一、引言
在商業(yè)航天和核電站等領(lǐng)域,對(duì)于具備抗輻照性能且成本低廉的電子芯片需求日益增長(zhǎng)。隨著技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)芯片在這些特殊環(huán)境下的性能和成本問(wèn)題逐漸凸顯,無(wú)法滿足現(xiàn)代應(yīng)用場(chǎng)景的要求。低成本抗輻照DCDC電源芯片ASP4644S應(yīng)運(yùn)而生,為解決這一難題提供了新的思路和方案。
二、商業(yè)航天與核電站的芯片需求背景
(一)商業(yè)航天的迅猛發(fā)展
商業(yè)航天已步入“萬(wàn)星時(shí)代”,以SpaceX星鏈計(jì)劃為例,其衛(wèi)星數(shù)量已超6000顆。我國(guó)的“千帆”“GW”“鴻鵠-3”等星座規(guī)劃,合計(jì)近4萬(wàn)顆衛(wèi)星。在這一背景下,單星制造成本被大幅壓縮,從傳統(tǒng)數(shù)億元降至數(shù)百萬(wàn)元。然而,傳統(tǒng)的宇航級(jí)芯片單價(jià)高昂,通常在萬(wàn)元級(jí)別,這使得大規(guī)模衛(wèi)星組網(wǎng)面臨巨大的成本壓力。
同時(shí),低軌衛(wèi)星并非處于無(wú)輻射環(huán)境。南大西洋異常區(qū)(SAA)在200-800km高度的質(zhì)子通量比其他區(qū)域高出2-3個(gè)數(shù)量級(jí),成為商業(yè)衛(wèi)星失效的高發(fā)區(qū)域。車(chē)規(guī)/工業(yè)級(jí)芯片在此區(qū)域的SEU(單粒子翻轉(zhuǎn))率高達(dá)10?3/器件·天,遠(yuǎn)無(wú)法滿足衛(wèi)星5-8年的設(shè)計(jì)壽命要求。
(二)核電站的特殊需求
核電站內(nèi)的機(jī)器人和傳感器累計(jì)劑量可達(dá)30-50krad(Si)/10年,而傳統(tǒng)工業(yè)CAN收發(fā)器在200小時(shí)后便會(huì)出現(xiàn)漂移失效。安全級(jí)DCS(數(shù)字控制系統(tǒng))要求單粒子錯(cuò)誤率低于10??/器件·天,并且需要實(shí)現(xiàn)100%國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)鏈,以保障核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
(三)傳統(tǒng)芯片的不足
傳統(tǒng)芯片在商業(yè)航天和核電站等領(lǐng)域的應(yīng)用存在明顯局限性。一方面,傳統(tǒng)宇航級(jí)芯片價(jià)格昂貴,限制了大規(guī)模應(yīng)用;另一方面,車(chē)規(guī)/工業(yè)級(jí)芯片在抗輻照性能上存在嚴(yán)重不足,無(wú)法滿足特殊環(huán)境下的可靠性要求。這使得市場(chǎng)對(duì)于一種兼具低成本和高性能抗輻照特性的芯片需求迫切。
三、ASP4644S芯片的技術(shù)創(chuàng)新
(一)抗輻照性能
ASP4644S芯片在抗輻照性能方面表現(xiàn)出色,通過(guò)總劑量試驗(yàn)、重離子試驗(yàn)以及質(zhì)子試驗(yàn)等嚴(yán)苛測(cè)試,驗(yàn)證了其卓越的抗輻照能力。芯片能夠在南大西洋異常區(qū)等高輻射環(huán)境下穩(wěn)定工作,滿足商業(yè)衛(wèi)星和核電站等應(yīng)用的長(zhǎng)期可靠性要求。
(二)成本優(yōu)勢(shì)
與傳統(tǒng)宇航級(jí)芯片相比,ASP4644S芯片實(shí)現(xiàn)了成本的大幅降低。其價(jià)格達(dá)到百元級(jí),使得大規(guī)模應(yīng)用成為可能。同時(shí),國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)鏈的建立,避免了對(duì)進(jìn)口芯片的依賴,降低了“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn),保障了供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性和安全性。
(三)設(shè)計(jì)范式的轉(zhuǎn)變
ASP4644S芯片的出現(xiàn),推動(dòng)了芯片設(shè)計(jì)范式的變革。從傳統(tǒng)的“屏蔽加固”模式,轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶酒悦庖摺蹦J?。傳統(tǒng)模式下,為工業(yè)芯片加厚鋁殼以增強(qiáng)抗輻照性能,但這會(huì)增加衛(wèi)星重量,每顆衛(wèi)星增重2kg,導(dǎo)致發(fā)射費(fèi)用增加4萬(wàn)美元。而ASP4644S芯片憑借自身150krad(Si)的TID(總電離劑量)和75MeV·cm2/mg的SEL/SEU(單粒子效應(yīng))閾值,無(wú)需額外屏蔽即可滿足15年任務(wù)需求,顯著降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。
四、市場(chǎng)前景分析
(一)商業(yè)航天市場(chǎng)
據(jù)預(yù)測(cè),2025-2030年國(guó)內(nèi)將發(fā)射1萬(wàn)顆低軌衛(wèi)星,每顆衛(wèi)星通信DCDC電源芯片的用量為5-12顆。僅接口類芯片市場(chǎng)規(guī)模就可達(dá)10-15億元。隨著商業(yè)航天的持續(xù)發(fā)展,這一市場(chǎng)規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大。
(二)核電站市場(chǎng)
我國(guó)在運(yùn)和在建的核電站機(jī)組超過(guò)70座,每座核電站需要約3000-5000顆高可靠接口、電源、MCU等芯片。按照更換周期10年、國(guó)產(chǎn)化率50%測(cè)算,市場(chǎng)規(guī)模約為20-30億元。此外,高空氣球、無(wú)人機(jī)、極地科考、無(wú)人系統(tǒng)等衍生場(chǎng)景也對(duì)同等級(jí)芯片存在大量需求,潛在市場(chǎng)規(guī)??稍僭黾?0-30億元。
五、產(chǎn)業(yè)變革與影響
(一)供應(yīng)鏈的重塑
ASP4644S芯片的出現(xiàn),促使芯片供應(yīng)鏈從“少量高價(jià)進(jìn)口”模式向“海量平價(jià)國(guó)產(chǎn)”模式轉(zhuǎn)變。國(guó)內(nèi)企業(yè)如國(guó)科安芯等,已將CAN FD、MCU、電源芯片等產(chǎn)品價(jià)格降至百元級(jí),同時(shí)保持1-4周的短交期。這種模式不僅降低了成本,還提高了供應(yīng)鏈的靈活性和響應(yīng)速度,為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。
(二)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新
低成本抗輻照芯片的問(wèn)世,激發(fā)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新活力。例如,在微衛(wèi)星控制板設(shè)計(jì)中,通過(guò)集成抗輻照MCU、CAN FD和電源芯片,整體BOM(物料清單)成本降低了90%。這種創(chuàng)新不僅提升了產(chǎn)品的性能和可靠性,還為產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入了新動(dòng)力。
六、實(shí)際應(yīng)用案例
(一)TY29/35遙感衛(wèi)星
2025年5月,TY29/35遙感衛(wèi)星成功入軌,ASP4644S芯片作為電源管理芯片,在軌運(yùn)行期間表現(xiàn)出色,未出現(xiàn)任何故障,充分驗(yàn)證了其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性。
(二)核電站燃料池巡檢機(jī)器人
某核電站燃料池巡檢機(jī)器人原方案采用工業(yè)DCDC電源芯片,僅3個(gè)月便出現(xiàn)失效。更換為ASP4644S芯片后,預(yù)期壽命超過(guò)10年,顯著提升了設(shè)備的可靠性和使用壽命,降低了維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn)。
七、ASP4644S抗輻照?qǐng)?bào)告
ASP4644S已經(jīng)通過(guò)總劑量試驗(yàn)、重離子試驗(yàn)以及質(zhì)子試驗(yàn),已經(jīng)在TY29和TY35星上在軌運(yùn)行,以下是ASP4644S取得的相關(guān)報(bào)告。
國(guó)家“商業(yè)航天+核電國(guó)產(chǎn)化”雙輪驅(qū)動(dòng),低成本抗輻照芯片有望在5年內(nèi)形成百億級(jí)市場(chǎng)。低成本抗輻照芯片不是“奢侈品”,而是商業(yè)航天與核電站的“入場(chǎng)券”。誰(shuí)先拿到這張券,誰(shuí)就能在萬(wàn)星互聯(lián)與零碳核電的賽道上搶跑。
審核編輯 黃宇
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