北斗“中國芯” Al導(dǎo)航跳動(dòng)中國力量

“蘋果手機(jī)將內(nèi)置北斗芯片，支持中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”這樣的話題在網(wǎng)絡(luò)上不斷被提起。蘋果新品iPhone 14上市前，“內(nèi)置北斗芯片”的消息再次刷屏。其實(shí)，北斗才是這一話題的重點(diǎn)。

這些年來，市面上的手機(jī)大多都在硬件上已經(jīng)開始支持北斗導(dǎo)航，手機(jī)芯片對北斗的支持大概最早可以追溯到10年前，一家國外企業(yè)的驍龍芯片。

2020年7月31日,北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開通，我國建成的獨(dú)立自主、開放兼容的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從此走向服務(wù)全球、造福人類的新時(shí)代舞臺(tái)。

北斗，屬于中國人的驕傲。北斗，跳動(dòng)的一顆“中國芯”。

實(shí)現(xiàn)手機(jī)接收北斗信號進(jìn)行導(dǎo)航定位，就要在手機(jī)中裝上相應(yīng)的北斗芯片。事實(shí)上，北斗芯片在性能上與GPS是同一個(gè)量級，不相上下，甚至在某些方面性能更優(yōu)，而幾塊錢一塊的北斗芯片，成本優(yōu)勢明顯?！吨袊l(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，截至2021年底，國產(chǎn)北斗兼容型芯片及模塊銷量已超過2億片。

那么，“芯芯”向榮的北斗芯片要如何發(fā)展，導(dǎo)航芯片將何去何從。

多模多頻走向普及

“我手機(jī)上顯示了30顆衛(wèi)星，最多的還是我們中國的北斗，足足有16顆！”肖楠興奮地舉起手機(jī)向同伴炫耀。

“其實(shí)你早就用上了北斗，只是不知道而已。現(xiàn)在國內(nèi)70%以上的智能手機(jī)芯片已經(jīng)可以同時(shí)支持GNSS（包括4大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）?！睒I(yè)界專家表示。

北斗應(yīng)用已經(jīng)嵌入人們的生產(chǎn)生活中。借用一句流行語：不管你用不用，我都在那兒。北斗服務(wù)已“飛入尋常百姓家”。隨著導(dǎo)航芯片的發(fā)展進(jìn)步，導(dǎo)航定位不再僅僅是查路況、找位置、規(guī)劃路徑、普通導(dǎo)航這樣的簡單應(yīng)用，而是自動(dòng)駕駛、智慧出行、共享經(jīng)濟(jì)等高大上的精準(zhǔn)服務(wù)。

不久前，在鄭州召開的中國北斗應(yīng)用大會(huì)暨中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)第十一屆年會(huì)上，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計(jì)師、中國工程院院士楊長風(fēng)表示，北斗進(jìn)入全球服務(wù)新時(shí)代，正在成為智能手機(jī)、可穿載設(shè)備等大眾消費(fèi)產(chǎn)品定位功能的標(biāo)準(zhǔn)配置。

2022年第一季度，新進(jìn)網(wǎng)檢測的21款5G基站全部支持北斗，新進(jìn)網(wǎng)手機(jī)中有63款支持北斗。支持北斗的手機(jī)出貨量6709.4萬部，占比98.5%。部分智能手機(jī)依托北斗芯片首次推出“高精度定位”服務(wù)，提供亞米級定位精度。如今，北斗產(chǎn)品已出口120余國家和地區(qū)，服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，共享北斗建設(shè)發(fā)展成果。

衛(wèi)星導(dǎo)航芯片相當(dāng)于導(dǎo)航設(shè)備的“大腦”，是衛(wèi)星信號接收終端產(chǎn)品的核心部件。相當(dāng)于每一臺(tái)導(dǎo)航終端想要實(shí)現(xiàn)定位，就要靠這個(gè)“大腦”進(jìn)行計(jì)算和處理。

在新冠肺炎疫情防控中，北斗芯片的高精度定位能力發(fā)揮了重要作用。將帶有芯片模組的終端與時(shí)空數(shù)據(jù)一起嵌入到疫情防控各個(gè)環(huán)節(jié)，比如百姓熟知的健康碼、行程碼、檢測碼等小程序，就是基于高精度北斗芯片的導(dǎo)航服務(wù)提供的人員行進(jìn)軌跡及時(shí)間數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握人員流向，切斷病毒傳播，實(shí)現(xiàn)疫情防控的精準(zhǔn)施策。

基于高精度北斗芯片的北斗定位，還實(shí)現(xiàn)了小區(qū)（樓宇）出入通行的無接觸管理，實(shí)現(xiàn)“千人千策”精細(xì)化管理，大大緩解了基層社區(qū)人員的壓力。此外，由北斗導(dǎo)航引導(dǎo)的無人機(jī)、無人車，實(shí)現(xiàn)了無人員交叉條件下的防疫消殺和物資投放，減少了因人員聚集和接觸傳播病毒的可能。

數(shù)據(jù)顯示，具有北斗定位功能的終端產(chǎn)品社會(huì)總保有量已超過12億臺(tái)/套（含智能手機(jī)）。2021年國內(nèi)厘米級應(yīng)用北斗高精度芯片、模塊和板卡的總出貨量持續(xù)增長，達(dá)到120萬片。北斗系統(tǒng)在交通運(yùn)輸、公共安全、救災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林牧漁、城市治理等行業(yè)領(lǐng)域，以及電力、水利、通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面，已逐步形成深度應(yīng)用、規(guī)?；l(fā)展的良好局面。國產(chǎn)華為、OPPO、VIVO、小米、努比亞、酷派等智能手機(jī)廠商均安裝了北斗芯片，全面支持北斗系統(tǒng)應(yīng)用?？梢酝瑫r(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)制式和頻段的多頻多模終端走向普及。

北斗芯片買不來討不來

“從北斗建設(shè)的那天起，中國科研機(jī)構(gòu)和北斗企業(yè)一直致力于研發(fā)芯片，自主設(shè)計(jì)制造。因?yàn)樗I不來，也討不來?！敝袊娮涌萍技瘓F(tuán)有限公司首席科學(xué)家、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任蔚保國研究員如是說。

中國電子科技集團(tuán)有限公司首席科學(xué)家、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任蔚保國研究員

“說起北斗芯片成長故事，就要從北斗一號系統(tǒng)建設(shè)說起?！蔽当貞浾f，1994年2月，《關(guān)于印發(fā)<雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)工程立項(xiàng)報(bào)告>的通知》文件印發(fā)后，就進(jìn)入了北斗建設(shè)前期準(zhǔn)備階段。1996年北斗一號系統(tǒng)建設(shè)正式啟動(dòng)，中國人由此踏上了北斗系統(tǒng)自主研發(fā)之路。2003年12月15日，“北斗一號”正式開通運(yùn)行，中國成為繼美國GPS、俄羅斯格洛納斯之后，第三個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)國家。

企業(yè)是創(chuàng)新的主體。也是在那個(gè)時(shí)候，包括北斗星通、神州天鴻、遠(yuǎn)東華強(qiáng)等中國一批專業(yè)從事北斗應(yīng)用的公司相繼成立，開始了北斗芯片、終端的研發(fā)和生產(chǎn)，并不斷開拓中國自主的衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、通信和授時(shí)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。一切都是從0到1的探索和突破。

北斗一號采用雙星定位RDSS信號體制，這是一種高效率的通導(dǎo)融合體制，在提供定位授時(shí)服務(wù)的同時(shí)，其短報(bào)文通信是“獨(dú)門絕技”，至今其他幾大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都不具有這個(gè)能力，它是北斗的一大特色。

短報(bào)文通信是指北斗地面終端與北斗衛(wèi)星、北斗地面監(jiān)控中心之間能夠直接通過衛(wèi)星信號進(jìn)行雙向的信息傳遞功能。簡言之，使用其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)的用戶，只能知道“我在哪”，北斗用戶不但自己知道“我在哪”，還能告訴別人“我在哪”，以及“在干什么”。

舉例來說，比如突發(fā)地震、海上遇險(xiǎn)時(shí)，在其他通信手段都失效的情況下，北斗短報(bào)文通信能力就凸顯了，它向系統(tǒng)發(fā)一條短信，就可以“坐等”別人前來救援。如2008年汶川大地震發(fā)生后，其他通訊方式紛紛失效，只有北斗用戶終端能夠以短報(bào)文（短信）形式與指揮中心保持可靠通信聯(lián)系。

北斗二號的信號體制（RNSS）與目前應(yīng)用廣泛的GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）一樣，是無源定位系統(tǒng)，用戶只需接收北斗信號就可定位。北斗三號信號體制包括RNSS體制和RDSS體制。所以北斗三號的導(dǎo)航芯片設(shè)計(jì)要考慮多模兼容問題。

蔚保國研究員介紹說，美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都是單一星座，由運(yùn)行在2萬千米高度的中軌衛(wèi)星（MEO）構(gòu)成。北斗衛(wèi)星的三種軌道包括：中圓地球軌道衛(wèi)星(MEO)、地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)、傾斜地球同步軌道(IGSO)衛(wèi)星。這樣的布局優(yōu)勢在于既能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋、全球服務(wù),又可為亞太大部分地區(qū)用戶提供精度更高的服務(wù)。今天看來，混合星座系統(tǒng)也成為了北斗的一大特色。

有報(bào)道說，此前北斗芯片的研發(fā)和市場化進(jìn)程一直都存在著“看不見”的困難。比如成本環(huán)節(jié)上，在芯片的研發(fā)、流片以及測試的前期，企業(yè)需要投入巨大的成本，而且還不一定能成功，或者拿到想要的結(jié)果。另外，在北斗芯片發(fā)展的前中期，與國外的GPS基帶芯片技術(shù)相比，我們在抗多徑、加慣導(dǎo)等方面明顯缺乏大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)的測試。

北斗芯片經(jīng)過多年技術(shù)積累，芯片研發(fā)取得了明顯的成就。支持北斗三號的28納米工藝射頻基帶一體化SoC芯片在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用；支持雙頻雙模的22納米北斗導(dǎo)航定位芯片已經(jīng)量產(chǎn)應(yīng)用；同樣，14納米北斗芯片也有了一定的應(yīng)用。

Al芯片 僅局限于你的想象

一顆小小的芯片，上面布局了幾百萬晶體管和數(shù)公里長的導(dǎo)線，其工藝難度可想而知。90納米、55納米，到40納米、28納米、22納米、14納米……這顆北斗芯片，從無到有，從有到“精”，一步一步向高精度攀登，彰顯著“中國智慧”。

“北斗應(yīng)用只受人們想象力限制。”這是北斗人常說的一句話。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航芯片、模塊、天線、板卡等基礎(chǔ)產(chǎn)品是北斗系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。如今，我國實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)產(chǎn)品的自主可控，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，逐步應(yīng)用到了國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。

同時(shí)，經(jīng)過多年創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，集智攻關(guān)，已經(jīng)形成了比較完整的北斗導(dǎo)航芯片技術(shù)體系。導(dǎo)航型芯片、高精度芯片、抗干擾型芯片等都有了長足的發(fā)展。其中，導(dǎo)航型芯片精度為5米左右，高精度芯片達(dá)到亞米級、厘米級。目前導(dǎo)航芯片的發(fā)展正在朝著多模多頻融合的方向發(fā)展。

研究機(jī)構(gòu)分析認(rèn)為，從全球市場來看，亞太地區(qū)已經(jīng)成為GNSS定位芯片最大的消費(fèi)市場，其次是北美和歐洲市場。高通、博通和聯(lián)發(fā)科三家企業(yè)占據(jù)著全球50%以上的市場份額。中國市場發(fā)展變化較大，和芯星通、武漢夢芯、華大北斗、中科微、泰斗微電子等一批中國企業(yè)在迅速成長。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)體系已基本形成，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用初具規(guī)模。2021年，我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達(dá)到4690億元，較上一年增長16.29%。截至2021年年底，業(yè)內(nèi)相關(guān)上市公司（含新三板）總數(shù)為90家，上市公司涉及衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)的相關(guān)產(chǎn)值約占全國總體產(chǎn)值的8.7%左右。

“‘快了不精，精了不快’是業(yè)界面臨的一大痛點(diǎn)?！蔽当忉屨f，“快了不精”，是指實(shí)時(shí)定位精度不高，基本是在米級這個(gè)量級。達(dá)到厘米級精度時(shí)，往往不能做到實(shí)時(shí)，只能做到準(zhǔn)實(shí)時(shí)，或者叫事后處理?！熬瞬豢臁?，是指在高精度應(yīng)用場合，要做大量的事后處理或者做增強(qiáng)處理，同樣是非實(shí)時(shí)狀態(tài)，參數(shù)解算收斂時(shí)間不能快速形成。

為此，業(yè)界提出了“全球瞬時(shí)高精度”概念。原來交通部門用導(dǎo)航型芯片對所有車輛，包括“兩客一?！避囕v進(jìn)行監(jiān)控，管理者只需要知道車輛的大概位置，即“車在哪”，至于車輛是在幾米范圍以內(nèi)則不大關(guān)心。在自動(dòng)駕駛時(shí)代，需要構(gòu)建起全球瞬時(shí)定位與道路導(dǎo)航系統(tǒng)。未來，無論在全球任何地方給車輛定位，都要達(dá)到實(shí)時(shí)厘米級精度，這是未來發(fā)展方向。

圍繞全球瞬時(shí)定位與道路導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)建，目前正在進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)攻關(guān)和探索。一是正在鋪設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，基于PPP+RTK（即：精密單點(diǎn)定位+實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位）技術(shù)。二是國家將要建設(shè)一個(gè)全球覆蓋的低軌衛(wèi)星星座系統(tǒng)，進(jìn)行導(dǎo)航增強(qiáng)，以幫助全球瞬時(shí)高精度服務(wù)能力進(jìn)一步提升。三是還要建設(shè)一個(gè)綜合PNT（綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系）網(wǎng)絡(luò)，通過成體系的融合與創(chuàng)新，使全球瞬時(shí)高精度服務(wù)能力越來越強(qiáng)。

其中的融合，包括衛(wèi)星導(dǎo)航與慣導(dǎo)的融合、衛(wèi)星導(dǎo)航與各種感知手段的融合、衛(wèi)星導(dǎo)航與通信的融合等，從而建設(shè)一個(gè)以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為基石、為主體的綜合PNT網(wǎng)絡(luò)，加上通導(dǎo)融合、傳感器融合、環(huán)境和地理信息的融合，屆時(shí)，定位導(dǎo)航就會(huì)更加泛在，更加智能。所以，作為北斗整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條中最為重要的基礎(chǔ)部件，北斗芯片的研發(fā)以及市場化進(jìn)程都會(huì)很大程度地影響著北斗產(chǎn)業(yè)的未來走向。

突破創(chuàng)新 目前還在路上

兩院院士李德仁告訴記者，我國很多芯片企業(yè)都在做導(dǎo)航芯片，性能也不差。問題是導(dǎo)航芯片裝不到人家的設(shè)備里去，通信大公司早已搶占了這塊市場，你又怎么可能那么容易地把自己的衛(wèi)星導(dǎo)航芯片植入到人家手機(jī)芯片里去呢。此外，高精度芯片可以給專業(yè)用戶用，但是產(chǎn)值又不夠大。

李德仁院士風(fēng)趣地說，現(xiàn)在倒是有一個(gè)機(jī)會(huì)，假如美國高通公司不給中國手機(jī)供應(yīng)芯片的話，將來中國的華為給你裝（芯片），那時(shí)裝的可就是北斗芯片了，現(xiàn)在高通裝的是GPS兼容北斗的芯片，將來我們要裝的就是北斗兼容GPS的芯片了。

“我今年到展館里看，做芯片的公司有那么幾家，但是這些公司大部分都是做定位芯片的，做導(dǎo)航芯片的比較少，尤其是做智能駕駛芯片的就更少?！弊匀毁Y源部相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，導(dǎo)航芯片主要用在汽車上，定位芯片應(yīng)用的地方就比較寬泛了。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上來說，定位芯片相對簡單一些，只要接收衛(wèi)星信號，然后對衛(wèi)星信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，基本就能確定位置。而導(dǎo)航芯片則相對復(fù)雜，不僅要加算法，還要調(diào)用地圖數(shù)據(jù)，因?yàn)閷?dǎo)航離不開地圖，離開地圖就不是導(dǎo)航。

“目前，在智能駕駛芯片的研發(fā)上，我們與歐美相比還是比較弱的?！边@位負(fù)責(zé)人表示，智能駕駛行業(yè)，特別是在新能源汽車領(lǐng)域，經(jīng)常會(huì)聽到他們說要彎道超車，那么車廠“彎道超車”應(yīng)該注重的是什么呢？大多數(shù)車廠關(guān)注點(diǎn)還是在造車上，就是有形的部分，如車輪、車體、電池等，這些我們與歐洲之間已沒有代差。但真正汽車的自動(dòng)駕駛芯片領(lǐng)域，核心技術(shù)還掌握在歐美手中。所以，這一塊還需要加強(qiáng)突破創(chuàng)新。

中國科學(xué)院院士楊元喜在年會(huì)高端論壇上談到，北斗板卡嵌入其他服務(wù)平臺(tái)的模式很難形成獨(dú)立產(chǎn)業(yè)。當(dāng)下，芯片設(shè)計(jì)、芯片產(chǎn)品層出不窮，每年都有新產(chǎn)品發(fā)布，芯片尺寸做得越來越小，功能越來越強(qiáng)，但是全球市場需要多少芯片廠商呢？這樣的高水平重復(fù)建設(shè)不可持續(xù)，特別是芯片研發(fā)投入很大。他同時(shí)認(rèn)為，北斗芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自主了，但是芯片制程技術(shù)、流片技術(shù)與工藝仍存在不可控因素，特別是目前全國有1萬多家導(dǎo)航企業(yè)，產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力還相對較弱。

“未來的導(dǎo)航芯片應(yīng)該是智能化的。”蔚保國解釋說，這種智能導(dǎo)航芯片，或者叫AI導(dǎo)航芯片與現(xiàn)在的導(dǎo)航芯片不同之處在于，首先它不是純北斗導(dǎo)航芯片，而是一個(gè)多元融合的導(dǎo)航芯片；其次要有通導(dǎo)（通信和導(dǎo)航）融合的特點(diǎn)，包括要具備本體智能、群體智能、后臺(tái)賦能的特性。所以，還要有強(qiáng)大的計(jì)算能力、信息交換能力。“我認(rèn)為，未來AI導(dǎo)航芯片，某種意義上它是代表著未來導(dǎo)航技術(shù)向智能導(dǎo)航發(fā)展的方向?！?/span>

科幻片里經(jīng)常有這樣的智能生活場景：早上，音樂響起，主人被定時(shí)叫醒，抬手看一下手表上個(gè)人健康狀況數(shù)據(jù)，再快速瀏覽一下有沒有重要信息。洗漱時(shí)，主人可以在鏡子前處理個(gè)人信息，此時(shí)機(jī)器人已經(jīng)整理好了臥室，并開始為主人做早餐，導(dǎo)航也自動(dòng)為主人規(guī)劃好了上班的行車路徑……這些都離不開導(dǎo)航和定位，而芯片就是智慧“大腦”。

“未來AI導(dǎo)航也是在強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)及后臺(tái)能力的支撐下，賦予每個(gè)節(jié)點(diǎn)（任何一個(gè)個(gè)體）智能。而導(dǎo)航定位這個(gè)端點(diǎn)，可以是一個(gè)芯片、一個(gè)模組或者是一個(gè)數(shù)據(jù)處理盒子，其里面的芯片通過自我感知、自我計(jì)算、自我控制，最后給你的智能導(dǎo)航系統(tǒng)賦能。簡單說，就是讓它最懂你?！蔽当鴷诚胫磥韺?dǎo)航和AI芯片的發(fā)展愿景。

AI導(dǎo)航芯片前景很美好，十年磨一劍的北斗“中國芯”也令人期待。