从武器装备的观点看当前芯片问题

　　航天科工二院 郭衍莹

　　现代先进武器装备为何越来越依赖高端芯片

　　什么是高端芯片？这在国际上并无严格定义和统一说法。现在人们一般所说芯片是指在硅块上集成的电路。那么高端芯片就是泛指在普通芯片基础上又有质的飞跃，就是集成度更高，今日新闻，速度更快，功能更强，今天新闻，甚至可以现场编程的数字逻辑电路或专用电路。现代武器装备早在上世纪90年代就广泛采用各种芯片。但新世纪以来进入信息化战争和网络化战争时代，武器系统中电子设备的比重迅速增加，对高端芯片的需求也迅速增加。以美国第五代战机F-35为例，它被称为世界上第一款完全按照信息化作战的要求设计的战斗机，因为它可以与目前美军的作战体系实现“无缝兼容”。作战时F-35是作为一个信息作战的一个节点而存在。机上装备的综合电子战系统设计目的就是最大限度地增强飞行员对整个战场态势的感知能力；其单机的电子战能力甚至能达到专业电子战机的性能。一旦发生战争，F-35在美军的作战体系中，能够与空中、海上所有美国武器装备共享信息。它如何做到这些呢？国外权威的《简氏防务年鉴》上说它“浑身上下都装了芯片”!

　　在导弹、雷达和空天防御武器领域，用得最多的高端芯片，除了常用的高速高精度ADC/DAC芯片外，大致还有三方面，一是武器计算机本身芯片。尤其是弹上、机上计算机，对芯片的要求极其严苛。二是通讯芯片；是很多武器通信控制中心的支柱。如美国萨德中的C2BMC，靠它实现全球联网。第三要算美国雷达中大量采用的,美商务部屡屡点名的DSP(数字信号处理)和FPGA(现场可编程门阵列)芯片了。

　　现代武器系统中的电子设备，其主要任务简言之就是接受信息，经处理和快速运算后输出指令，去控制执行部件。以现代雷达为例,其数据率高达每秒数十次,也就是零点几秒就要运算完一次。因此要求信息处理芯片具有实时，快速，大容量计算功能。目前最常用的算法是卷积运算和富利哀变换。这二种运算都是大量的相乘和累加的迭代过程，用现代信号处理芯片最简便。现代信号处理芯片自1982年推出至今，已经历五代产品，它与过去高速微处理器有很大的不同：一是它能在一个指令周期内完成32位乘法和累加运算，时间只需1-2纳秒；二是多功能；且可并行处理；三是采用所谓“哈佛结构”。它是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线， 两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。这样也就克服了数据流传输的瓶颈，极大地提高了运算速度。

　　至于FPGA,它包含大量门电路,使芯片更集成化,速度更快,可靠性更高.尤其是具有系统内可再编程(可再配置)的能力,包括可编程逻辑块,可编程I/O和可编程内部连线。作为信息处理，FPGA大有取代DSP的趋势。

　　广大的设计人员是芯片的用户，当然是“拿来主义”。譬如FPGA或DSP，美国著名的FPGA厂商,如Xilinx（中文名赛灵思公司）、Altera公司等都在中国设立销售机构，供货充足，服务周全，连开发工具都已为你准备好。每推出一个新型号就免费为你培训，大大方便你的设计工作，甚至可以做出很多“创新”。当然这些公司赚得盆满钵满，这大约就是一些人所说的“双赢”。一位资深院士说得好:现在不少成果都是建立在使用国外芯片基础上得到的；而且动辄宣称世界第一，这不就是“拿别人昨天的东西来打扮自已的明天”！

　　我们从S-300已公开的资料图片中看到（如俄罗斯售给希腊的S-300-2系统），它的火控雷达信号处理也采用FFT技术。雷达每一距离通道也是通过FFT运算实现多普勒速度支路。但俄是用小规模集成电路（IC）来组成。一个距离通道就得做成一个机柜，而美国只需用一片FPGA或DSP芯片(以及高速高精度ADC/DAC芯片)和一块印制电路板。所以俄罗斯的电子设备常给人以傻、大、粗的感觉，常被国内一些学者瞧不起。但俄有他的办法，并不妨碍他的S-300和S-400成为世界一流的防空导弹系统。