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【突破】北斗三号控制系统芯片实现100%国产化

·2018-02-13 00:00·老杳吧
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1.北斗三号控制系统芯片实现100%国产化;
2.复旦大学两成果亮相“集成电路设计奥林匹克”ISSCC 2018;
3.中科晶元新型半导体材料生产项目在贵州独山投产;
4.华为备战5G 明年麒麟990拼高通;
5.中星微人工智能携手ZYTO进军个人医疗检测领域;
6.二维材料构筑超短沟道晶体管研究获进展
1.北斗三号控制系统芯片实现100%国产化;
集微网消息,据香港文汇报报道, 在北斗三号任务中,通过中国航天人的努力,做到了「没有一台进口产品」。 中国航天科技集团五院北斗三号副总设计师高益军表示,北斗三号控制系统国产化单机达100%,国产化元器件应用水平提高,使用比例提高。 业界认为,北斗三号控制系统在实现核心产品国产化的同时,牵引了国内相关技术水平的发展。

北斗系统需要发射30多颗卫星才能完成组网,这令航天专家们从任务之初就意识到,国产化对于系统的建设和稳定运行生死攸关,不能被别人卡住「命门」。 在北斗研制过程中,曾发生关键元器的外国生产厂家,突然通知由于政府原因停止供货事件。 此时国产技术攻关已完成,专家们果断决定用国货替代。 外商得知后态度顿变,不仅马上可以供货并且降价一半以上。 但是,中国已尝到核心技术在手的甜头,这更加坚定了北斗国产化的决心。

值得一提的是,北斗三号使用了中国自主研制的第一片抗辐照四核片上系统芯片SoC2012,以及中国自主知识产权的计算器操作系统SpaceOS2。 专家表示,芯片的性能是北斗一期使用的进口芯片的几十倍,与当前国际最高水平相当,竞争优势明显。 操作系统SpaceOS2较于民用的Windows、iOS等操作系统,不仅体积更小,还可同时管理上百项任务,在卫星运行的10多年间,操作系统不会罢工、迟缓。

据介绍,经过航天专家十多年艰苦努力,此前长期依靠进口的行波管放大器组件、微波开关、大功率电源控制器等关键航天产品首次实现了主、备份全部国产化,北斗三号100%部件国产化。
2.复旦大学两成果亮相“集成电路设计奥林匹克”ISSCC 2018;
集微网消息,美国当地时间2月11日,2018国际固态电路会议(ISSCC 2018)在旧金山举行,202篇来自学术界和产业界的前沿成果论文在这一集成电路设计领域的顶级学术会议中向全世界发布。由复旦大学微电子学院无线集成电路与系统(WiCAS)课题组和脑芯片研究中心模拟与射频集成电路设计团队研发的两项成果双双亮相,分别以论文《面向窄带物联网NBIOT应用的紧凑型双频段数字式功率放大器》(“A Compact Dual-Band Digital Doherty Power Amplifier Using Parallel-Combing Transformer for Cellular NB-IoT Applications”),和《一种75.4%有效功率转化率、0.1%ASK调制深度和9.2mW输出功率的13.56MHz无线功率和数据传输接收机》(“A 13.56MHz Wireless Power and Data Transfer Receiver Achieving 75.4% Effective-Power-Conversion Efficiency with 0.1% ASK Modulation Depth and 9.2mW Output Power”)在大会上发表,与另3篇中国大陆入选论文一同为本届“集成电路设计奥林匹克”注入中国智慧。这也是复旦大学自2014年后,时隔4年再一次于该会议上发表研究成果。
“盐碱地”上的“开荒者”:瓦级双频带CMOS数字Doherty功率放大器芯片助力物联网发展
按照行业传统,多数半导体芯片制作采用目前较为成熟的CMOS工艺,这一工艺有着制作成本低、芯片运行功耗低、电路集成度高不可复制的优势。但对于功率放大器芯片来说,想要在保证CMOS工艺优势的基础上实现其高频信号却是一个大挑战,难度不亚于在盐碱地上种果树。而由复旦大学微电子学院教授徐鸿涛领衔的无线集成电路与系统(WiCAS)课题组正是这片“盐碱地”上的“开荒者”,不仅要“种活”还要“丰收”。
芯片图
日前,该课题组在高性能互补金属氧化物半导体(CMOS)数字功率放大器设计方面取得研究突破,提出了新型数字式射频功率合成技术,成功开发出瓦级双频带CMOS数字多赫蒂(Doherty)功率放大器芯片。相关论文发表于ISSCC 2018。该课题由徐鸿涛、殷韵、熊亮、朱逸婷、陈博文、闵昊等多名师生参与,论文第一作者为复旦大学微电子学院青年教师殷韵。
为了提升功率放大器芯片的效率和性能,课题组提出了一种新型数字式射频功率合成技术,为芯片搭建从未有人提出和使用过的新架构,在采用CMOS工艺、达到瓦级功率、双频带和单模块四大特点的帮持下,为高效低耗的目标实现提供了保障。一方面,课题组果断采用通过数字来模拟实现高频信号的方法,克服了CMOS工艺做射频电路较难的障碍。另一方面,课题组通过解决Doherty技术的实现过程存在的主从控制、匹配网络设计等问题,实现了瓦级功率。这在功率放大器芯片设计领域,特别是数字架构中并不多见。
芯片测试板,红框中为封装后的芯片
此外,在一般的无线通信中有两个频带存在。以往会有两个发射机来实现两个频带的发射,而该技术实现了两个频带由一个发射机发射,节省成本的同时使芯片缩小了一半。同时,这枚只有一个模块的数字化芯片,可以轻松实现传统芯片中多模块才能实现的功能。
与国内外最新的研究成果相比,该芯片以最小的面积实现了近瓦级的输出功率、双频带覆盖以及业界最高的平均发射效率。不仅在“盐碱地”上成功种活了“果树”,还实现了量产翻倍的成就,收获的“水果”质量也远高于其他同类产品,为射频芯片全集成提供了有效的解决方案。这意味着芯片自身制造成本的下降。而极低的成本正是“物联网”这一“百亿级甚至是万亿级蓝海”普及的前提。
如果将物联网市场比作一场战争,那么各单独物体上的电子记录设备就是一个个堡垒。功率发射器是各堡垒间协同作战的通讯工具,这枚发射器中的芯片就是保证通讯质量高、时间长、信号稳定的关键所在。如果没有这枚小芯片,各个“物体堡垒”就会变成一盘散沙。“可能就是二三十块钱能做一个方案,要想达到百亿级别的量的规模,就需要低成本的芯片。”徐鸿涛介绍。
对联网落地而言,低成本本就同时意味着对运行功耗的要求。现实的市场需求一台设备安装在某处后可以持续工作几年时间,从而减少人力和维护成本。而课题组的成果恰恰能够满足这一需要,使过去的“几周”,延伸至理想中的“几年”。
除了物联网方面的应用,这项技术还将向同样要求成本低、效率高的宽带和移动通讯方面挺进,通过与科技企业合作、重大专项的应用,进一步提升通讯速率。
“鱼和熊掌”可兼得:无线能量和数据协同传输新型技术为生物医疗电子解难题
尽管结合无线数据传输功能的无线能量传输技术因其广阔的应用前景越来越受到学术界和产业界的关注,无线能量传输与无线数据传输本身,却像是一对难以兼得的“鱼和熊掌”。
系统创新点阐释
一方面,由于在关键物理量的获取方法、能量等级和常用频段等方面存在显著差异,如何采用同一天线来同时完成数据和能量的获取,本就是设计这一协同传输系统的技术难点;另一方面,在实现了同一天线的数据和能量传输后,如何避免数据传输和能量传输通路间的相互影响,降低无线能量传输效率因数据传输而受到的损失,更是一个亟待解决的问题。
系统架构示意图
这种局面将得到改变。由复旦大学微电子学院几位青年教师为主导的脑芯片研究中心模拟与射频集成电路设计团队日前在无线能量和数据传输系统集成电路设计方面取得了突破性进展,提出了一种无线能量和数据协同传输的新型技术,并在高能效无线能量传输系统设计中取得了关键突破。相关论文发表于ISSCC 2018。复旦大学微电子学院青年教师王彧为论文第一作者,叶大蔚为通讯作者,二人均为复旦大学脑芯片研究中心引进的青年研究人才。
芯片图
通过将13.56MHz同时作为能量传输的频段和数据传输的载波频段,由该团队提出的新型无线能量和数据传输技术,能够仅使用一根天线同时完成数据和能量的无线传输。在无线能量传输方面,团队研制的芯片采用动态阻抗匹配技术、电压转换率自动调整技术,实现了高效率的能量传输;在无线数据传输方面,则采用AM调制方式和偏移限幅放大技术提取信号,使得信号放大仅在接收信号的包络上进行,避免了与无线能量传输的相互影响。
“假设我和你打招呼,要让你听得清楚。我喊得很大声就会很累。换言之,能量传输的效率不那么高。但如果有喇叭,我只要轻轻一讲话你就能听到。能量传输的效率就有了保证。”叶大蔚用生活化的比方来解释其中的巧思。与国内外先进成果相比,该芯片以最小的信号调制深度实现了无线能量和信号同时传输,从而达到了最高的有效能量转化效率,是“鱼和熊掌”兼得的成功范例。
据介绍,无线能量和数据协同传输新技术的诞生,与脑芯片研究中心团队目前参与的一项上海市科委技术研究项目“基于微芯片技术的脑活动多道记录系统”大有渊源。为了满足项目中通过植入式芯片采集实验动物体的神经信号的实际诉求,团队必须研发一款能够实现无线数据和能量同时传输的芯片。
作为依托的该项目为这一系统芯片提供了适合实际应用的能量供给和信号传输方案。而类似的应用场景实际常见于各种生物医疗电子的应用,尤以采用无线供电的植入式和穿戴式生物医疗电子系统为代表。
王彧举了一个有关植入式芯片监测人体血糖等指标的例子:“一方面,芯片需要把监测到的数据传递出来,另一方面,芯片工作也需要持续的能量供给。这些都需要无线进行。”过去,这一应用会面对一个尴尬的困境:“传能量时数据不太好传,传数据时又没能量”。而在团队此次研发的新技术下,供电方案的难题大有希望迎刃而解。
与此同时,在生物医疗电子之外,该技术亦有可能应用于其它生活场景。“如果我手机没电了,你手机还有很多电,我是不是可以把你的电充一点过来?”王彧做了个有关手机交互假设:“这其实就可以用到我们的技术。
3.中科晶元新型半导体材料生产项目在贵州独山投产;
集微网消息,据当地媒体报道,2月4日,独山中科晶元信息材料有限公司新型半导体材料生产项目正式点火投产,标志着独山新型材料产业发展迈出了关键的一步。

独山中科晶元信息材料有限公司是北京中科晶电集团在独山投资兴建的一家以新型半导体材料(砷化镓单晶)研发、生产和销售为主营的高科技企业,其系列产品主要用于制作LD(激光器)、LED(发光二极管)、光电集成电路(OEIC)、 光伏器件、MESFET(金属半导体场效应管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)、HBT(异质结双极晶体管)、IC、微波二极管、Hall器件等,是光电子和微电子工业领域最为重要的支撑材料。

该项目于2016年11月落户独山经开区,计划总投资6000余万元,拟建设规模250台砷化镓晶体制备生产线。 当天开工点火,共启动48台单晶系统,全面达产后,可实现年产砷化镓晶体材料约60万毫米、年产值达1亿元、年创税达1000万元。

公司负责人表示,将以项目投产为新起点,继续发挥优势,打造行业领先、国内外知名的龙头企业,真正让独山新型材料产业在国内、国际市场占据一席之地,助推独山实现产业转型升级、经济跨越发展。
4.华为备战5G 明年麒麟990拼高通;
华为布局5G声量越来越大,华为预计每年维持高研发投入规模将在100亿~200亿美元左右,而其中很大一部分会投入到5G。华为也宣布将在2018年投入50亿元用于5G技术研发,将于2018年推出面向商用的全套5G网路设备;2019年,将推出支持5G的麒麟芯片和智能手机。
华为全速冲刺5G
据调研机构IHSMarkit估算,2017年全球电信资本支出年增下降1.8%,大陆的电信资本支出下降了13%。寒冬之下,无论是营运商还是通信设备厂商都在寻找新的成长点,尤其2018年这个时间点上,作为5G商用冲刺元年,各家厂商展示的产品也将成为日后5G发展的垫脚石。
在华为2018的MWC预沟通会上,华为常务董事、战略Marketing总裁徐文伟对外表示,即将发布基于NSA的5G商用版本,并推出包含商用CPE在内的全套5G商用设备。
新的一年,华为给营运商业务、企业业务和消费者业务分别定下了450亿美元、106亿美元和441亿美元的销售目标,另外其他业务还有25亿美元的年度目标,或与云BU相关。
2017年华为的研发投资超过120亿美元,全球排名第六。华为称未来将持续保持研发的高投入,预计每年的投入规模将在100亿~200亿美元左右,而其中很大一部分会投入到5G。
华为5G产品线总裁杨超斌则表示,华为对5G研发投入早、力度大。2009年,华为宣布6亿美元研究费用,而在去年又宣布投入约人民币40亿元专门用于5G产品研发。2015~2017年参与3GPP R15标准制定,2018年则会启动5G商用。
目前,华为的5G核心理念和技术已经被3GPP组织采纳,而华为在5G规格、产业推进、应用验证上实现了领先,并已在南韩首尔、加拿大温哥华等地进行了大规模的5G商用测试
布局AI 促进NB-IoT商用
此外,2018年华为将促进NB-IoT商用网路数量发展到100+;并将加大在IoT生态的投入,GLocal生态合作伙伴将从1,000增加到3,000。
在视讯领域,华为将促进150家营运商把视讯作为基础业务;对于AI,华为将主要用于对内提升华为的内部效率,对外使客户能提升效率。华为表示,人工智能作为一种通用技术,将融入华为的云、管、端的各种解决方案之中。
2019年推出5G的麒麟芯片
2019年,华为将推出支持5G的麒麟芯片和智能手机。外界预料,海思正在研发5G基带和支持该基带的麒麟处理器,这款基带相关成品会在2019年推出,智能手机会是率先支持该基带的设备。华为将在2018年推出麒麟980,到2019年将推出麒麟990,因此预计麒麟990将是华为的第一款支持5G的处理器。
华为的海思麒麟系列芯片的主要竞争者高通已在2016年底发布了首个5G芯片,高通骁龙X50平台,包括SDR051毫米波收发器、5G基带和支持性PMX50电源管理芯片,高通首批商用产品预计将于2018年上半推出。若华为海思麒麟990会支持5G网路,时间上比高通2018年商用仅晚一年。DIGITIMES
5.中星微人工智能携手ZYTO进军个人医疗检测领域;
近日,北京中星微人工智能芯片技术有限公司董事长兼CEO张韵东与ZYTO创始人Dr.Cook、总裁Emily Lu在北京中星微人工智能芯片技术有限公司总部成功签署了战略合作框架协议

双方合作开发基于现代生物信息扫描技术的医疗产品,使用高精度的GSR检测手段,建立多种Virtual item模型进行针对性地刺激和扫描,记录人体的生物电反馈,和该Virtual item的基线信号进行匹配性计算;并使用深度学习方法进行数据分析,将测量结果和人体各项生理指数进行匹配,从而获得人体生理指数的量化数据。该产品开发成功后科对人体的身体状况进行快速的检测,极大地提高健康评估结果,在未来将成为人们的随身医生。

Dr. Cook说:“中星微的神经网络处理器技术以及Soc芯片给我留下深刻印象,我相信未来我们双方可以在多个方面展开合作。”

张韵东说:“ZYTO在GSR技术处于全球领先水平,中星微人工智能技术可以帮助ZYTO将医疗设备拓展到个人健康监测领域,让更多的老百姓可以享受到以前只有昂贵的设备才具备的功能。

北京中星微人工智能芯片技术有限公司专注于将神经网络处理器(NPU)与视频编解码器有机结合,研发高性能、低功耗、小尺寸的智能感知与压缩编码芯片,使得人工智能技术可以通过互联网、物联网、可穿戴网等途径应用到我们生活的各个角落。2016年发布的中国首款嵌入式神经网络处理器(NPU)芯片“星光智能一号”,目前已应用在各个领域。我们拥有经验丰富的AI 技术团队,以国家重点实验室为平台,已经和国内外多家著名高校及研究机构形成了战略合作关系,不断进行技术突破,2017年在董事长张韵东带领下的团队推出的“嵌入式神经网络处理器Soc芯片的研发与应用”项目获得了“北京科技进步奖”。

ZYTO公司是全球生物通讯领域的领导者,它生产的技术能够洞察判断个人的健康。利用专有的硬件软件,这一技术促进了计算机和人体之间的对话。由此产生的动态数据交换,被称为生物测量,或扫描,涉及到计算机生成的实际物品的签名,并记录人体的皮肤反应,这是一种很成熟的监测压力反应的方法,通常用于像测谎仪测试和生物反馈这样的应用中。世界上有成千上万的功能性医学医生和其他健康专家,他们相信日化生物通讯技术,帮助他们的客户做出关于营养产品和生活方式的最佳健康决定。 中国网
6.二维材料构筑超短沟道晶体管研究获进展
传统硅基半导体器件的小型化进程逐渐接近其物理极限,寻找新的材料、发展新的技术使器件尺寸进一步缩小仍是该领域的发展趋势。传统硅基场效应晶体管要求沟道厚度小于沟道长度的1/3,以有效避免短沟道效应。但受传统半导体材料限制,沟道厚度不能持续减小。近年来,利用二维半导体材料来构造短沟道晶体管器件已经成为一个前沿探索的热点课题。二维材料因其达到物理极限的厚度成为一种构造超短沟道晶体管的潜在材料,理论上可以有效降低短沟道效应。但构造一个真正的三端亚5纳米短沟道场效应晶体管器件来有效避免短沟道效应,还存在技术上的挑战。
针对如何利用二维半导体材料构筑短沟道晶体管的问题,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室N07组博士研究生谢立等在研究员张广宇、时东霞的指导下,针对器件结构中的沟道、电极、及栅介质等几种核心材料,设计了一种基于全二维材料构筑的新型短沟道晶体管器件。针对接触电极材料,在前期工作基础上,发展了基于晶界的刻蚀和展宽技术制备出石墨烯纳米间隙电极,间隙尺寸在3纳米以上可控。利用干法转移技术将作为沟道材料的单层二硫化钼,与作为栅介质材料的少层氮化硼依次进行叠层,构造出具有一系列不同沟道长度的单层二硫化钼场效应晶体管器件,最小沟道长度为~4纳米。利用石墨烯作为电极和二硫化钼接触具有两方面的优点,即极低的接触电阻和极弱的边缘效应,从而达到电场对沟道载流子的高效调控。器件的电学测试结果表明,当沟道长度大于9纳米时,其关态电流小于0.3pA/µm, 开关比大于107,迁移率可达30cm2V-1s-1,亚阈值摆幅~93mV·dec−1,漏致势垒降低<0.425V·V−1,短沟道效应可以忽略;当沟道长度低至4纳米时,短沟道效应开始出现但仍较弱。此外,这种短沟道器件可以承载超大电流密度大于500µA/µm,为目前报道的最高值。该研究利用全二维材料构筑超短沟道场效应晶体管器件,验证了单层二硫化钼对短沟道效应的超强免疫性及其在未来5纳米工艺节点电子器件中的应用优势。
相关研究成果发表在《先进材料》上。该研究得到了国家重点基础研究发展计划,国家自然科学基金,中科院前沿科学重点研究项目、战略性先导科技专项的资助。
a,MoS2超短沟道器件顶栅结构侧视图;b、c,9nm短沟道器件输出、转移特性曲线;d,4nm短沟道器件转移特性曲线;e,器件性能随沟道长度变化的关系。
来源:中国科学院物理研究所 中科院之声

文章来源:http://laoyaoba.com/ss6/html/00/n-663100.html

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