《航天環境工程》在12月刊發的論文中給出了一個非常有趣的資料，目前我國已經在天宮空間站上測試16~28納米制程的20多款CPU，但國際空間站以及美國的最新航天器上卻仍然再用30多年前技術生產的CPU，有媒體稱，中美之間的“晶片戰爭”已經從地面蔓延到了太空，而在這一局，中國似乎穩贏了美國！
天宮空間站用上最先進晶片!
這篇標題為《先進製程晶片在軌飛行驗證通用系統設計》的論文稱，中國目前已經完成了16 nm FinFET、28 nm億門級FPGA、高速DAC等10類20餘款國產晶片的在軌飛行驗證，獲取晶片的在軌飛行工作資料，開展晶片的空間適用性分析。
目的是透過在軌飛行驗證，開展晶片的空間應用故障模式和輻射效應機理研究，完善其在軌使用策略，推動國產先進製程晶片抗輻射加固技術的發展。
為了這些晶片能在空間站中順利測試並檢驗其是否能滿足使用要求，空間站上還特別設計了測試架構與裝置，採取雙冗餘冷備份硬體設計及軟體容錯方案。對外透過1553B外匯流排與數管系統進行通訊，1553B介面為經典冗餘熱備份設計，具有A、B兩條通道，在單通道故障情況下，可以將匯流排切換到另外一條通道上。
主控單元與試驗單元透過CAN內匯流排獲取各個試驗單元上待試晶片的在軌飛行試驗資料。該系統充分利用CAN匯流排的可擴充套件性，可將節點擴充至110個，以方便航天員定期在軌更換試驗單元模組，開展晶片的在軌適應性驗證任務。
天宮的實驗櫃：居然還能測試晶片？
各位一定是看得雲裡霧裡的，論文也沒有說明這個在軌測試到底是在什麼航天器上在軌測試，但有一個說明暴露了使用環境“航天員定期在軌更換試驗單元模組”，也就是天宮空間站，因為我國除了天宮空間站上有這個裝備外其他都不具備。
天宮空間站上總共有三個試驗區域可供試驗，包括核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙，在《中國空間站科學實驗資源手冊》中能翻到實驗櫃以及用途的說明，其中涉及到微電子的試驗的應該在艙內獨立載荷資源的實驗櫃，手冊中是這樣描述的：
上圖為各個實驗艙的實驗櫃，估計各位應該找不到電子裝置的實驗櫃，筆者認為應該在準備擴充套件的控制實驗櫃裡，空間站配有空置實驗機櫃，當專用科學實驗櫃不能滿足實驗要求時或有其他特定的實驗需求時，可採用標準模組組合的形式設計艙內的獨立載荷，插入空置實驗機櫃開展實驗。
資訊介面支援支援接入 FC-AE-1553 光纖網路的有效載荷，能提供4Gbps速率通訊，還支援接入1553B 匯流排的有效載荷，速率1Mbps，功率不大於500W，完全能滿足主機板+晶片測試的要求。
因此最有可能展開實驗的就是這個“空置的實驗機櫃”裡，不過這個不是關鍵，畢竟大家只關心結果，當然也不全是好事，只要有測試總歸是有好也有壞的，比如某16 nm FinFET的BRAM晶片記憶體儲單元受輻照後，反相器開關閾值減小，漏電流增大，導致FPGA的配置儲存器抗翻轉能力降低，SEU截面增大，這表示需要進一步測試，如果問題嚴重的話甚至還需要改進設計等。
為什麼不用最新的先進晶片？
相信已經有很多網友在質疑了，16~28納米制程的晶片也算最先進？估計連小學生都知道，CPU已進入3奈米時代，在研技術還要更高一些，請問16納米制程的晶片怎麼算最先進的？
筆者知道各位會有這個疑問，但本文還要給出一些資料，估計各位看了會驚掉下巴，據此前美媒的報道，當年國際空間站上使用的晶片還是十幾年前的技術，而在2021年發射的、全球最強大的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡使用的晶片還是RAD750，這顆CPU於2001年釋出，工藝僅為150nm，TDP僅為5W，目前隨便找個老人機的晶片都要比它強得多。
美國人用不起嗎？顯然不是！航天器上用老掉牙晶片的問題普遍存在，原因也很簡單，太空中由於沒有大氣層的遮擋，因此遭到高能粒子轟擊的可能性很高，比如來自太陽的高能帶電粒子或者宇宙射線中的高能粒子，這些高能粒子的穿透性很強，可能會穿過重重遮蔽罩進入晶片內部，打在核心電路上，產生的強大的電訊號可能會干擾正常工作的CPU產生錯誤指令訊號。
為何會這樣？如何避免問題的產生
航天器與在地面工作的電子裝置是不一樣的，航天器的環境會有大量的宇宙輻射，這些輻射中的高能粒子會穿透遮蔽層，這個有多重效果，比如引起半導體能帶老化，產生錯誤電訊號，輕則導致航天器重啟，重則可能會失控。
據資料統計，從1971年到 1986年間，國外發射的39顆同步衛星共發生了1589次故障，有1129次故障與空間輻射有關，且其中的621次故障是由於單粒子效應導致的。還有兩次著名的事件，一次日本的硬X射線望遠鏡“瞳”衛星在南大西洋磁異常區域時遭到了粒子轟擊導致失控瘋狂旋轉解體，另一次是俄羅斯“福布斯·土壤”火星探測器帶著中國的第一個火星探測器“螢火一號”在地火軌道轉移時遭到宇宙射線轟擊，火箭失控未能啟動，軌道轉移失敗墜入大氣層。
瞳衛星
單粒子效應後果非常嚴重，如何避免呢？可以加入額外的冗餘電路，比如使用三模冗餘（TMR）的方式，這是最具有代表的容錯機制。同一時間三個功能相同的模組分別執行一樣的操作，由於單粒子衝擊時的電訊號僅僅來自一路，“三選二”的投票器將會選出其餘兩路的正確結果，增強電路系統的可靠性。
冗餘電路很強大，但成本很高，同樣的電路需要三套！除了這方法外也可以用錯誤檢測與糾正電路（Error Detection And Correction,EDAC）來防止突發的電訊號誤觸發，但這種電路需要糾錯、譯碼電路，因此結構較為複雜，不適宜用於高效能的資料通道中。
通常將冗餘與糾錯配合使用，比如通常會在邏輯電路設計中使用TMR，在儲存器讀寫電路中使用EDAC。這就增加了額外的成本，導致CPU價格高昂，比如毅力號搭載的處理器型號為PowerPC 750，主頻只有233MHz，但單價仍高達20 萬美元。
不止是抗輻射要求：宇航級CPU要求多了
除了大家都知道的耐輻射要求外，宇航級CPU還有耐熱以及抗寒性要求，太空環境沒有空氣流動，只能依靠輻射散熱，在地球軌道附近時遭遇太陽直射，溫度會升高到200℃以上，但當衛星執行到地球的陰影面時又會低至-100℃以下，這個高溫-極寒輪番交替，比地獄條件還要惡劣，即使CPU在熱泵技術下保持相對恆定的小環境，但條件依然要比地球上的CPU高得多，所以宇航級CPU的要求是相當變態的。
為什麼宇航級CPU效能要求那麼低？
這個問題其實好理解，因為這些都是專用CPU，並不像電腦與手機CPU那樣需要處理各種資料，並且作業系統很小，只有幾十KB，多的也不過MB大小，哪會像電腦作業系統那樣動輒幾個G，幾十G的。
不過隨著空間站的建設，這個要求正大幅度提高，比如除了空間站控制操作等CPU的高要求環境外，通用CPU的使用也正在增加，在宇航級CPU上我國早就實現了獨立自主，早在2021年時北斗三號系統衛星總設計師林寶軍出席公開活動時表示，北斗三號衛星目前核心器件包括國產龍芯CPU、國產FPGA、國產ASIC、載荷的微波器件等全部實現自主可控，這表示我國在龍芯CPU在宇航級使用上已經全面突破，並且在低納米制程上開始在空間環境始終使用的測試。
這次《航天環境工程》爆出正在測試16nm的CPU，按CPU級別算應該已經達到了英特爾第六代酷睿處理器（代號Skylake）：比如i5-6600K、i7-6700K以及英特爾第七代酷睿處理器的效能，當然這只是製程，實際效能還要看CPU的引數。
天宮空間站VS國際空間站，外媒：中國空間站像蘋果專賣店
有網友表示，拿天宮空間站去和26年前開建的國際空間站相比，是不是有點勝之不武？確實是這樣，我們必須承認科技在發展，天宮空間站能動用的技術要比當年國際空間站要先進得多，但問題來了，全球那麼多國家為什麼只有中國造出了太空中的第二個空間站？
我們不否認技術確實在進步，但縱觀全球，絕大部分的國家都在享受技術帶來的便利，但創新與技術革新就只有那麼幾個國家，除了美國以外中國就是最大的那個技術革新國，或者因為歐美的封鎖中國正在重複發明輪子，但這沒有辦法，我們買不到這些技術，甚至買不到先進技術生產的產品，因為西方對我們禁運了。
當年我們也曾多次希望參加國際空間站的建設，但完全沒有得到美國的回應，那就很抱歉了，中國只能另起爐灶新造一個空間站，現在新空間站造好了，美媒Futurism在2021年10月19日曾發表的文章是這樣定義中國空間站的：
- China’s New Space Station Looks Like an Apple Store Inside，It puts the ISS to shame.
- 中國的新空間站看起來像蘋果商店，這讓國際空間站感到羞恥。
國際空間站已經老舊了，到處都是亂糟糟的裝置，像個垃圾堆，估計最多也就再撐個十年了，天宮空間站不僅提供明亮寬敞的鋪位，還給航天員提供時尚的太空健身房，和獨立的生活空間。
其實也沒啥，風格不同而已，中國人喜歡收納得整整齊齊，美國人簡單直接，亂糟糟以工作第一位的工業風也不算太大的差異，關鍵還是技術的進步，天宮空間站以80多噸的噸位能完成國際空間站2/3的任務，太陽能電池也不比國際空間站差多少，並且天宮擴充套件到180噸將完勝400多噸的國際空間站，當然更好的訊息是天宮正有此意！
不過對美國卻不是一個好訊息，因為國際空間站計劃在2030年退役，而且在退役後美國將在無法獨立建設空間站，儘管有計劃引入民間資本建立商業空間站，不過到現在為止這項計劃不是很順利，未來前途堪憂。
技術正在進步，中國正在用最新的技術建設空間站，美國的技術也在進步，但美國似乎不太有能力將最新的技術應用於空間站建設，就像美國人自己說的那樣，美國空有最先進的軍事技術，但卻無法以此快速生產出航母、先進驅逐艦以及戰鬥機。
