1顆芯,30萬人,北斗26年的逆襲征途
1989年,美國發射了第一顆GPS(全球定位系統)衛星,從此打開了「天眼」。
一年後,海灣戰爭打響,還未完全建成的GPS系統向世界展示了全球定位系統的恐怖實力——為攻擊部隊提供精確定位,幫助美軍精確掌握自身位置、記錄敵方位置,快速繪製戰場態勢圖精準打擊敵軍。
這一仗更讓世界認識到,衛星導航系統與國家安全息息相關,建設一個自主可控的全球衛星導航系統至關重要。
2020年6月,「北斗三號」系統最後一顆全球組網衛星順利入軌。至此,「北斗三號」全球衛星導航系統星座部署全面完成,北斗系統具備全球導航定位的能力。
北斗系統是一套時空戰略基礎設施,通訊系統的授時、交通工具和智能設備的導航定位都依賴於它。其應用涉及到國家戰略安全,必須要自主可控才可靠。
而晶片作為北斗系統的靈魂與心臟,它的自主可控更是北斗人不斷奮鬥突破的結果。
有機無「芯」
1989年,北京的一處不足30平米的臨時機房內,「兩彈一星」元勳、中科院院士陳芳允首次用兩顆衛星演示了「衛星定位系統」,證明了其1983年提出的大膽構想——用兩顆地球靜止軌道衛星,覆蓋中國區域,實現定位、定時,併兼具通信功能是可以實現的。
而這正是日後「北斗一號」系統的雛形。
5年後的1994年12月,北斗導航試驗衛星系統工程(「北斗一號」)獲得國家批准,開始分三個階段建設北斗系統。2000年,中國發射2顆地球靜止軌道衛星,「北斗一號」建成系統並投入使用。中國的授時(指天文台用無線電信號報告最精確的時間)、訊息發送等功能由原先的GPS轉變成北斗傳輸。
「北斗一號」是一個試驗之作,初步證明了中國具備自建衛星定位導航系統的能力,解決了中國自主衛星導航系統的有無問題。但其不足也十分明顯,該系統是覆蓋中國本土的區域導航系統,不能覆蓋兩極地區,赤道附近定位精度差,只能主動式定位,民用普及度也十分有限。
這一階段,北斗導航終端設備使用的晶片幾乎沒有國產晶片的身影。
當時,西方國家在幾乎所有高科技領域都對中國實施嚴酷的技術封鎖,「北斗一號」的建設,讓北斗系統建設者們也意識到了國內在導航衛星技術和經驗方面的不足。
而更為緊要的危機也在此時醖釀。
導航衛星需要擁有對應的頻段才能上天工作。一旦頻率被衛星佔用,其他衛星就不能再使用,然而優質的頻段就像是「黃金地產」稀缺有限,根據國際電信聯盟(ITU,負責分配頻率資源)的規則,頻率資源遵循「先用先得」和「逾期作廢」的原則,有效期以申請日期開始計算,只有7年。
2000年,中國和歐盟前後腳提出次優頻率的申請。歐盟在1999年提出了建設新一代民用全球衛星導航系統——伽利略(Galileo)計劃。
最終,中歐兩方在ITU框架下拓展了1164MHz~1215MHz、1260MHz~1300MHz的導航衛星頻段。於是,北斗的第一道時間鎖降下,要使用這些頻段,中國必須在2007年4月18日零點之前成功發射導航衛星併成功播發信號,而且還必須比歐盟更快。
2004年,「北斗二號」衛星導航系統任務正式啟動。
壓力來到「北斗二號」建設團隊身上,當時航天科技集團五院負責「北斗二號」衛星研發的團隊平均年齡只有20多歲,他們需要在3年時間內,並行完成包括3顆初樣星和1顆試驗正樣星的研製工作。
不僅是時間緊任務重,北斗系統還是一個多星組網系統,必須要批量生產和密集發射才能保證其效力的發揮,其研製工作還有諸多挑戰:一是保證穩定連續的發射和長時間的運行,二是整個北斗導航星座系統的任何一個小部件都要保證零缺陷,零質量問題;三是缺乏系統性工程經驗的研製隊伍必須要成功攻關北斗二號衛星系統所需要採用的許多新技術、新器件、新工藝。
吃苦和持之以恆成為了團隊攻克困難的法寶。
在北斗二號衛星總指揮兼總設計師楊慧的記憶中,通宵達旦的工作,從細微異常之處找尋故障對於研發團隊而言都是常事。「可是當時大家全都忘了什麼是難,我們面對一個問題又一個問題,不斷地提出想法、不斷地去驗證、不斷地去推翻,這樣不斷地往前一點一點地推進。那段時間真的是用『激情燃燒』來形容一點也不為過,加班絕對是常態。到了晚上,我們『導航』辦公室的燈光總是特別亮。」
曾有一次,團隊在研發中發現了故障,但故障數據只有幾秒。為了從這幾秒數據中找出故障的位置和原因,北斗團隊成員連續幹了一周,白天向專家和同行匯報,晚上繼續通宵查找問題,困了就在桌子上趴一會,最終在地面復現了問題。
隨着一項項難題被攻克,團隊爭分奪秒地完成了前期所有研製工作。時間不等人,所有參試人員進駐發射場後,為節省時間,又大幹3天體力活,搬設備、扛機櫃、布電纜,沒有絲毫停歇,緊接着就是200小時不間斷的加電測試。
在這最後的衝刺階段,院士、總設計師、負責人和技術人員都一起排班,共同應對次次險情和種種考驗。發射場的環境也讓不少隊員因為水土不服而拉肚子、發燒,北斗導航衛星首席總設計師謝軍甚至暈倒了3次,但無人離開自己的崗位……
終於,2007年4月14日,首顆「北斗二號」導航衛星壓哨發射升空,中國進入「北斗二號」時代。
與作為試驗系統的「北斗一號」不同。完成組網之後,「北斗二號」可在覆蓋亞太地區定位精度能達到10米,測速精度優於0.2米/秒,授時精度優於50納秒。據專家介紹,其定位精度等技術參數與GPS民用信號相當。
「北斗二號」築基,北斗應用產業也逐步迎來快速發展的時期。以2007年為分水嶺,北斗終端晶片產業也有了新發展和新突破,中國企業自主研發意識覺醒,開始了北斗終端晶片的自主國產的征程。
北斗企業齊上陣,填補國內市場空白
對於北斗導航終端來說,最關鍵是兩個「芯」:一是射頻晶片二是基帶晶片。其中,射頻晶片,負責接收天上的北斗導航衛星發射的波形信號,並將其放大變成數字信號;而基帶晶片的作用就是讀出位置以及時間訊息。
直到2008年2月,中國首顆自主開發的完全國產化的衛星導航基帶處理晶片「領航一號」面世,並將替代「北斗」系統內的國外晶片。這顆晶片於2006年起開始研製,由復控華龍和復旦微電子合作完成。這種晶片不僅完全實現了國產化,而且性能和造價明顯優於國外產品。國產晶片的使用,大大降低了北斗導航系統模塊的價格。復控華龍公司市場總監楊泓曾表示,「北斗」導航系統原來模塊的造價要2萬元,則可以降到1000元以內。此外,「領航一號」的體積大大縮小,功耗大大降低。
2008年3月,西安華迅公司研製成功第二代多星座、全頻點導航射頻晶片,晶片全面覆蓋GPS(L1-L5)、北斗(B1-B3)、 伽利略(E1-E6)、GLONASS導航系統的所有頻點,並且適用於第三代移動通信環境下對低功耗、抗干擾要求非常嚴格的手機應用。
零的突破雖然實現,但國產晶片仍然示微。美國GPS系統早在1994年就搭建完成,提供全球民用服務,在2007年前,中國導航終端使用的絕大部分晶片都是美國GPS晶片,GPS系統也佔據了中國導航產業市場95%以上的份額。中國北斗民用晶片路線基本都以「北斗+GPS導航」的多頻路線逐步替代GPS晶片。
一批北斗晶片人衝到了晶片研發的一線。
韓紹偉就是其中一員。這位前美國SiRF公司副總裁,在2008年的一次學術交流會上,與北斗星通董事長周儒欣有了深入的交流,了解到了中國導航衛星晶片的空白和晶片本身對於國家戰略的重要性和緊迫性。此後,兩人又分別經歷了兩次會談,並與負責中國北斗產業化的主要領導進行了深入溝通後,他們把聚焦點放到了通過新設立一家公司,參與北斗衛星導航系統的建設開發高端導航定位晶片。
2009年初,韓紹偉接受周儒欣和國家北斗產業化主要領導的邀請,毅然從美國回國創業。與北斗星通共同成立了專業從事自主晶片研發設計的子公司和芯星通,韓紹偉擔任總裁,正式開始從事以北斗為核心的高集成度晶片設計和高精度GNSS核心產品開發。
北斗星通成立於2000年,主要業務是就是衛星導航定位技術的開發與應用,2004年公司取得了首個「北斗一號」衛星導航定位系統分理服務資質,2007年正式在深圳中小企業板上市。
此後,一大批國內外從事衛星導航產業的人才紛紛追隨他加入和芯星通。一年後,在2010年ICG(全球衛星導航系統國際委員會)第五屆大會上,韓紹偉提出了「第三代衛星導航系統」和「第三代衛星導航接收機設計理念」,把不同國家的衛星導航系統統一在一個空間框架和時間框架中,將全球已有的GNSS系統視為一個統一的系統。
這一理念此後貫穿了和芯星通整個SoC晶片設計和研發中。
2010年9月25日,和芯星通正式發布了自主研製的擁有完全自主知識產權的國內首創的多系統多頻率衛星導航高性能SoC晶片「NebulasTM」,這顆晶片採用90納米低功耗工藝,內置200+MHz處理器和192個邏輯通道,支持當前所有的衛星導航系統及其全部頻率,還可以更廣泛地應用於高精度和涉及國家安全的領域,如測量測繪、地震及災害預測、精密儀器控制、精確制導等。
當時,國內企業推出的產品一般應用於低精度領域。此外,中國企業推出的產品即使能支持美國、歐洲、俄羅斯的多系統,也不能同時支持同一系統的不同頻率。而NebulasTM打破這兩項「常規」。
國家科學技術獎獲得者、「兩彈一星」功勳科學家、北斗衛星導航系統工程總設計師孫家棟院士對這顆晶片給予了高度肯定,稱「這個具有自主知識產權的產業化項目為中國人爭了一口氣,在世界上表現了北斗強國的夢想」!
晶片產業的發展始終與應用市場的發展息息相關。而二十一世紀以來,中國衛星導航應用的市場規模幾乎以兩年翻一番的速度快速增長。據悉,2006年底,中國衛星導航應用終端持有量已超過1600萬套,2007年的車輛應用終端增加近3000萬台。估計「十一五」末期,中國衛星導航應用產品的總產值將達到350億元,導航運營服務產值超過75億元,形成一個市場規模超過500億元的新興技術產業領域。
儘管有多家公司已經在北斗終端晶片方面實現了突破,但這一時期,總的來說,北斗晶片的自主研發依舊十分受限,仍沒有形成規模,競爭力較弱。原因在於,一方面國家下撥的研發經費近90%都用於北斗衛星的研製和發射,僅有10%左右用於晶片研發;另一方面「北斗二號」系統在2007年到2012年期間,一直處於快速部署階段,北斗產業民用市場始終未迎來快速發展時期。再加之,國外晶片的長時間壟斷對國內市場的擠壓,早一批的北斗晶片公司日子並不好過,步履為艱。
美國GPS早在1994年就開全球範圍內民用,經過近20年的發展,GPS導航產業鏈已經成型且具備全球影響力。彼時,完全掌據導航晶片組設計技術的企業主要集中在美國、日本、歐洲和俄羅斯,包括美國的SiRF、Motolora、Trimble,歐洲的Philips、Mitel以及日本的NEC、SONY等公司。其中,SiRF技術公司是最早專作導航晶片組生意的公司,穩居龍頭地位。
儘管國內已經有晶片企業形成突破,但是國內絕大多數導航設備公司都是直接購買國外公司生產的OEM板進行二次開發( GPS定位算法等核心技術由進口OEM板的相關模塊完成)。同樣OEM開發板市場也是被美國廠商壟斷。
這其中既有中國企業在技術上客觀差距,也與美國並不公開GPS導航的頂層算法和星座參數有關。北斗系統的建設給中國導航晶片的發展創造了創新條件。
步入22納米消費電子時代,迎來發展小高峰
隨着「北斗二號」一步步走向完善,轉機和小高潮隨之而來。2012年10月25日,第16顆北斗導航衛星發射升空並送入預定轉移軌道,這顆衛星將與先期發射的15顆北斗導航衛星組網運行,形成覆蓋亞太大部分地區的導航服務能力,北斗導航晶片迎來了一個前所未有的絕佳機遇——消費電子。
彼時,智能手機、平板電腦、可穿戴等智能設備正迎來了爆發式增長初期。北斗導航晶片的消費級市場正處於爆發前夕。越來越多公司朝着更小尺寸、更低功耗、更高集成度、更高定位精度、更高性價比的方向,在不同領域取得了突破和進步。
北斗系統服務範圍的擴大無疑給北斗產業,給北斗晶片市場打了一劑強心針。2013年,國家頒佈《促進訊息消費——加快推進北斗衛星導航產業規模化發展》,政策明確提出要支持中國北斗晶片事業。北斗晶片迎來了快速發展的小高峰。2013年,東莞泰斗微電子發布了採用55納米工藝,集成了射頻、基帶與閃存的「三合一」SiP單晶片的北斗2/GPS雙模基帶晶片TD1020。該晶片不僅可以用於以車載、電力、金融、通信等為代表的行業應用領域,也可進一步更廣泛地應用於以智能電話、平板電腦和可佩戴智能終端等為代表的消費電子領域。
2014年,中興通訊採用泰斗微電子TD1020的北斗、GPS導航三防智能手機G601U完成了第一批商用機的量產,這意味着北斗晶片進入了智能手機時代。
也是在2014年,韓紹偉在武漢成立了夢芯科技,開始高精度消費類北斗導航定位晶片的研發。經過近一年"007"加班模式,夢芯科技研發出了首顆40納米高精度消費類北斗導航定位晶片,相當於在1/5一角錢硬幣大小的硅體上,實現近千萬的運算和存儲單元,可廣泛用於北斗導航和消費類導航,並能智能跟蹤。這顆晶片獲得了「2016衛星導航定位科學技術獎一等獎」。
2014年1月,西安華迅也推出了採用40納米工藝技術的四代高性能北斗/GPS導航晶片,集北斗/GPS+Wifi+Bluetooth+FM為一體的Soc晶片。
同年,上海北伽導航發布了採用40納米 CMOS 射頻基帶一體化SoC北斗導航晶片,可以滿足大眾應用終端對導航晶片「體積小、更小、功耗低、更低」的要求,可以應用於平板電腦、可穿戴設備、車載導航等設備中。
從0.35微米到55納米再到40納米,只用了7年,中國公司就完成了北斗晶片製程的進步飛躍。
2016年,北斗星通獲得了國家集成電路產業投資基金(大基金)的投資。2017年,北斗星通首發了28納米北斗晶片「Firebird」。三年後,2020年5月北斗星通對外宣佈開發22納米高精度車規級定位晶片Nebulas-IV和22納米超低功耗雙頻雙核定位晶片Firebird-II。
據了解,Firebird-II 主要針對的目標市場是車載前裝市場,支持雙頻;Nebulas-IV針對新型高精度市場;量產時間預計在明年四季度到2022年1季度。
中國北斗終端晶片即將進入22納米時代。更小的納米數往往代表更為先進的製造和設計工藝。22納米也意味着在單一的北斗晶片上可以集成微處理器、模擬IP核、數字IP核和存儲器、外圍接口等,其集成度更高、功能更強、功耗更低、尺寸也更小,可以更好的與各行業應用融合,應用範圍也會更廣。
在「北斗二號」、「北斗三號」快速建設的過程中,國家各部委出台了各類政策鼓勵北斗系統的民用落地。比如,交通運輸部就發布了《關於加快推進重點運輸過程監控管理服務示範系統工程實施工作的通知》,其中提到自2013年1月1日起,各示範省份在用的特定類型車輛應加裝北斗兼容車載終端。自 2013年6月1日起,所有新進入示範省份運輸市場的特定類型車輛,在車輛出廠前應安裝北斗兼容車載終端。凡未按規定安裝或加裝北斗兼容車載終端的車輛,不予核發或審驗道路運輸證。國家發改委、財政部發布專項通知,重點支持北斗兼容型導航終端及其核心組件開發應用。
各類政策的出台一方面加快了中國北斗衛星導航應用產業鏈的協同發展,促進了應用市場的擴大,另一方面也鼓勵了晶片企業。
此外,晶片研究20餘年的研發積累、海外晶片人才歸國、資本的加入都為導航晶片的一次次突破打下了基礎。而晶片產業鏈的發展更為北斗晶片的快速迭代創造了更有利的條件,台積電、英特爾、中芯國際等晶圓廠不斷突破向前突破製程,已經逐步精進到7納米都能穩定量產的水平。北斗晶片所使用的22納米以下的製程工藝則更是成熟、穩定,產能能夠得到保證且成本相對較低。這些從客觀上都促進了中國北斗晶片企業的發展。
值得一提的是,北斗晶片的價格也在十年間快速下降,北斗導航位置服務(北京)有限公司公司總經理曹紅傑曾在接受媒體採訪時表示,北斗芯從幾千塊降到了幾百塊,共享單車使用的晶片現在已經降到幾塊錢。
截止到2019年底,國產北斗導航型晶片模塊累計銷量已突破8000萬片,高精度板卡和天線銷量已佔據中國30%和90%的市場份額,並輸出到100餘個國家和地區。《2020中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》中也提到,最關鍵的國產北斗兼容型晶片及模塊銷量已突破1億片。
這些晶片及模塊大多應用於基於智能定位的室內外位置融合服務、高精度位移測量服務、智能交通、醫療救助、煤礦安全生產、重要設施安全監測、消費電子、無人機、車載導航等領域。
「北斗三號」:100%全國產
北斗終端晶片逐步實現了全面自主研發,並且在性能、製程等多方面走在了全球領先的地位。而北斗衛星上使用的核心晶片同樣也要實現100%自主可控。
事實上,在北斗系統開發早期,科研人員對於進口產品始終存在着某種依賴,但隨着北斗工程的國際影響日益擴大,科研人員也漸漸發現國外的某些產品已經不能完全滿足北斗衛星的技術要求,重要部件實現國產化已經勢在必行。
2015年7月27日,第18、19顆北斗導航衛星發射入軌,這是兩顆新一代北斗導航衛星,100%使用了國產「宇航CPU」晶片,也是首次成體系地、批量使用國產晶片的中國衛星。
宇航CPU是衛星的核心晶片,任務是接收地面指令、處理載荷數據、管理控制姿態等,相當於衛星的大腦。
但這顆只有拇指甲蓋大小宇航CPU背後凝聚了中國航天科技集團公司九院772所10年的心血。
1994年,772所在北京豐台成立,主要從事宇航級超大規模集成電路和模塊的研製生產與銷售。此後5年,772所逐步理清宇航級晶片的技術路線,開始攻克抗輻射的難題,確立抗輻射設計加固技術;2003年,772所負責研發的第一塊超大規模集成電路上天。兩年後,772所接到了新的任務需求——研發宇航級CPU晶片。
772所的CPU征程也隨之開始。
在研發初期,以趙元富為核心的772所研發團隊就意識到仿製的CPU產品是沒有競爭優勢的,決心將目標鎖定在自主研發國際新一代宇航用CPU上 。經過近兩年的潛心試驗和研究,772所又將第二批七、八款晶片隨星送上了太空,在其穩定運行三年後,國產晶片在太空中的表現進一步獲得各方認可。
2011年,772所研製的國產空間用CPU隨試驗衛星升空,這是中國自主研製的首枚32位空間用CPU,是衛星最核心的元器件。
也是在這一年,2011年,772所承擔起新一代北斗導航衛星近40款國產化電路的研發和生產任務。為此,772所緊急成立了「北斗導航衛星工程元器件國產化項目團隊」,實行「兩總」管理,成立專項型號辦公室,任命總指揮和總師等序列。
這近40款電路相當於衛星的「大腦」和「神經」,要萬無一失地應用在新一代「北斗」上,壓力巨大。在數千個日夜的加班加點中,772所完成了這個任務,其中最重要的CPU產品在不少性能已趕上了國際領先水平,不僅速度更快、接口類型更多、可變性更強,也能夠適合衛星不同功能組件的要求。
「在某些抗輻射指標上,我們應該比國外的一些產品還更有優勢。」趙元富在接受媒體採訪時說。
太空中環境複雜,惡劣輻射環境可能導致星上電路性能甚至整個電路失效,這樣「致命」打擊的事件時有發生。因而宇航用晶片要具有抗輻射等特殊性能,這對於衛星長壽命、高可靠穩定運行具有至關重要的作用。
如今,772所已經將抗輻射晶片的技術思路建設成為可以實際應用的平台——抗輻射設計加固技術平台,在此技術平台的基礎上,772所已研製成功200多種抗輻射加固集成電路,並出口到德國和俄羅斯。在抗輻射技術領域772所已經發表了學術論文 600餘篇 ,取得各類專利200多項 。
宇航級CPU一直是晶片中的「鑽石皇冠」,晶片史上最貴的晶片產品,幾乎都是宇航級晶片,此前美國賽靈思公司的宇航級FPGA晶片,以單價500萬人民幣一顆的價格高居榜首。但最近也有市場消息稱這一「寶座」已經易主北斗衛星,北斗三號總設計師林寶軍公開表示,北斗衛星的航天CPU,一塊板子的價格是900萬人民幣,並且比以往還便宜幾倍。
除了宇航CPU 100%自主研發,2015年7月發射的「北斗二號」的數據總線電路、轉換器、存儲器等晶片也均為國產貨,整星的晶片國產化率達到98%。
到了2017年11月首次發射的北斗三號衛星,已經實現了100%全國產。其中包括自主研製的抗輻照四核CPU晶片SoC2012,以及自主知識產權的操作系統SpaceOS2,與目前國際同類產品的最高水平相當。
提及北斗衛星晶片,龍芯也是其中的主力軍,在2015年的北斗雙星之上就搭載了龍芯 1E 和龍芯 1F,負責進行常規運算,數據採集、開關控制、通訊等處理功能。
北斗三號總師林寶軍也在媒體活動中談到龍芯的重要作用。他提到:「北斗三號在天上要實現星間鏈路、軌道運算、運行管理、波速指向和路由等功能,需要很大的運算量。原來我們用的是歐洲sc80c32晶片,為了滿足上述功能,需要用好多塊晶片合起來。國產的龍芯,一片是它運算能力的十倍,所以我們下決心用。另外,在天上工作時,sc80c32晶片大概一周會出現一次計算錯誤,但龍芯累計壽命已經30年了,出錯率是零。基本上可以說,一塊龍芯是十塊歐洲晶片的能力。所以說,國產不等於不好,國產不等於不可靠。」
不僅是要有過硬的產品,過硬的質管體系同樣是保障國產晶片得以支撐北斗衛星運行的關鍵。
1984年,航天科技集團五院成立了宇航物資保障事業部,它是中國最早成立的宇航元器件質量保證的專業機構,為上千萬只航天元器件提供質量保證。對於國產晶片,他們保有一種近乎苛刻的「基因篩查」技術:將晶片開帽後,用放大鏡尋找晶片瑕疵。
對於內部缺陷的查找,對容易出問題的一個點會進行250倍的放大,再到750倍、2200倍、20000倍的放大檢查,不放過任何一個孔洞、裂紋。
任何一點小問題都可能造成晶片短路,也正是這種極致嚴格的要求助力了晶片國產化的提升。
未來:晶片先行、應用為王
26年來,全國400多家單位,30多萬科技人員先後參與北斗系統建設,先後攻克了包括星間鏈路、高精度原子鐘在內的160多項關鍵核心技術,在500多種元器件和重要部件國產化研製上實現了突破,最終實現核心器部件100%國產化率。
從覆蓋全國到服務亞太地區再到覆蓋全球,如今北斗系統已經具備在全球提供定位、導航、授時服務的能力。北斗產業也迎來了新一輪大發展。
中國訊息通信研究院發布的《北斗定位技術與產業發展白皮書(2019年)》提到,隨着北斗導航技術與地基增強技術、5G 、物聯網、移動網路、雲計算、邊緣計算、人工智能、機理模型等新技術群落的融合,北斗系統已經在智慧城市、穿戴設備、智能製造、車聯網、自動駕駛、公共基礎設施自動化監測、智慧農業、電網安全維護等方面取得應用,並將繼續擴大在這些領域的滲透。
中國衛星導航定位協會發布的《2021中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》顯示,2020年中國衛星導航與位置服務產業總體產值達4033億元人民幣,較2019年增長約16.9%。其中,包括與衛星導航技術研發和應用直接相關的晶片、器件、算法、軟件、導航數據、終端設備、基礎設施等在內的產業核心產值按年增長約11%,達到1295億元人民幣,在總體產值中佔比為32.11%,增速略高於去年。
2021年5月26日,在中國南昌舉行的第十二屆中國衛星導航年會上,中國北斗衛星導航系統主管部門透露,中國衛星導航產業年均增長達20%以上。預估到2025年,中國北斗產業總產值將達到1萬億元。
正所謂「天上建好,地面用好」,北斗終端晶片正是這些所有應用的基石。
資本已經嗅到了北斗晶片的增長潛力。2021年5月,北斗定位晶片設計公司深圳華大北斗科技有限公司宣佈完成近10億元B輪戰略融資。投資方包括CPE源峰、雲鋒基金、中船資本、TCL資本、江鈴汽車、鼎暉、招銀國際、啟迪、中航產投等,此前華大北斗還完成3輪融資,投資方中不乏業內頭部基金和汽車企業。此外,還有武漢導航院、睦星科技等多家公司獲得融資。
北斗終端晶片以應用需求為核心,已經出現以下發展趨勢:
1.高精度、低能耗、融合。在智能駕駛、無人機、農機、測繪、CORS等領域,一般需要穩定、連續的亞米級甚至釐米級的定位精度;而在智能手機、可穿戴設備的應用,則強調功耗的降低。
同時,北斗定位、導航功能與5G、AI、ADAS、Satcom等具有強位置服務要求的技術和應用融合是剛需,這也就意味着北斗晶片也需要在系統和算法層面實現多技術融合發展。北斗晶片也已經做到了射頻、基帶、算法一體化,現在也在逐步實現越來越多的傳感器融合。
融合也是指「北斗+GPS+GLONASS +Galileo」等多導航系統的融合,如此可收到更多的衛星,從而選擇更優的星參與解算。
2.進階的製程工藝前提下,維持性價比。在相同的尺寸下,要實現功耗的降低、性能的提升、更強大的算法應用,就需要更先進的工藝,但當工藝提升,其成本也會提高很多。相對而言,北斗定位晶片是輕量級晶片,運算量不會無限提升,用户更重視的性價比,北斗晶片取消在性能提升和成本增加之間找到平衡點。
目前,22納米北斗晶片已是國內外行業最高專用晶片工藝,但仍未全面量產,因而北斗晶片的進一步發展還需待22納米工藝經市場檢驗後待定。
此外,北斗晶片的發展還與北斗衛星系統的增強息息相關。根據規劃,作為定位導航的基礎設施,目前北斗的服務由北斗二號系統和北斗三號系統共同提供,2020年後,將平穩過渡到以北斗三號系統為主提供。下一步的計劃是到2035年,以北斗系統為核心,建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。
這也就意味着北斗系統定位精度也將一步步提升,這也將促使北斗相關晶片、相關核心設備進一步提高性能,提高北斗終端小型化和電池續航能力,逐步開發出比現在更為廣泛的應用場景,給北斗晶片發展帶來不斷的推動力。
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