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实际上航天用和军用芯片解决了干翻,解决了这个问题成本才高上去的,被严密保护的龙芯CPU

日期:2020-01-14 15:21:37 来源:互联网 编辑:小优 阅读人数:738

前些天看到网上有一篇文章月球车上万的CPU,可能连都带不动?,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。但是文中说得不全面,实际上航天用和军用芯片解决了“干翻”“干残”三个问题,才导致成本非常高昂的。

实际上航天用和军用芯片解决了干翻,解决了这个问题成本才高上去的,被严密保护的龙芯CPU(图1)

美国ATMEL公司AT697F售价70万元一片

在辐射环境下,芯片容易被“干翻”

这是真的翻!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,还有CPU是怎么运算的?通俗的说一说: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进行运算的,每个小桶就是一个比特,用1和0来表示,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)

实际上航天用和军用芯片解决了干翻,解决了这个问题成本才高上去的,被严密保护的龙芯CPU(图2)

但是,在外太空和月球这些失去了地球磁场保护的地方,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。很明显,如果α射线轰击到芯片上,那么原来是0的小水桶就会变成1,而如果β射线照过来,那么原来是1的小水桶就会变成了0。这就是二极管被“干翻”了,这样芯片就会错乱,可以说完成变成乱码了。

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能干翻的小水桶,如今只要一个小雨滴就能干翻。因此制程越小在辐射环境下反而越容易翻。

不过,“干翻”就是说当外力撤去之后,小水桶还能恢复原状,是可以继续装水的。

在辐射环境下,更可怕的是“核反应”

在辐射环境下,高能粒子能与空气碰撞产生高能中子(大于10MeV)因为中子不带电,极易接近原子核,而与原子核发生碰撞,从而使原子核反应产生多种离子。

实际上航天用和军用芯片解决了干翻,解决了这个问题成本才高上去的,被严密保护的龙芯CPU(图3)

当中子和硅原子核碰撞时主要发生上图所示的四种反应,反应产生的离子在芯片硅基上的行为就表现为“载流子发生器”在硅中局部区域产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能恢复工作,重则被“干残”甚至从而使芯片失去了原有的功能。

卫星或飞船在空间飞行,会受到空间各种高能粒子的轰击,而核动力的月球车等设备本身的核辐射更容易产生中子,对芯片的损伤更大。因而航天级的防护工作,并不是只要用一层铅层将芯片保护起来这么简单。

实际上航天用和军用芯片解决了干翻,解决了这个问题成本才高上去的,被严密保护的龙芯CPU(图4)

被严密保护的龙芯CPU

实际上航天用和军用芯片解决了干翻,解决了这个问题成本才高上去的,被严密保护的龙芯CPU(图5)

打开保护盖的龙芯CPU

军用芯片,它发挥作用的时间往往只有几分钟,用在洲际上也不会超过两天时间。但是武器从生产一直到被使用完结的过程可能几年甚至几十年,这个过程中武器上的所有器件都必须是整装待命随时可以工作的状态,因而对器件的稳定性要求非常高。如果在待命过程中,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,即使不是用于上,也需要极高的防护等级。

因而,航天和军用芯片并不是以性能为首要考虑条件,但是要解决上面的三个问题,其成本却不低。除了尽量将小水桶做大之外,还有提高工作电压,增强外壳防护,采用MCM(多芯片组件)等工艺,还要考虑在极端高低温环境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,却又贵得非常多。

实际上航天用和军用芯片解决了干翻,解决了这个问题成本才高上去的,被严密保护的龙芯CPU(图6)

玉兔二号

而这种CPU,在我国早期的北斗卫星上所用还需要进口,2015年7月发射的北斗二号卫星上采用了龙芯之后,北斗整星的芯片国产化率才达到98%,到2017年11月首次发射的北斗三号卫星,已经实现了“没有一块进口芯片”

本文相关词条概念解析:

芯片

指内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。芯片(chip)或称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成电路(英语:integratedcircuit,IC),在电子学中是一种把电路(主要包括半导体设备,也包括被动组件等)小型化的方式,并通常制造在半导体晶圆表面上。前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜(thin-film)集成电路。另有一种厚膜(thick-film)混成集成电路(hybridintegratedcircuit)是由独立半导体设备和被动组件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。

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