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CPU|盤點：那些宇航級CPU和“上天”的奧秘

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CPU|盤點：那些宇航級CPU和“上天”的奧秘

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【CPU|盤點：那些宇航級CPU和“上天”的奧秘】導讀：前段時間芯片大師借北斗總師：國產航天級CPU、FPGA等核心器件已100%自主可控一文簡要寫了國產龍芯CPU的“上天”情況 ， 書接上回 ， 本文繼續帶來人類航天事業中的核心器件——宇航級CPU的幾樁軼事 。


圖：1972年搭載首顆CPU的先鋒10號


如果說探尋外太空是屬于人類的終極浪漫 ， 那么為各類航天器、空間站和探測器設計器件無疑就是IC工程師的終極浪漫 ， 而CPU作為最重要的宇航級器件承擔了重要使命 。
自1972年第一顆真正意義上的處理器登上太空以來 ， 宇航級CPU和消費級CPU就像DNA雙鏈一樣 ， 緊密聯系卻又涇渭分明 。

由于美蘇爭霸時代的太空競賽 ， 一次發射任務具有極高的沉沒成本（相對于21世紀） ， 要求攜帶的宇航器件必須高度可靠和耐用（在任務設計時間內） ， 這決定了宇航器件設計的三個特點 。


圖：制造于2001年的RAD750

第一 ， 相對“保守”的性能 。 在人類探索宇宙初期 ， 即使有加熱/散熱器 ， 太空中的溫度也會有很大差異 ， 同時 ， 電子系統和器件暴露在輻射中的可能性是巨大的 ， 此外還面臨振動、大氣密度和材料導致的電氣性能變化問題 。
因此 ， 在設計其中一個系統時 ， 性能指標的優先級要低很多（類似于新能源時代以前的汽車） ， 設計師并不總是使用最新最好的微處理器 ， 而大概率是“能用”和“夠用” ， 且異常笨重（因此缺乏集成電路而大量使用電子管的蘇聯側重發展“大力出奇跡”的火箭） 。

圖：韋伯搭載的RAD750性能指標

例如 ， 剛剛在圣誕節發射的詹姆斯韋伯太空望遠鏡搭載的就是一顆主頻為118MHz的RAD750芯片 ， 這顆CPU于2001年發布 ， 工藝僅為150nm ， TDP僅為5W 。 這顆CPU只有上世紀的孱弱性能 ， 但能承受2000-10000戈瑞（Gy.）的輻射 ， 大約是做一次CT的1千萬倍 ， 也是單顆售價約29萬美元的核心賣點 。

而韋伯的大表哥——哈勃望遠鏡 ， 至今仍然運行在英特爾的80486上 。
同時 ， RAD750還運行在毅力號火星車和100多顆衛星上 ， 接受宇宙“考驗”近二十年目前無一故障 。
從上表也可以看出 ， 這些奇奇怪怪的宇航級CPU性能和消費級產品完全不在一個時代 ， 同時指標根據任務需求高度定制化 。

圖：采用RAD6000 的機遇號火星探測器

第二 ， 只相信測試和實驗 。 這就涉及到器件的認證標準和工藝 ， 比如NASA規定 ， 用于太空的CPU必須首先符合美國國防部的MIL-STD-883標準——一套為確?？煽窟\行而專門開發的100多項測試 。
這些測試包括：熱、機械、交流電氣和直流電氣測試以及單個晶圓檢查的采樣要求 。 而前期測試結果顯示 ， 大多數通過的CPU都來自晶圓的中心 。 由于早期晶圓制造工藝限制 ， 采用中心的die更好地避免了邊緣缺陷 ， 使設備更加耐輻射 。
某種程度上 ， 宇航級芯片都是高度定制化基礎上 ， 再逐一測試、挑選的結果以確保最優解 ， 與消費市場芯片量產的良率和測試有本質區別 ， 同時帶來的就是成本和價格暴漲 。

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