为什么航天用芯片功能那么低成本还那么高龙芯立大功

前些天看到网上有一篇文章《月球车上万的CPU，或许连斗地主都带不动？》，文中提到航天用芯片简略被高能辐射“干翻”，处理了这样的一个问题本钱才高上去的。可是文中说得不全面，实际上航天用和军用芯片处理了“干翻”、“干残”、“干死”三个问题，才导致本钱十分昂扬的。

美国ATMEL公司AT697F价格70万元一片

在辐射环境下，芯片简略被“干翻”

这是真的被干翻！我之前写过一篇文章《浅显的说一说：为什么芯片工艺制程越小越快又省电，还有CPU是怎样运算的？》，说过芯片中的二极管就像一个小水桶，它是用装满水和不装水两种状况来进行运算的，每个小桶便是一个比特，用1和0来表明，其实便是这个二极管充了电或许没充电（也即它的电压是高仍是低）。

可是，在外太空和月球这些失去了地球磁场维护的当地，世界中的高能射线（α射线是质子流带正电，β射线是电子流带负电）照射到芯片上时，那些小水桶就会被电荷所影响。很明显，假如α射线炮击到芯片上，那么本来是0的小水桶就会变成1，而假如β射线照过来，那么本来是1的小水桶就会变成了0。这便是二极管被“干翻”了，这样芯片就会紊乱，能够说结束变成乱码了。

而现在民用CPU的功用越来越强，制程却越来越小，也便是说那些小水桶越来越小，本来需求一大瓢水才精干翻的小水桶，现在只需一个小雨滴就精干翻。因此制程越小在辐射环境下反而越简略被干翻。

不过，“干翻”便是说当外力撤去之后，小水桶还能恢复原状，是能够持续装水的。

在辐射环境下，更可怕的是“核反响”

在辐射环境下，高能粒子能与空气磕碰发作高能中子（大于10MeV），由于中子不带电，极易挨近原子核，而与原子核发作磕碰，从而使原子核反响发作多种离子。

当中子和硅原子核磕碰时首要发作上图所示的四种反响，反响发作的离子在芯片硅基上的行为就表现为“载流子发作器”，在硅中部分区域发作很多的电子和空穴，这会导致芯片损害。

这种损害轻则使芯片需求过一段时刻才干恢复作业，重则被“干残”，乃至“干死”，从而使芯片失去了原有的功用。

卫星或飞船在空间飞翔，会遭到空间各种高能粒子的炮击，而核动力的月球车等设备自身的核辐射更简略发作中子，对芯片的损害更大。因此航天级的防护作业，并不是只需用一层铅层将芯片维护起来这么简略。

被紧密维护的龙芯CPU

翻开维护盖的龙芯CPU

军用芯片，它发挥作用的时刻往往只要几分钟，用在洲际导弹上也不会超越两天时刻。可是兵器从出产一直到被运用结束的进程或许几年乃至几十年，这样的一个进程中兵器上的一切器材都必须是整装待命随时能够作业的状况，因此对器材的安稳性要求十分高。假如在待命进程中，遭到天然辐射缓慢的影响，那或许会导致丧命的过错。所以，兵器上所用的芯片，即便不是用于核兵器上，也需求极高的防护等级。

因此，航天和军用芯片并不是以功用为首要考虑条件，可是要处理上面的三个问题，其本钱却不低。除了尽量将小水桶做大之外，还有进步作业电压，增强外壳防护，选用MCM（多芯片组件）等工艺，还要考虑在极点高低温环境下的保温与散热等要素。这些归纳的办法使得一块在玉兔号月球车上的CPU，比你电脑上的intel CPU差得多，却又贵得十分多。

玉兔二号

而这种CPU，在我国前期的斗极卫星上所用还需求进口，2015年7月发射的斗极二号卫星上选用了龙芯之后，斗极整星的芯片国产化率才到达98%，到2017年11月初次发射的斗极三号卫星，现已完成了“没有一块进口芯片”。