北斗全球系统完美收官背后的芯片英雄

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今天上午，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星，暨北斗三号最后一颗全球组网卫星，至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。 此次发射的卫星属地球静止轨道卫星，经过一系列在轨测试入网后，我国将进行北斗全系统联调联试，在确保系统运行稳定可靠、性能指标优异基础上，择机面向用户提供全天时、全天候、高精度全球定位导航授时服务，以及星基增强、短报文通信、精密单点定位等特色服务。 随着北斗系统全球组网的步伐，北斗芯片的研发生产技术也在逐步成熟。从最初的全部进口到现在的自主研发，从当年的跟随学习到现在的比肩引领，国产北斗芯片逐步替代国外产品并且实现产业化。 近期，中国卫星导航定位协会发布《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》，白皮书显示，截至2019年底，国产北斗兼容型芯片及模块销量已突破1亿片，国内卫星导航定位终端产品总销量突破4.6亿台。 然而在北斗导航系统研发形成伊始，我国绝大部分的导航终端还都要依赖国外芯片。2007年以前，我国北斗接收机的芯片也均由国外企业提供，这些关系着国家安全的核心器件，制约了北斗的整体建设发展。 2004年，我国开始建设北斗二号区域卫星导航定位系统，北斗系统的建设，也让国内梦想争做“中国芯”的科技公司看到了发展的前景，在国家扶持下，芯片企业先后解决技术、人才和资金等问题，国内自主研发北斗芯片开始快速发展。 目前，国内以北斗为核心的导航与位置服务技术创新持续活跃，国产芯片、模块等关键技术进一步取得全面突破，性能指标与国际同类产品相当。 目前，国产北斗芯片工艺水平跨入28nm时代，支持北斗三号新信号的28nm工艺射频基带一体化SoC芯片，已在物联网和消费电子领域得到广泛应用。最新的22nm工艺双频定位芯片已具备市场化应用条件，全频一体化高精度芯片正在研发，北斗芯片性能将再上一个台阶。总体性能达到甚至优于国际同类产品。国产北斗芯片已实现规模化应用，高精度OEM板和接收机天线已分别占国内市场份额30%和90%。北斗高精度产品出口到100多个国家和地区，北斗地基增强技术和产品成体系输出海外。 

北斗芯片的意义和价值

北斗芯片包含了RF射频芯片，基带芯片及微处理器的芯片组，相关设备通过北斗芯片，可以接受由北斗卫星发射的信号，从而完成定位导航的功能。 国内做北斗芯片的企业也比较多，大家都看到市场前景好。但是芯片研发、流片、测试的前期投入很大，有的企业一直在亏损。 与发展了近30年的GPS相比，北斗的主要差距体现在三个方面。 一是天上的卫星、地上的地面站不够多。卫星数量不够，使得地面终端接收机能接收到的卫星数量少，要提高导航和定位精度，技术难度更大。地面站的作用非常重要，通过地面站对卫星的姿态、轨道进行精确调整，使卫星的轨道更加稳定合理，有利于提高地面的信号质量。但我国的地面站基本都在境内，没有海外地面站，对卫星系统的尽快稳定运行十分不利。 二是国外的GPS基带芯片技术已经发展到第四代，在抗多径、加惯导方面积累了大量的实践经验，芯片技术已经非常成熟，实现了单芯片方案，在成本上优势非常明显。这些经验都是通过大量的测试和系统实际运行积累起来的。北斗也要经过若干年的经验积累，才能达到类似的成熟度。 三是要实现高质量的差异化服务，还需要建设地基增强系统，开展运营和服务。由于北斗的用户数量少，还没有运营商投资建设地基增强系统。 尽管北斗芯片发展的困难很大，但是做自己的北斗芯片的意义很大。首先，发展北斗产业，必须要有相应的基础芯片做支撑，否则既谈不上产业发展，也无法达到保障国家经济和社会安全的目的。从这个意义上说，北斗芯片做得好坏，关系到整个北斗产业的发展。因此，北斗芯片不是要不要做的问题，而是必须要做好的问题。 北斗芯片对整个北斗产业乃至信息产业的发展起着重要的支撑作用，体现在几个方面。一是产值。芯片的1元产值，可以带动整机的几十元甚至上百元的产值。二是扩大整个市场的规模。芯片成本的稳步降低，将使北斗在越来越广阔的范围内获得应用，从而带动市场规模的扩大。三是促进我国信息化程度的进一步提高。未来，基于位置的广告、社交、安全等服务将成为移动互联网的重要服务内容。把北斗的位置服务与车辆的信息服务相结合，将使车联网的服务内容更加丰富。

北斗芯片需要高水平迭代

尽管国产北斗芯片如今在各个领域已经取得了很大成就，但是在技术与研发方面依然存在着一些问题和挑战。在技术方面，中国卫星导航定位协会秘书长张全德认为，国产北斗芯片目前在功能集成融合方面技术积累较为薄弱，挑战较大。然而，目前的北斗应用与产业化发展已经全面进入技术融合、应用融合、产业融合的新阶段。因此，北斗芯片如何更好地融合于移动通信芯片，融合于物联网芯片，这对于北斗产业的发展来说至关重要。 在北斗芯片研发方面，深圳华大北斗科技有限公司北京分公司总经理葛晨认为，与北斗系统空间段高速发展的节奏相比，北斗芯片产业发展滞后，是目前北斗应用的短板和痛点之一。目前北斗芯片研发团队小而散，发展基础多以民间资本为主，无法形成大规模、高水平、大跨度的提升和进步。这种局面严重制约了产业应用的发展。 另外，功能集成化成北斗芯片发展的必然趋势。 未来，北斗芯片应用领域将会越来越广泛，对于技术的要求也会越来越高。同时，面对各种问题和挑战，北斗“芯”技术将会有怎样的发展目标?一方面要进一步加强基础产品研发应用，开发北斗兼容GPS、格洛纳斯、伽利略等其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，发展壮大自主的北斗产业链。另一方面要继续开发并完善北斗的高密度导航芯片等技术和产品，突破我国北斗导航芯片研发短板，同时加强产品和应用模式创新，提升产品性能、功耗、成本等核心竞争力。 此外，葛晨认为，提升芯片集成度将是未来北斗芯片发展的重点技术攻关方向：“目前导航定位芯片较为成熟且性价比较好的工艺是40nm CMOS工艺，可以为导航定位芯片带来低功耗、低成本、低风险等诸多优势，未来将向更先进的工艺演进和升级。SoC芯片在单一芯片上集成微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器、外围接口等，具备集成度高、功能强、功耗低、尺寸小等优点，可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本，缩短开发周期，提高产品的竞争力，这也是北斗芯片技术发展的必然趋势。” 同时，张全德也提到，随着北斗“融技术、融网络、融终端、融数据”的全面发展，也必将形成一个个“北斗+”创新和“+北斗”应用的新生业态，成为国家综合时空体系建设发展全新布局的核心基础和动力源。所以北斗芯片未来的发展趋势将是通过功能集成来达到性能优化，同时融合通信、物联网和各种传感器，成为推动智能产业发展的助推器。 图：北斗产业链主要上市公司(来源：东北证券) 目前，全世界一半以上的国家都开始使用北斗系统。后续，中国北斗将持续参与国际卫星导航事务，推进多系统兼容共用，开展国际交流合作，根据世界民众需求推动北斗海外应用，共享北斗最新发展成果。