芯片揭秘 | 让北斗走进千家万户，给万物贴上精准时空标签——梦芯专访
来源:芯片揭秘发布时间:2021-10-164821浏览
询问 AI
芯片揭秘主播 幻实（左）对话
武汉梦芯科技有限公司创始人 韩绍伟（右）
2020年6月23日，9时43分，北斗第55颗卫星，发射成功！26年，55颗北斗卫星环绕琼宇，正式宣告中国第一“ 巨星天团 ”--北斗三号全球卫星导航系统成功“出道”!四十年来，北斗卫星导航系统经历了从无到有的艰辛历程，从中国走向了世界！
不为人知的是，在55颗北斗卫星的光芒中，流淌着超过30万北斗人的心血！他们让我们享受和平，让我们享受衣食住行的诸多便利，让我们享受着祖国日益强大的国防力量，他们是我们每一个中国人的北斗星辰！ 本期节目，我们邀请到武汉梦芯科技有限公司的创始人韩绍伟博士，听他向我们分享卫星定位系统的世界格局与本土定位芯片的发展历程。
以下内容由对话音频整理
- 从无到有三步走，走出中国，覆盖全球！
- 全球卫星导航系统，只此四家？
- 有GPS，为什么还要造北斗？
- 定位芯片，我们走到哪一步了？
- 6G+北斗，未来原来长这样！
从无到有三步走，走出中国，覆盖全球！
幻实（主播）
本期节目我们来到武汉的一家深耕北斗定位芯片的企业，先请这家公司的创始人韩博士跟大家打个招呼。韩绍伟（嘉宾） 大家好，我是武汉梦芯科技的韩绍伟。幻实（主播）其实，我是抱着许多憧憬来的，因为北斗在许多人心里是一个重要的、具有战略意义的象征。您是北斗导航定位芯片领域的专家，帮助北斗芯片实现了从无到有、从有到精。我想先请您给大家科普一下，北斗对我们国家意味着什么，它是一个怎样的存在？韩绍伟（嘉宾） 从技术层面讲，北斗就是为万事万物提供时空信息的技术手段。
从战略层面讲，时空信息是人类社会中最重要的信息之一。特别是在未来的智能社会里面，人类的所有经济社会活动都会依赖于时空信息，只要这个信息掌握在自己手里，我们就能够把握未来，如果掌握在别人的手里，别人就会控制你的未来。幻实（主播）当下，我们的生活被各种信息包裹着，您口中的时空信息与我们日常所接触到的信息，在维度上或者性质上有什么不同吗？韩绍伟（嘉宾） 生活中各种各样的信息都会经过大数据分析，AI计算等处理，如果这些信息没有时空属性，就会显得苍白无力。换句话说，时空属性可以让数据之间产生关联，通过数据的相互支撑进行AI计算、未来预测等，所以它是最基础的信息。幻实（主播）您是哪一年和北斗结缘的？那个时候中国的北斗系统建设到什么阶段了？韩绍伟（嘉宾） 我和北斗结缘其实有好几个契机。第一个是上个世纪80年代，我国提出了建设卫星导航系统的设想，我在研讨会中分享了一篇有关北斗定位精度分析的文章。1994 年，北斗一号系统建设正式启动，2000年，我国发射了第一颗北斗卫星，中国迈出了北斗系统建设的第一步。
那时候我还在国外，2008年回国参加国际会议，我与国内的同行，包括北斗系统的建设者一起讨论，他们向我介绍了很多有关北斗的情况，我也萌生了为中国北斗做定位芯片的心愿。
幻实（主播）
2008年的时候，国内有定位芯片吗？韩绍伟（嘉宾） 那时候没有，北斗二代的第一颗卫星是2007年发射的。幻实（主播）现在北斗卫星导航系统完成了全球组网，这是否就意味着我国北斗系统基础建设阶段结束了？韩绍伟（嘉宾） 北斗系统的建设主要分三步： 第一步是建设北斗一号系统，实现卫星导航从无到有。2000年，我国发射了2颗地球静止轨道（GEO）卫星，北斗一号系统建成并投入使用。我们称之为双星系统；第二步是建设北斗二号系统，在兼容北斗一号有源定位体制的基础上，增加了无源定位体制，开始做区域系统,服务亚太地区。
北斗二号覆盖范围
（图源：中国卫星导航系统管理办公室）
早在上个世纪80年代，我就和许多专家在一块讨论了很多想法，受限于当时的技术能力和经济能力，许多方案都没有被采取。直到2000年，我国才开始发射北斗一号双星系统的卫星，但双星系统在定位精度和可用性方面依旧偏弱；2007年，随着中国综合国力、科技水平和经济实力进一步提高，我国开始发射北斗二号区域系统的卫星，这里需要强调的是，区域系统并不是一个全球系统，其卫星数相对而言会少一点，仅能够支持在中国及周边地区进行准确的定位。
第三步，建设北斗三号系统，架设“星间链路”，实现全球组网。2020年6月23日，北斗三号系统提前半年完成 30 颗卫星发射组网的全面建成。
北斗三号系统图解
（图源：央视官网）
中国经济发展的速度很快，第一代还没有建完，第二代就开始布局了，第二代还在建设中，第三代就开始布局了。实际上北斗第3代正式运行是在去年7月份，习总书记宣布北斗三号全球组网成功并且投入使用，代表了中国的北斗定位系统跻身全球卫星导航技术前列。
全球卫星导航系统，只此四家？
幻实（主播） 还有哪些国家和地区有构建全球卫星导航系统的能力？韩绍伟（嘉宾） 目前世界上仅有 4 个全球卫星导航系统：中国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国的全球定位系统（GPS）、欧盟的伽利略卫星导航系统（Galileo）和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）。
四大卫星导航系统中， GPS 和 GLONASS 较早实现全球导航服务。
四大全球卫星导航系统（图源网络）
先说美国，他们的第一代卫星定位系统叫多普勒定位系统。第一颗卫星于1957年发射后，美国科学家在观测卫星信号时发现这颗卫星还可以用来定位，便由美国海军主导建设。美国第二代卫星定位系统于1971年开始筹建，1973年成立了GPS联合办公室，1978年发射第一颗卫星，1995年GPS正式投入运营。在全球卫星导航系统这个领域，他们是开拓者。俄罗斯是1978年开始筹建他们的全球定位系统，1982年发星。欧盟是上个世纪90年代开始设计，虽然其设计思路十分完善，但发星进程一再推迟，比北斗要慢很多。
说回中国，我们起步比较晚，实际上我们讨论全球定位系统是在2000年以后，却在伽利略系统之前完成了全球组网。
目前还有包括日本、印度在内的一些国家也在建设他们的区域系统。幻实（主播） 这样的系统一定需要雄厚的财力以及科技实力才能支撑。韩绍伟（嘉宾） 是的，全球卫星定位系统不仅需要建设，还需要维护，因为卫星是有寿命的。所以对一个国家的经济实力和技术实力都有很高的要求。
有GPS，为什么还要造北斗？
幻实（嘉宾） 梦芯是哪一年创办的？当时的初心是什么？韩绍伟（嘉宾） 梦芯于2014年成立。在北斗系统建设完成后。要想使北斗系统能够充分发挥作用，我们就需要合适的芯片，每一个想要有时空属性的应用都需要通过芯片来实现。 北斗定位系统主要分成三部分，卫星部分、地面控制部分及用户部分，卫星和地面控制部分主要由国家相关运营者或者大型组织机构负责。用户部分则需要通过芯片来获取时空属性。
所以要想让北斗得到充分应用，就必须有在性能、价格和功耗等方面都足够优秀的的芯片。幻实（主播）现在的智能手机也能实现定位功能，这些功能的实现是依靠哪些芯片？
韩绍伟（嘉宾）
定位芯片在手机上的应用是美国人发起的，大约在1999年，它是一种名叫E911的移动位置服务。当时，手机在国际社会开始普及，大家遇到危险时候报警，但警察却不能及时追踪报警者的位置，很难及时响应，迅速救援。 因此，美国要求所有的手机都要有定位的装置，GPS恰逢其时。起初高通率先推出GPS one芯片，后来他们又把GPS芯片和通信的芯片合在一起，进而演变成了高通的通讯芯片。然而智能手机普及以来，定位的功能属性，已经不仅仅局限于救援施救，越来越多的共享经济都离不开定位信息。可能大家觉得定位系统十分遥远，实际上把所有手机的位置信息关掉，共享经济就不存在了。 手机芯片基本被国外的高通等厂商所垄断，他们在早期都会选择搭载GPS，后来随着北斗定位系统的发展，他们在GPS的基础上扩展了北斗，但是北斗是在GPS的引导下工作的。
幻实（主播）
如果我们的所有定位信息都被海外的公司掌握，会直接影响到国家的安全。韩绍伟（嘉宾） 没错，你说的是第一个层面。从第二个层面来说，现在很多手机上的北斗是在GPS引导下捕获北斗卫星的，如果外部力量对GPS动了手脚，可能也会影响北斗的性能。幻实（主播）所以我们需要设法摆脱对GPS的依赖。韩绍伟（嘉宾） 是的，所以梦芯的另一个使命就是：不管太空中有多少个系统，我们都可以接收它们发出的信号，并且做到每个系统之间独立定位，互不干扰。之前我有介绍到，目前可供人们选择的有四大定位系统，除非这四大集团同时制裁一个国家，不然这个国家都会有相应的定位系统可供使用。 海湾战争应该是第一场GPS全面赋能下的战争。所谓时空属性赋能的战争，就是各种武器装备通过精准的时空属性实现高度协同，信息共享；这也使GPS化身成为智慧化战争武器体系中的一个系统，它展现出的巨大威力有目共睹。不过，战争只是定位系统应用的一个方面，其实它无时无刻不在日常生活中服务着我们的衣食住行。从这个角度看，卫星定位系统对人类社会的发展发挥着很大的作用。
另一方面，如果我们的时空属性信息不能自主可控，那将十分可怕。因为城市发展的智能化程度越高，对时空属性的依赖性就越强，如果有人有意断开卫星系统一段时间，整个城市就会瘫痪，北斗定位系统的战略意义也体现于此。幻实（主播）听了您的介绍，我觉得发展北斗定位导航系统是一个不得不做的战略选择，尤其像我们这样的大国，太多场景需要自主可控。韩绍伟（嘉宾）
没错。全球定位系统对国家的自主发展而言影响十分深远，但是并不是每个国家都需要建设一套这样的系统，这对综合国力是一个极大的挑战。
不过有一点是可以肯定的，对于一个想有独立发言权的大国来讲，它是必备的。
定位芯片，我们走到哪一步了？
幻实（主播）
定位芯片想要做到独立生存、不依赖任何一个系统，难不难实现？具备这种能力的公司多不多？韩绍伟（嘉宾） 我们需要把这个观念渗透到设计芯片的各个环节。在美国做GPS的芯片的时候，大家的想法是做一个供全人类使用的全球定位系统，但随着多个系统、多个政治团体的相互较量，大家逐渐改变了观点。如果天下大同，也不会有那么多问题了。 卫星是所有人的卫星，只要我们的芯片接受所有的信号，那么我们的系统就会比任何一家都强，但由于各个国家地区的政治利益不一样，我们也要满足实际用户的需求。我在2014年成立梦芯，时间上虽晚一些，但想得也更周全一些。早期成立的同类型公司可能没想那么多，但之后想推翻原有的计划重新设计，代价就会大一些。幻实（主播）我知道您在国内定义了北斗定位芯片的很多初始概念，在您看来它的哪些能力是最重要的？
韩绍伟（嘉宾） 关键技术牵涉到不同方面，主要还是整个信号处理的理论和算法等，实现手段可以是芯片，也可以是计算机。当然，通过芯片来实现是效率最高、成本最低、功耗最低的手段，另外，如今的芯片的尺寸越做越小，可以很方便地应用到各个领域。
一体化定位芯片结构
（图源：东北证券）
幻实（主播）国内的芯片生产能力是在增强的，28纳米以内的制程也逐渐走向成熟，所以对做北斗芯片的梦芯而言应该是一个很好的促进。韩绍伟（嘉宾） 如果单纯从北斗定位芯片的角度出发，我们并不追求用最先进的制程，而是追求最高的性价比。当我们把北斗放入通讯芯片或者其他芯片中，芯片的数字与模拟之间的比例会发生变化，对制程的依赖性也就有所不同。幻实（主播）你觉得这个行业是一个门槛很高的行业吗？
韩绍伟（嘉宾） 看似不高，实则很高。幻实（主播）它的隐性门槛体现在哪儿？韩绍伟（嘉宾） 想做定位芯片，就要专注，随便买个IP就冲进这个赛道最多就是昙花一现。另外，高精度定位芯片的研发不是一个一劳永逸的技术，北斗和GPS这类系统的定位芯片是每年一个样，三年大变样，技术在持续不断地更新，这也是我从80年代至今，坚持近几十年还津津有味的原因。也有人问我为什么这一辈子就跟他较劲，我想说的是，北斗定位芯片有许多趣味、许多挑战等着我。
北斗卫星导航系统的空间段由GEO 卫星、IGSO 和 MEO 卫星等组成；MEO卫星距地大概2万多公里，GEO卫星距地约35,000公里高。信号都是从很远的地方发回地面，并且要求它的功率要低于噪声至少30db以上，这样信号才不会干扰其他信号，所以它的信号很弱。另外，人们平时接收信号的场景千奇百怪，树木覆盖，高楼遮挡、高架桥下，都需要接收。 过去，高精度测量测绘领域的定位精度要求极高，但是它对可靠性、实时性的要求相对要低一些。即使是现在，国际社会基本上也都在集中用伪距技术来做导航，用载波来做高精度，但是这些技术只能局限在固定几个应用场景里，对于需要精准管理，实时控制，高可靠性的无人机、无人驾驶等应用场景而言，还需要继续升级技术。需求是创新之母，技术的更新迭代对我们而言，只有更好，没有最好。
6G+北斗，未来原来长这样！
幻实（主播）研发北斗定位芯片您乐在其中，不同的场景让你有不同的研发动力。埃隆马斯克的星链计划想要搭建由数万颗卫星组成的互联网服务，其中1584颗将部署在地球上空550千米处的近地轨道。想请教您，这套系统会不会对我们的北斗体系或者是我们现在的定位模式有比较大的干扰？“星链”有没有可能在未来取代北斗？
韩绍伟（嘉宾） 1000公里高的低轨卫星绕地一周大约需要100分钟，距地越低，速度越快。实际上低轨卫星上的星际链路、精准的时空同步，都需要通过GNSS(全球导航卫星系统)来实现。 6G的目的就是要取代地面的基站来做通讯，地面基站可以覆盖30%的陆地，却覆盖不了70%的海洋，而取代地面基站就能给无死角覆盖全球。当然它的运营维护都是全球性的，这样的系统的建设成功主要依赖于对卫星的管理和控制，所以在卫星上面一定会有GNSS的芯片。由此可见，没有像北斗、GPS这样精准的GNSS系统，是难以实现这样的星际链路的。 反之，低轨卫星发射的信号可以用来辅助定位，它的信号比北斗信号强，在可用性、可靠性等方面可能会对北斗的定位起到进一步的改进作用。幻实（主播）我国也会发射很多低轨卫星吗？
韩绍伟（嘉宾） 中国发低轨卫星的速度不会比美国慢，甚至比他们要快很多。在可以预见的未来，中国的低轨卫星可能会超过美国低轨卫星，中国的6G也可能会比美国的6G更早实现。而中国的实现方式可能是北斗与6G的深度融合，它们是相互补充、相互支撑的关系。
北斗系统迅速追赶组网卫星数差距
（图源：欧洲导航卫星系统管理局 ）
幻实（主播）5G和北斗有着怎样的融合关系？韩绍伟（嘉宾） 根据不同的应用场景定义了不同的5G标准，这么做的目的就是根据特定应用场景进行优化。换句话说，在特定场景下，想要实现高速传输、精准定位定向及自动控制，只有依靠北斗提供的精准手段。所以北斗在5G的建设过程中，并不仅仅只是提供精准的时间，它起到了更为重要的作用。
另外，5G的普及，使得NB-IOT这类低功耗、低成本的通讯方式得到广泛应用，万物互联时代下，时空属性将发挥巨大的作用。所以5G的推出让北斗能够更切实地解决各个应用场景下的疑难杂症，让智能走进千家万户。幻实（主播）梦芯科技曾经不止一次荣获北斗科技进步一等奖，这个奖项对一家定位芯片公司而言意味着什么？它的含金量有多高？韩绍伟（嘉宾） 那个奖是中国卫星导航定位协会颁发的，相当于是省部级的行业最高奖。
第一个奖是因为我们实现了我国第一颗量产的40纳米定位芯片，过去我们想象的北斗都是“高高在上”，又重又贵，这是大家的传统印象，而这颗芯片的问世，让北斗像GPS一样进入了千家万户。
梦芯科技展厅一隅（图源：梦芯科技）
第二颗芯片的获奖是因为它是全球第一颗在低成本、低功耗的芯片架构上实现厘米级和毫米级精度的芯片，开辟了高精度时空信息进入千家万户的新时代。
过去的导航都是为个人提供导航服务的，米级的精度就够了，如果要承担给机器人、机器手导航的任务，精度要求会高得多。比如指导机器人把地上的一分钱捡起来，其定位精度就要达到厘米级；监测山体滑坡，想要察觉细微的变化,就要将定位精度控制在毫米级，当然，这项技术在过去是能实现的，但是它的显著的特征就是功耗高、成本高。特斯拉现在研发的自动驾驶，用的芯片成本也很高，在没量产之前是可以实现，一旦想要投入量产，如此昂贵的成本也是不现实的。 现在市面上的智能汽车普遍采用的是L2、L3的辅助驾驶，相较自动驾驶而言，对定位精度、响应速度要求稍低一些。
幻实（主播）
我觉得您是提前把未来的样子都想好之后再反过来做芯片设计。
韩绍伟（嘉宾） 是的，芯片设计主要还是看市场的需求。中国在物联网智能管理领域走在全球的前列。智慧物流、共享经济等概念在中国人口稠密、高楼大厦鳞次栉比的各大城市中，如何最大化、高效率地使用现有的公共资源，让每个人的衣食住行都变得便利？只有通过智能化方式来解决！而这样的市场需求就催生了技术创新。幻实（主播）
您刚刚提到的高精度定位，以前很多情况下是通过摄像头技术引入的，摄像头也会存在光线遮挡、拍摄续航、算法转换等问题，如果现在真的能够通过一颗定位芯片就能解决，我想在数据处理方面可能也是一个不错的解决方案。韩绍伟（嘉宾） 摄像头针对的是局部地区，它提供的信息不是全球属性，它的编码不是全球唯一。在万物互联时代，所有的数据都会被汇总、计算、应用，那么北斗提供的唯一没有歧义的时空属性就会让这些数据在大数据计算中发挥作用，而摄像头只是一种辅助手段。幻实（主播）韩博士您在这个行业快40年了，至今依旧怀揣理想、充满斗志，您下一步规划是什么？您对未来有怎样的构想？韩绍伟（嘉宾） 从技术层面来看，过去是一年一个样，三年大变样，我相信未来也会是这样。
就市场层面而言，我们正在从传统的给人导航，为测量测绘提供精准位置这个时代迈向万物互联的时代，时空属性被赋予了新的价值，不只是导航，还有精细化管理。它逐渐渗透到了各个领域，我们的日常生活中已经离不开北斗了。面对新的需求，我们将会做出更多的创新。所以我觉得现在才刚刚开始，未来是一个很大的蓝海市场。
高精度定位芯片在自动驾驶中的应用
（图源：地理信息世界）
幻实（主播）
现在是智能时代开始起步的阶段。在您的认知中，北斗充满了烟火气息。
韩绍伟（嘉宾） 北斗永远不是一个高高在上的技术，而是日常生活中的点点滴滴。
幻实（主播）一路走来，你觉得累吗？韩绍伟（嘉宾） 累是常态，只要有乐就不会累。幻实（主播）借助芯片揭秘的平台，您有没有什么想对社会呼吁的？
韩绍伟（嘉宾） 很多人对新技术抱着批判的心态，我觉得我们需要拥抱新技术，让新技术带领我们从一个阶段走向另一个阶段，任何一个新技术都可能给你带来一些正面和负面的影响，但正面的一定是主流的。我们要做的是规范新技术的应用，让它做有利于人类社会发展的事情。
芯片是导航产业链的核心器件，其灵敏度、功耗、尺寸、成本等性能，将直接影响导航定位终端产品的核心竞争力。其实早在北斗三号系统建设过程中，本土企业就已经积极开发定位芯片，抢占技术高地。
由于5G、物联网以及支持GNSS的智能设备的广泛普及，实时、精准、高效逐渐成为众多智能产品的硬性要求，根据欧洲GNSS机构发布的报告，预计到2029年，在消费类解决方案行业中，全球定位芯片销售和服务的总收入将超过1430亿美元，同时，全球定位芯片的安装量预计到2029年将达到90亿颗。
2015年，梦芯科技发布全球首颗40nm工艺的量产GNSS芯片，使北斗走进千家万户，2017 年， 华大北斗发布支持北斗三号信号体制的导航型 SoC芯片HD8040；；2020年，和芯星云正式发布22nmGNSS芯片；同时梦芯开发了新一代高精度、低功耗、低成本架构下的GNSS芯片…… 北斗事业是国家赋予北斗人的使命，亦是成就北斗人梦想的舞台。致这么多年仍在北斗圈摸爬滚打的前辈们、战士们，他们还在坚持，只因有一种情怀，叫我是北斗人！新闻来源：芯片揭秘，文中所述为作者独立观点，不代表icspec立场。更多精彩资讯请下载icspec App。如对本稿件有异议，请联系微信客服specltkj。
