前段时间芯片大师借北斗总师：国产航天级CPU、FPGA等核心器件已100%自主可控一文简要写了国产龙芯CPU的“上天”情况，书接上回，本文继续带来人类航天事业中的核心器件——宇航级CPU的几桩轶事。

如果说探寻外太空是属于人类的终极浪漫，那么为各类航天器、空间站和探测器设计器件无疑就是IC工程师的终极浪漫，而CPU作为最重要的宇航级器件承担了重要使命。

自1972年第一颗真正意义上的处理器登上太空以来，宇航级CPU和消费级CPU就像DNA双链一样，紧密联系却又泾渭分明。

由美苏争霸时代的太空竞赛，一次发射任务具有极高的沉没成本（相对于21世纪），要求携带的宇航器件必须高度可靠和耐用（在任务设计时间内），这决定了宇航器件设计的三个特点。

第一，相对“保守”的性能。在人类探索宇宙初期，即使有加热/散热器，太空中的温度也会有很大差异，同时，电子系统和器件暴露在辐射中的可能性是巨大的，此外还面临振动、大气密度和材料导致的电气性能变化问题。

因此，在设计其中一个系统时，性能指标的优先级要低很多（类似于新能源时代以前的汽车），设计师并不总是使用最新最好的微处理器，而大概率是“能用”和“够用”，且异常笨重（因此缺乏集成电路而大量使用电子管的苏联侧重发展“大力出奇迹”的火箭）。

例如，刚刚在圣诞节发射的詹姆斯韦伯太空望远镜搭载的就是一颗主频为118MHz的RAD750芯片，这颗CPU于2001年发布，工艺仅为150nm，TDP仅为5W。这颗CPU只有上世纪的孱弱性能，但能承受2,000-10,000戈瑞（Gy.）的辐射，大约是做一次CT的1千万倍，也是单颗售价约29万美元的核心卖点。

而韦伯的大表哥——哈勃望远镜，至今仍然运行在英特尔的80486上。

同时，RAD750还运行在毅力号火星车和100多颗卫星上，接受宇宙“考验”近二十年目前无一故障。

从上表也可以看出，这些奇奇怪怪的宇航级CPU性能和消费级产品完全不在一个时代，同时指标根据任务需求高度定制化。

第二，只相信测试和实验。这就涉及到器件的认证标准和工艺，比如NASA规定，用于太空的CPU必须首先符合美国国防部的MIL-STD-883标准——一套为确保可靠运行而专门开发的100多项测试。

这些测试包括：热、机械、交流电气和直流电气测试以及单个晶圆检查的采样要求。而前期测试结果显示，大多数通过的CPU都来自晶圆的中心。由于早期晶圆制造工艺限制，采用中心的die更好地避免了边缘缺陷，使设备更加耐辐射。

某种程度上，宇航级芯片都是高度定制化基础上，再逐一测试、挑选的结果以确保最优解，与消费市场芯片量产的良率和测试有本质区别，同时带来的就是成本和价格暴涨。

这一个案例是机遇号火星探测器上的BAE RAD6000处理器，价格约20万美元，NASA采购且最终发射上天的只有200颗左右（依然是爆款型号），也就是RAD750的前任，任务的设计寿命只有3个月，但实际这套系统在火星上工作了15年之久。

第三，子系统拆分和冗余。龙芯一文中我们介绍过，采用多颗CPU（甚至不一定是同一型号或架构）是大多数航天器设计的通用做法。目的一是为了冗余，一是为了拆分任务。

在复杂的航天系统中，能够单独控制航天器的每个组件/子系统非常重要，每个子系统都由独立的CPU管理，可以更好地控制子系统以实现电源管理和容错。例如，如果一个CPU挂掉，它只会禁用一个仪器，而不是整个航天器宕机。

NASA早期的航天飞机采用Intel 8086处理器和RCA 1802显示控制器（后续升级为80386），预留5台计算机用于冗余，为了规避辐射使用铁氧体磁芯内存，而航天飞机的整个控制软件不到1M。

而伽利略号木星探测器使用6个RCA 1802——2个用于高级模块、4个用于低级模块，采用蓝宝石上硅（SOSIC）技术制造增加稳定性，加起来内存只有176K，不得不感叹人类科技的伟大。