為什么航天器還在用老芯片

因為被制裁，華為拿不到高端芯片，最初只能忍痛將手機業(yè)務剝離，可為什么同樣是高精尖的代表，同樣需要芯片的中國航空航天卻不受影響？

2022年，在火星上的一場強風中，幾顆小石子被吹到了美國“毅力號”火星車所攜帶的一個科學儀器里，儀器就此癱瘓。這則消息有些奇怪，我們在生活中常常會見到類似火星車能走會動的機器——掃地機器人，從沒聽說它們會因為被石子砂礫纏住而喪失功能。比掃地機器人先進得多的火星車竟會被幾顆石子打敗？這是因為它有一顆過時的“大腦”——20世紀蘋果臺式電腦所使用的同款芯片。

眾所周知，芯片是智能機器的中樞，隨著技術進步，芯片的更新?lián)Q代十分迅速，與新款芯片相比，來自20世紀的芯片在計算速度、存儲性能等各方面都落后一大截。那為什么科學家打造了最先進的航天器軀體，卻給它安上這樣一顆過時的“大腦”呢？

其中一個重要原因是為了躲避太空“殺手”——高能粒子。太空中充滿了各種各樣的高能粒子。在外太空中的航天器，每時每刻都要承受高能粒子的轟炸。這些高能粒子不僅會傷害生物體，對許多電子產(chǎn)品也有致命性傷害。它們可以穿透機器外殼直達芯片，導致芯片的電路短路或者“比特翻轉(zhuǎn)”。所謂“比特翻轉(zhuǎn)”就是指將電路中的邏輯信號1變成0或者0變成1，這樣一來，芯片原本想傳遞的指令就會被篡改得面目全非，嚴重時甚至會死機，這種效應被稱作單粒子翻轉(zhuǎn)效應。中國第一代氣象衛(wèi)星“風云一號”的B星升空后不久就因為遭遇高能粒子流，出現(xiàn)了單粒子翻轉(zhuǎn)效應，導致姿態(tài)控制計算機程序混亂。

痛定思痛，科學家們開始想方設法幫助航天器芯片躲避高能粒子，其中一個方法就是使用更大更重的芯片。因為如果芯片比較笨重，可被攻擊的范圍大，受高能粒子的影響就會減少。隨著芯片制作工藝的進步，我們造出的芯片越來越小，單位面積上的電路越來越多，粒子轟擊所造成的翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象越來越嚴重，甚至會出現(xiàn)單粒子多位翻轉(zhuǎn)，這對于整個航天器的安全構(gòu)成了嚴重威脅。所以，出于安全考慮，應用在航天器上的芯片不能求新求快，而是求大求穩(wěn)。在這個前提下，那些來自20世紀的芯片完全能滿足要求，因此它們就成了航天器的常客。

除了選用大芯片，許多航天器還會采用冗余容錯來實現(xiàn)對芯片的糾錯和檢測，比如，進行抗輻射加固、配備備用存儲單元、使用專門的存儲芯片等方式。這樣一來，航天器的“大腦”就顯得更加笨重了，這也是航天器看起來比普通家用電器還要“笨”的原因。

2021年年底發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的CPU搭載的是一款RAD750芯片，這款芯片于2001年發(fā)布，在計算速度和存儲性能等方面，都沒什么過人之處，但它能承受2000～10000戈瑞的輻射（相當于做一千萬次CT的輻射量）。RAD750芯片還同時運行在“毅力號”火星車和100多顆衛(wèi)星上，部分航天器上的芯片已經(jīng)接受宇宙“考驗”近20年，目前無一故障。

因此，航空航天雖然是高精尖的代表，但一直在用更加靠譜的老芯片。

（摘自《大科技·科學之謎》2024年5月A刊，小黑孩圖）