2月22日，大年初六。俯瞰柴達(dá)木盆地西緣的千里戈壁，站立著一個小小的身影。一名叫王峰的地質(zhì)探測員，手握手機(jī)緩緩舉向天空。

手機(jī)屏幕上的衛(wèi)星圖標(biāo)從灰色變?yōu)榫G色，隨著一聲短促的“連接成功”提示音，他對著聽筒一字一字地說道:“指揮部，03號勘探點(diǎn)樣本采集已完成，一切正常。

此刻，記者正在千里之外的城市指揮中心，他的聲音清晰渾厚，正通過距地數(shù)萬公里的天通衛(wèi)星，跨越無人的荒漠與山川，實時傳回指揮中心。

而這一聲回復(fù)，就依托一枚小小的芯片。這枚芯片突破了低功耗、小型化、高靈敏度的核心技術(shù)瓶頸，在極端荒漠、無地面信號的無人區(qū)環(huán)境下，依然能實現(xiàn)穩(wěn)定、低時延、高可靠的衛(wèi)星語音與數(shù)據(jù)通信，把原本笨重、專用的衛(wèi)星通信設(shè)備，濃縮進(jìn)一枚鉛筆頭大小的芯片中，真正實現(xiàn)“手機(jī)直連衛(wèi)星、無人區(qū)實時通聯(lián)”，將無人區(qū)通信技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步。

近日，西部科學(xué)城重慶高新區(qū)轄區(qū)企業(yè)中電科芯片技術(shù)股份有限公司(簡稱“電科芯片”)傳來喜訊，其為高端手機(jī)自主研發(fā)的雙模語音衛(wèi)星通信射頻基帶一體化SoC芯片已成功量產(chǎn)并配套上市，并提供北斗短報文SoC芯片，以更小尺寸更低功耗，將智能手機(jī)與衛(wèi)星間的通訊變?yōu)橥ㄍ?/strong>。

這標(biāo)志著我國在衛(wèi)星通信芯片領(lǐng)域邁出了自主化、產(chǎn)業(yè)化的重要一步，中國手機(jī)用上“中國芯”連接“中國星”，萬里通訊無盲區(qū)的愿景，正照進(jìn)現(xiàn)實。

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手機(jī)通衛(wèi)星：背后一顆“中國芯”

新春佳節(jié)，濃濃的“年味”洋溢在科學(xué)城各個角落，但有這樣一群人，他們正在為更多的“團(tuán)圓”故事，攻堅克難。

記者在電科芯片實驗室看到，工程師們正在對一批即將交付的衛(wèi)星通信芯片進(jìn)行最后的可靠性測試。這些芯片體積雖小，卻承載著讓手機(jī)在無地面網(wǎng)絡(luò)信號的荒漠、海洋、深山等環(huán)境中，依然能夠通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)送緊急消息、撥打衛(wèi)星電話的重任。

“這顆芯片，可以簡單理解為手機(jī)與衛(wèi)星之間的‘翻譯官’和‘聯(lián)絡(luò)員’?！表椖亢诵呢?fù)責(zé)人李家祎一邊向我們展示芯片，一邊說道，它需要完成復(fù)雜的信號處理，將語音、文字等原始物理信息轉(zhuǎn)換成適合通過衛(wèi)星傳輸?shù)男问?，并克服長距離傳輸、高速移動帶來的信號衰減、多普勒頻移等一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

據(jù)了解，天通衛(wèi)星系統(tǒng)是中國自主建設(shè)的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，2020年，隨著天通一號02星進(jìn)入預(yù)定軌道，開始實現(xiàn)為中國及周邊、中東、非洲等相關(guān)地區(qū)，以及太平洋、印度洋大部分海域用戶，提供全天候、全天時、穩(wěn)定可靠的話音、短消息和數(shù)據(jù)等移動通信服務(wù)。

但衛(wèi)星上天后，如何讓衛(wèi)星電話降低成本、延長通話時間，成為大眾也可以使用的常態(tài)化功能，是橫亙在電科芯片面前的一道難題。

李家祎接著說道，衛(wèi)星通信功能并非新鮮概念，但專業(yè)的衛(wèi)星手機(jī)成本動輒幾萬十幾萬。所以，如果有一枚專門的手機(jī)芯片，讓智能手機(jī)就能實現(xiàn)衛(wèi)星通信功能，在很大程度上就降低了普通大眾使用衛(wèi)星通訊的成本。

▲電科芯片。資料圖

但與傳統(tǒng)專業(yè)衛(wèi)星手機(jī)芯片方案相比，應(yīng)用于智能手機(jī)的衛(wèi)星通信芯片在在體積、成本、接收靈敏度和功耗控制上要求都極為苛刻?！八枰黄浦悄苁謾C(jī)存在的外型輕薄、天線效率低、信號干擾強(qiáng)等局限，同時還要嚴(yán)格控制功耗，不能拖累手機(jī)整體的續(xù)航?！崩罴业t說。

于是，一場與時間賽跑的技術(shù)攻關(guān)就此展開。

02

4.7mm的毫厘之爭 約是一個鉛筆頭粗細(xì)

在消費(fèi)級手機(jī)上大規(guī)模應(yīng)用衛(wèi)星通信，是近幾年興起的新趨勢，但市面大多是在手機(jī)芯片上搭載通信功能，沒有一款專門的衛(wèi)星芯片。

“早期，相關(guān)芯片方案幾乎全部依賴海外供應(yīng)商，不僅成本高昂，而且在特定功能定制、供應(yīng)鏈安全上也存在風(fēng)險。”業(yè)界分析師指出。國產(chǎn)芯片要“上車”難，要“上天”并與消費(fèi)電子結(jié)合，挑戰(zhàn)更是幾何級數(shù)增加。

一方面，技術(shù)門檻高，需要跨越航天與消費(fèi)電子兩大領(lǐng)域的技術(shù)融合；另一方面，手機(jī)越來越輕薄，芯片尺寸必須縮小，而芯片縮小后，功耗也需要同步降低，來減少手機(jī)的耗電量，而且還必須在靈敏度指標(biāo)上做大幅優(yōu)化。

這意味著團(tuán)隊必須要做大量的技術(shù)創(chuàng)新。李家祎帶著我們來到了他們的實驗室，展示了當(dāng)時的各種方案，他說道，那段時間，我們提出了可重構(gòu)多模收發(fā)、射頻基帶一體化設(shè)計技術(shù)、高靈敏度快速捕獲設(shè)計等多種新的方案，并與手機(jī)終端廠商聯(lián)合攻關(guān)，優(yōu)化創(chuàng)新資源，才攻克了一個又一個的技術(shù)難題。

“最難的階段，是我們需要在實驗室里模擬出各種近乎‘變態(tài)’的極端場景——高溫場景下的能耗比、極寒環(huán)境中的續(xù)航、驟冷驟熱的溫差下，芯片都必須保證通信鏈路不斷?！崩罴业t回憶道。無數(shù)個日夜的測試與調(diào)優(yōu)，才換來了芯片在真實場景下的穩(wěn)定表現(xiàn)。

▲SoC芯片。楊熙 攝

最終，雙模語音衛(wèi)星通信射頻基帶一體化SoC芯片流片成功，達(dá)到4.7mm*4.7mm尺寸，差不多是接近鉛筆頭粗細(xì)的小小正方形，比市面上同類芯片在尺寸上縮小近20%，累計可待機(jī)時長達(dá)170個小時。

03

“中國芯”與“天上星”緊密相連

“讓每一部中國手機(jī)，在需要的時候都能連接祖國的衛(wèi)星。”這不僅是技術(shù)目標(biāo)，更是一份產(chǎn)業(yè)使命感。隨著我國衛(wèi)星系統(tǒng)全面建成、低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座加速部署，天地一體的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施日益完善，也為通訊、集成電路等行業(yè)帶來了空前廣闊的市場機(jī)遇。

作為國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的重鎮(zhèn)，重慶將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)及應(yīng)用作為重點(diǎn)發(fā)展方向進(jìn)行培育，圍繞衛(wèi)星通信，從芯片設(shè)計、功率器件，到衛(wèi)星信號射頻處理、終端天線制造等環(huán)節(jié)，一批企業(yè)正在形成聯(lián)動。而電科芯片所在的西部科學(xué)城重慶高新區(qū)，正積極推動從芯片設(shè)計、制造到終端應(yīng)用、運(yùn)營服務(wù)的衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈集聚。

▲電科芯片測試間內(nèi)科研人員正測試芯片。雷鍵 攝

“這顆衛(wèi)星通信芯片的成功，不是終點(diǎn)，而是一個新的起點(diǎn)?！彪娍菩酒嚓P(guān)負(fù)責(zé)人看著這枚小小芯片，堅定地說著。目前，團(tuán)隊已在著手研發(fā)下一代性能更強(qiáng)、集成度更高、功耗更低的芯片，并探索其在物聯(lián)網(wǎng)終端、車載應(yīng)急通信、穿戴設(shè)備等更廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用。

“消費(fèi)級衛(wèi)星通信芯片的賽道剛剛開啟，未來的競爭將是技術(shù)、成本、生態(tài)的綜合比拼。”行業(yè)觀察家認(rèn)為，此次突破證明了中國芯片企業(yè)有能力在前沿消費(fèi)電子集成領(lǐng)域與國際巨頭同臺競技。接下來，如何進(jìn)一步降低成本、提升性能、豐富應(yīng)用場景，并構(gòu)建起從芯片到終端到服務(wù)的完整良性生態(tài)，是持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

電科芯片相關(guān)負(fù)責(zé)人信心堅定：“未來可期，從車規(guī)芯片到衛(wèi)星通信芯片，每一次攻堅都在增強(qiáng)我們的‘芯’實力。我們會繼續(xù)深耕，讓更多關(guān)鍵領(lǐng)域的‘中國芯’跳動起來，不僅服務(wù)于中國制造，更賦能全球科技產(chǎn)業(yè)?！?/p>

可以預(yù)見，隨著更多“中國芯”成功“上天入地”，中國在高端芯片領(lǐng)域的自主創(chuàng)新之路將越走越穩(wěn)，將為科技發(fā)展注入更多智慧與穩(wěn)定力量。