降額指南》等。除了技術標準外，NASA還制定了大量的管理標準和文件，嚴格規(guī)定審批程序以保證技術標準的執(zhí)行。這些標準和文件不僅指導NASA設計、采購人員正確選擇、采購和使用元器件，而且被國際航天部門廣泛采用。

ESA則成立了空間元器件協(xié)調組（SCCG）協(xié)調各國之間元器件的選用，并制定了以ESA/SCC為標志的各種元器件規(guī)范。其發(fā)布的《空間產(chǎn)品保證電氣、電子和機電（EEE）元器件》是空間產(chǎn)品保證的第2層次標準，但對ESA航天元器件的保證來說，是其控制和管理的“頂層”標準。

我國宇航元器件標準體系分為管理標準、基礎標準、保證標準和產(chǎn)品規(guī)范四大部分。我國的《航空電子過程管理 電子元器件管理計劃的制定》由TC427（全國航空電子過程管理標準化技術委員會）歸口上報及執(zhí)行，主管部門為國家標準化管理委員會。主要起草單位 中國航空綜合技術研究所 、中航工業(yè)西安航空計算技術研究所 。該標準主要參考了IEC國際標準IEC/TS 62239:2008。其實我國的宇航元器件標準主要還是參考國際標準制定的，這幾年也變得越來越規(guī)范。

在美國，以前的半導體廠商是有專門的生產(chǎn)線來生產(chǎn)宇航級芯片的，但是由于航天產(chǎn)品的研究和使用周期都特別廠，決定了元器件產(chǎn)品的更新也相對很慢，而近幾十年來半導體技術飛速發(fā)展，消費市場更新?lián)Q代的速度非?？欤瑤缀跻荒昃透乱淮a(chǎn)品，這讓軍用和宇航級芯片市場不再是半導體廠商眼里的香餑餑了，反而成為了雞肋產(chǎn)品。因此，不少半導體廠商不太愿意花錢養(yǎng)這么一個單獨的產(chǎn)品線了，有些半導體廠商已經(jīng)開始退出軍用和宇航市場，專心做消費和工業(yè)市場，比如原來的飛思卡爾。

在國內，聽說宇航級的芯片大多是從工業(yè)類芯片中挑選出來，然后經(jīng)過多項測試后滿足要求的芯片，可以說是萬中挑一，所以成本相對來說就比較高了。