为什么航天用芯片性能那么低，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，可能连斗田主都带不动？》，文中说到航天用芯片容易被高能辐射“干翻”，解决了这个问题成本才高上去的。可是文中说得不全面，实际上航天用和军用芯片解决了“干翻”、“干残”、“干死”三个问题，才导致成本很是高昂的。

美国ATMEL公司AT697F售价70万元一片

在辐射情况下，芯片容易被“干翻”

这是真的被干翻！我之前写过一篇文章《通俗的说一说：为什么芯片工艺制程越小越快又省电，另有CPU是怎么运算的？》，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态来举行运算的，每个小桶就是一个比特，用1和0来表现，实际上是这个二极管充了电或者没充电（也即它的电压是高还是低）。

可是，在外太空和月球这些失去了地球磁场掩护的地方，宇宙中的高能射线（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。很显着，如果α射线轰击到芯片上，那么原来是0的小水桶就会酿成1，而如果β射线照过来，那么原来是1的小水桶就会酿成了0。这就是二极管被“干翻”了，这样芯片就会庞杂，可以说完成酿成乱码了。

而现在民用CPU的性能越来越强，制程却越来越小，也就是说那些小水桶越来越小，原来需要一大瓢水才气干翻的小水桶，如今只要一个小雨滴就醒目翻。因此制程越小在辐射情况下反而越容易被干翻。

不外，“干翻”就是说当外力撤去之后，小水桶还能恢回复状，是可以继续装水的。

在辐射情况下，更恐怖的是“核反映”

在辐射情况下，高能粒子能与空气碰撞发生高能中子（大于10MeV），因为中子不带电，极易靠近原子核，而与原子核发生碰撞，从而使原子核反映发生多种离子。

当中子和硅原子核碰撞时主要发生上图所示的四种反映，反映发生的离子在芯片硅基上的行为就体现为“载流子发生器”，在硅中局部区域发生大量的电子和空穴，这会导致芯片损伤。

这种损伤轻则使芯片需要过一段时间才气恢复事情，重则被“干残”，甚至“干死”，从而使芯片失去了原有的功效。

卫星或飞船在空间航行，会受到空间种种高能粒子的轰击，而核动力的月球车等设备自己的核辐射更容易发生中子，对芯片的损伤更大。因而航天级的防护事情，并不是只要用一层铅层将芯片掩护起来这么简朴。

被严密掩护的龙芯CPU

打开掩护盖的龙芯CPU

军用芯片，它发挥作用的时间往往只有几分钟，用在洲际导弹上也不会凌驾两天时间。可是武器从生产一直到被使用完结的历程可能几年甚至几十年，这个历程中武器上的所有器件都必须是整装待命随时可以事情的状态，因而对器件的稳定性要求很是高。如果在待命历程中，受到天然辐射缓慢的影响，那可能会导致致命的错误。所以，武器上所用的芯片，纵然不是用于核武器上，也需要极高的防护品级。

因而，航天和军用芯片并不是以性能为首要思量条件，可是要解决上面的三个问题，其成本却不低。除了只管将小水桶做大之外，另有提高事情电压，增强外壳防护，接纳MCM（多芯片组件）等工艺，还要思量在极端崎岖温情况下的保温与散热等因素。这些综合的措施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，却又贵得很是多。

玉兔二号

而这种CPU，在我国早期的北斗卫星上所用还需要入口，2015年7月发射的北斗二号卫星上接纳了龙芯之后，北斗整星的芯片国产化率才到达98%，到2017年11月首次发射的北斗三号卫星，已经实现了“没有一块入口芯片”。