芯片创新支撑“北斗+”融合应用

近期，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙/远征一号运载火箭执行“一箭双星”发射任务，成功发射第42颗、43颗北斗导航卫星，即北斗三号第18颗、19颗卫星。至此，我国圆满完成北斗全球卫星导航系统的基本系统的组网部署，迈出中国北斗从国内走向国际、从区域走向全球的“关键一步”。北斗三号的组网将有效带动行业市场、大众市场、特殊市场以及智慧城市等新兴领域的发展，为我国卫星导航产业化、规模化发展创造契机，尤其是为终端芯片产业的蓬勃发展提供前所未有的机遇。

全面部署，终端应用“飞入寻常百姓家”

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运营的全球卫星定位导航系统，不但是我国重大科技创新成果，还正在形成以北斗卫星导航系统为核心的高技术产业。

1994年，被命名为“北斗”的中国导航卫星定位系统工程正式启动。2009年，经国家批准，北斗三号工程正式启动实施。2017年11月5日，我国实施了首次北斗三号组网卫星发射任务。短短一年时间，我国先后将19颗北斗三号导航卫星送入预定轨道，组网发射最短间隔17天，创造了北斗组网发射历史上高密度、高成功率的新纪录，北斗三号不仅覆盖范围提升至全球，在技术体制上也实现性能提升和服务扩展。

北斗三号工程从2009年启动，按照最简系统、基本系统、全球系统三步实施组网，此次完成的就是基本系统的组网部署。无论是系统建设还是终端产品开发、应用，实质上都是围绕卫星导航信号展开的。随着北斗三号系统的全面部署，地面接收设备相应地需要具有接收和处理北斗三号新体制信号的能力。

而随着北斗三号基本系统的组网部署，手机、车载电子设备、可穿戴及物联网设备等大众应用，近年来成为北斗应用的新亮点。利用北斗定位功能，实现手机导航、车辆卫星定位、路线规划以及传感数据管理等一系列位置服务功能，将使百姓的生活更加便捷。

和芯星通科技（北京）有限公司总经理黄磊博士在接受《中国电子报》记者采访时表示，随着芯片工艺不断提升，体积不断缩小，功耗不断降低，北斗三号的终端应用已经逐步“飞入寻常百姓家”，比如在2015年，由和芯星通出品的和芯蜂鸟芯片作为首颗通过AEC-Q100车规级测试认证的北斗芯片，成功应用于大众车载前装领域，走近老百姓的生活；再比如2017年发布的28纳米火鸟芯片，将芯片尺寸进一步缩小到仅有笔尖大小，已经成功与物联网企业展开合作，并应用于智慧城市生活的方方面面；此外，基于全系统多核高精度定位芯片的小型化模块使终端设备尺寸进一步缩小，并广泛应用于无人机、智能驾驶等跟老百姓息息相关的行业。北斗三号的组网，意味着更高的精度，更好的融合，更优质的体验，以及世界范围的广泛应用。

随着社会的发展，基于定位的关爱需求、安全需求已广泛渗透到老人、儿童、宠物、旅游、公安警务、物流快递、车辆看护、移动资源管理等社会服务的各个角落，智能可穿戴设备嵌入定位功能的应用占比日益提升，使得低功耗、小型化的GNSS定位芯片逐渐成为标配。“北斗”终端应用，已经如空气一般，渗入到我们生活的方方面面。

不断造“芯”，产业发展“无边光景一时新”

据悉，到2020年，我国卫星导航产业规模将超过4000亿元，北斗卫星导航系统及其兼容产品对国内卫星导航应用市场的贡献率将达到60%，重要应用领域将达到80%以上。根据预测，按北斗导航60%的产值贡献率计算，2020年北斗总产值有望达2400亿元，2016年至2020年复合增速约为22%。巨大的市场带动了整个北斗产业的发展，而芯片研发一直是产业推进的关键。

对于北斗导航终端设备来说，最关键的就是两个“芯”：射频芯片和基带芯片。所谓射频芯片，就是要接受天上的北斗导航卫星发射的波形信号，它是一种模拟信号，需要用芯片来把它放大，并转换成数字信号。而基带芯片的作用，就是选择天上的卫星，并且选择一定的算法来解码卫星型号，从而读出位置以及时间信息。

目前，国内、国际芯片厂商都开始有产品支持北斗，产业氛围已经逐步形成，芯片采购企业也越来越重视北斗和GPS的融合。随着国内北斗芯片企业的不断成长，北斗产业链呈现出“无边光景一时新”的发展局面。在第16届中国国际半导体博览会（IC China 2018）的现场，记者看到了和芯星通最新自主研发的超低功耗射频基带一体化GNSS芯片——28纳米火鸟芯片UFirebird UC6226，芯片的长和宽分别仅为2.87毫米和1.73毫米，甚至比一颗绿豆还要小。黄磊表示，超低功耗的GNSS芯片研发对于北斗导航终端应用于民用非常重要，“终端的功耗和体积变小之后，产品价格就可能降下来，利于民用终端产品的批量生产。”目前，企业自主研发的北斗卫星终端主要是行业应用，但随着2020年北斗全球卫星导航系统的建成，拥有中国“芯”的北斗卫星终端最终将被应用到普通消费者使用的民用产品上。

北斗芯片市场推广加速，也导致芯片价格普遍有所下降。在基础产品方面，国产北斗芯片实现规模化应用，工艺由0.35μm提升到28nm，最低单片价格仅6元，总体性能达到甚至优于国际同类产品。目前，国产北斗芯片累计销量突破5000万片，高精度OEM板和接收机天线已分别占国内市场份额30%和90%。芯片价格下降有利于应用快速推广。

黄磊告诉本报记者，北斗芯片企业的成长一直得到国家和主管部门的高度重视。就和芯星通来说，其母公司北斗星通得到了国家集成电路产业投资基金的投资，国家部委、北京市、北斗办等单位多次组织芯片比测、重大专项、标准化建设、示范应用等工作，为芯片企业提供良好的政策与产业环境支持。

北斗系统与GPS等其他卫星导航系统可相互兼容互为补充。多系统融合更有利于提高收星数量和质量，提升导航及定位体验。目前大多数主流GPS芯片厂商都已支持两个或以上卫星导航系统，这需要在芯片设计上考虑到多系统融合。

直面痛点，自主创新“柳暗花明又一村”

在系统方面，北斗三号具备高精度、高可靠、高保险、多功能等特点，已具备从服务区域到服务全球的能力。在北斗二号向北斗三号过渡的过程中，如果在原有芯片设计上没有考虑到向后兼容性，对新信号体制的支持，将会受到一些挑战。

黄磊介绍，和芯星通芯片在设计之初就充分考虑到了多系统多频点的支持，并率先支持和成功捕获到北斗三号卫星信号，系列产品不仅支持北斗三号新信号体制，也全面兼容其他卫星导航系统，全系统全频点，支持基于网络或星基L-BAND信号PPP定位，可实现10cm以内的PPP定位精度和1~2cm的RTK定位精度。

随着智能时代的到来，用户对于定位体验的要求越来越高，需要在更多的复杂环境下提供高质量的解决方案。为满足用户需求，特别是面对国际竞争对手的竞争，开发拥有核心竞争力的芯片就尤为重要。和芯星通基于长期的自主技术和产品积累，不仅在导航消费类领域陆续推出了蜂鸟、火鸟系列芯片实现规模应用外，基于自主开发的全系统多核高精度芯片，我们的高精度小型化模块，在产品特性和指标已经超越同行业一代。为产品市场化奠定了坚实的核心技术基础，在国际上也有充分的竞争力。

黄磊坦言，北斗芯片从起步上，与国际相比落后几十年，这就为产品的应用推广提出很大的挑战。北斗应用经历了有机无芯、有芯无量、行业示范、到大众应用几个阶段，关键技术从无到有，产品从实验室走向产业化，应用从政府鼓励到完全市场化。目前产业化规模已经卓有成效，下一步主要瞄准大众市场，包括手机、可穿戴、自动驾驶、IoT、智能机器人等。而这些应用，不仅需要北斗系统提供的时间和位置感知，更需要“北斗+”融合应用，如“北斗+多系统融合”、“北斗+多传感器融合”、“北斗+5G”、“北斗+AI”、“北斗IC+云服务”，等等。

“我们通过自己的努力，经历了90nm、55nm、40nm、28nm，从产品不为国际市场所知，到越来越多的国际客户选择我们的产品。 随着北斗三号组网成功，北斗全球化落地，相信越来越多的北斗产品会走向国际，高精度、高可靠、高性能将被国际市场充分认可。”黄磊博士对本报记者说。