综合新闻

一是计算机芯片

点击量:166   时间:2020-05-09 02:50

  俄罗斯科技人员富于研讨精神。为了扬长补短,他们在模拟电路设计方面往往有一些神奇构思。下面举个典型例子。

  俄罗斯这些出奇制胜的招数,大大降矮由于异国高端芯片带来的弱点。俄武器设备虽傻大粗,并没相关碍他的S-300以及后来的S-400、S-500等成为世界一流的防空导弹体系。这也使普京总统谈话有了底气。如往年9月14日,沙特的炼油厂遭受也门武装的无人机和巡航导弹攻击,安放在附近的多套喜欢国者PAC-2和-3体系居然连现在的都异国发现。于是普京亲自出来谈话,照样买吾的S—400吧,可保你安全无事!国际上一些行家也公认,普京所说并非伪话。

  这栽运算其实就是大量的相乘和累添的迭代过程。现在一些先辈雷达的数据率高达每秒数十次,也就是不到零点一秒整机就要完善一次运算和限制。因此请求新闻处理芯片具有实时,迅速,大容量计算功能。用当代信号处理芯片最浅易不过了。国外的数字信号处理芯片(DSP芯片)程度首推美国公司产品。从1982年问世至今,已经历五代产品,它与昔时高速微处理器有内心的差别:一是它能在一个指令周期内完善32位乘法和累添运算,时间还不到1纳秒;二是多功能;且可并走处理;三是采用所谓“哈佛组织”。它具有一条自力的地址总线和一条自力的数据总线,且各有各的存储器。如许也就克服了数据流传输的瓶颈,极大挑高运算速度。近年来DSP芯片技术不息挑高(最高时钟可达1GHz),产品不息更新。例如最新原料,某国外公司的产品,在100MHz操作指令下,完善32位1024FFT通盘运算,仅需50奇妙。

  俄罗斯雷达要实现脉冲多普勒,又异国高端芯片,他们就创新地用较浅易的模拟电路-中频积分器来实现中频相参积累(理论上等效FFT)。这栽中频积分器实际上是一个外激晶体振荡器,它日常不振荡,而自身谐振频率则调谐在中一再率;只要输入中频信号,它就会被激励而振荡。倘若外添的是中频脉冲,在脉冲赓续期间,晶振做事并作添幅振荡。而在中频脉冲间歇期间,晶振停留做事,但由于它的Q值特意高,输出能维持在等幅振荡值不变。待下一个脉冲到来时,振荡幅度再进一步添大。然后又维持在更高的等幅振荡值。如此晶振输出随着脉冲不息到来而不息上升,这就实现了中频脉冲积累(图1)。这栽中频积分器的重要性能指标(速度、精度等)可与数字积累比美。

  二是靠俄罗斯有一支世界一流的体系设计队伍。他们的设计思维是“体系第一”;详细说就是指“武器中各部件的程度能够清淡(个别甚至能够较差),但体系程度,包括武器重要的体系性能指标和武器正经性必须一流”。譬如在空天退守武器周围,他们的设计准则是:1,不克请求武器体系指标周详超过美国,或者项项指标世界第一。俄异国力量周详和美国拼比。但能够抓住重要指标,解决重要矛盾,使重要指标世界领先。2,不克请求武器体系中一切设备和部件都是一流的,但请求各个设备尽量做到扬长避短。要寻找实效尤其是高安详、高正经,而不刻意寻找采用先辈元器件和先辈技术,不要在乎形式 “傻、大、粗”。末了由总师们综相符出重要性能特出,程度世界一流的防空导弹武器体系。

  再说DSP情况。它和FPGA情况很相通,现在国际上DSP芯片产业几乎被美国几家公司所垄断。所差别的,是这些公司大都是美国的大公司。如德州仪器公司(TI),它占有世界市场45%。它的TMS320C系列芯片畅销各国。其次是AT&T公司,占有世界市场的29%。再其次是AD公司,占有世界市场11%,虽是第三位,但在中国影响很大。它ADSP系列和Tiger SHARC系列(在中国诨名叫“沙虎”),由于设计上一些益处,添以较高的性能价格比,深受用户迎接。

  FPGA芯片既然在雷达等答用中举足轻重,必然存在坦然隐患,何况美国商务部早已对它点过名。保禁绝哪天显现“芯片危机”,此言并非耸人听闻。那么为何不早早实现国产化。据业妻子士说,其中有不少实际难得。最先是国际市场十足被Xilinx、Altera等二三家公司所垄断。因此它的专利技术壁垒很高。现在为止,这些公司已有9000多项专利,构建了一道坚实的知识产权堡垒,大大地堵物化了其他公司追赶和谋求共享之路。例如昔时英特尔也曾想挤入这一周围,它耗资了167亿美元收购阿尔特拉,但末了发现仅仅是获得进入FPGA周围的入场券。尤其是Xilinx,它从上世纪80年代最先,消耗了30多年的时间积累FPGA技术和经验,才能在该周围留下优厚的技术和知识内情。并把其他公司远远抛在后面。

  至于上世纪80年代末崛首的新式FPGA,它包含大量可编程的门电路(可多至20000门以上),使芯片更集成化,速度更快,正经性更高。尤其是具有体系内可再编程(可重置)的能力,包括可编程逻辑块,可编程I/O和可编程内部连线。行为新闻处理,DSP很多答用周围被FPGA所取代。

义务编辑:张建利

  结语

  雷达中以信号处理片面用数字芯片最多。所谓信号处理就是将收到的现在的信号从噪声中挑掏出来,测出它的距离、角度和速度,然后向导弹发出限制信号(指令)。行家晓畅,昔时老雷达的信号处理是行使很多距离通道和数现在多多的速度通道(多普勒滤波器), 真人网投游戏平台授与到的现在的信号落入哪个距离通道和哪个速度滤波器中, ag捕鱼游戏投注平台就能晓畅现在的的位置和速度。行家段不光设备累赘, AG真人官网投注且速度较慢, AG视讯游戏大全精度有限。当代雷达的信号处理改用数字运算手段。而最常用的算法是和富利悲变换(FFT)运算,能够迅速算出现在的信号的多普勒频率有多大,然后按照多普勒效答的公式推算出现在的速度。

  美国有那么一批雷达行家(包括几位著名老行家)特意研究俄罗斯雷达的上风和柔肋,并积累大量原料和数据。他们认为,俄罗斯S-300雷达体系是一个“高性能,矮成本,矮功耗”的设计。它起码在以下四个体系设计方面,大胆采取的自立创新的举措:(1)采用X波段(喜欢国者为C波段),敢于站在高首点。使体系性能指标的挑高有很大潜力。(2)用多部雷达,而不是像喜欢国者用一部雷达完善搜索、跟踪、照射、请示、火控等多功能。如准许使每部雷达都达到最佳性能。如搜索雷达能够将天线倾向图压矮,并将天线架设于桅杆上,大大挑高搜索矮空飞走现在的的能力(最矮作用距离可至5米,称世界第一)。自然弱点是体系较“累赘”。(3)冲破经典雷达理论的框框,大胆采用脉冲重复频率很高(高达几百千赫兹)的脉冲多普勒体制。使其雷达能在大空域内对付高速机动现在的和杂波作梗的能力。(4)采取措施辛勤降矮体系射频消耗,如微波传输用矮消耗波导,天馈体系采用稀奇的收发阻隔技术等。美国行家推想,其天馈体系总的微波消耗约为5dB。这个5dB的概念是指天馈体系要消耗总的微波功率的三分之二,只有三分之一的功率传播至空间,成为有效功率。但喜欢国者雷达天馈体系的消耗可高达7-12dB。理论计算外明,微波消耗每降矮1dB,,就可使雷达作用距离增补6%。

  五、发展高端芯片产业(以FPGA和DSP为例)的难点在那里?

  郭衍莹

  以美国喜欢国者防空导弹体系中的相控阵雷达为例。美国人的设计原则,就是行使最先辈的技术,采用最先辈的元器件,达到最先辈的程度。它用一部雷达(多功能相控阵雷达)完善搜索、跟踪、照射、请示、火控等多栽功能。而在雷达中用了大量高端芯片。除了天馈体系中的R/S(收/发)微波芯片外,视频以下电路基本上都采用高端数字芯片。除了必须用的高速高精度ADC/DAC芯片外,大致还有三方面,一是计算机芯片,大都是厂家设计的专用ASIC。二是通讯芯片;是很多武器通信限制中央的支撑。相通美国萨德中的C2BMC,靠它实现与其它喜欢国者雷达联网。第三要算微波以下信号处理片面大量浓密采用的,美商务部曾一再点名的DSP(数字信号处理)和FPGA(现场可编程门阵列)一类芯片了。

  美国的喜欢国者-3和俄罗斯的S-300-2相控雷达都采用先辈的脉冲多普勒体制。吾们从已公开的原料和图片中望到(例如俄罗斯售给希腊的S-300-2体系),二者的信号处理也都普及采用FFT技术。雷达每一距离通道也是经历FFT运算来实现多普勒速度支路。但美国用的是DSP或FPGA芯片,每个距离通道只需用一片FPGA或DSP芯片和一块印制电路板(上有高速ADC/DAC芯片和电源限制) 。而俄罗斯的雷达则重要有二栽手段,一栽是用幼周围集成电路(IC)来构成FFT电路;另一栽是中频积累电路添上模拟式滤波器构成(理论表明这二者是等效的)。不论哪一栽手段,它的一个距离通道就得做成一个不幼的机柜。以是俄罗斯异国高端芯片,综合新闻虽也能做出先辈设备,但给人直不悦目最先是“傻大粗”。有人不详计算,因S-300-2的距离通道至稀奇24个,(每个距离通道又有很多速度通道),仅此一项,倘若用芯片来实现FFT,比首俄罗斯的手段,起码可缩短体积三分之一。不过在总体性能指标方面,由于俄罗斯科技人员的智慧才智和辛勤,包括采取自立创新,扬长避短等措施,在重要方面基本上已克服了异国高端芯片带来的弱点,从总体言基本上达到与喜欢国者相反程度。

  美国一位军工行家甘斯勒教授在《21世纪国防工业军备竞技场》一书中说过:“俄罗斯先辈武器具有矮成本,高效能的特出益处。它在答用中稀奇易于维护和补缀,正经性高。具有特出的标准化程度,这已根深蒂固植根于俄罗优雅化中,并一连到21世纪的武器发展中” 。有的文献还大谈俄罗斯武器的魅力,归纳首来是:实用,正经,矮成本,高效能,易于补缀。

  第二 ,尽管FPGA在军事周围中答用前景汜博,但民用市场却很有限。清淡民用产品很少必要如许大量而又高速的运算。因此它总的市场偏幼:据原料全球半导体的市场总额为4000亿美元/年,而FPGA还不到100亿美金/年。而且用户购买如此方便,使企业家们和国家相关部分觉得不值得投巨资往开辟新市场。改革盛开前吾国在军工界有一理论,叫“造船不如买船,买船不如租船”。现在某些人对待FPGA等高端芯片的态度有点像这栽“租船论”的翻版!

  先从FPGA说首。美国著名的FPGA厂商有Xilinx(中文名赛灵思公司,产品称Virtex系列)、Altera(产品称Stratix系列)、Actel(产品称PROAsic系列)三行家,垄断世界90%以上市场。前二者都在中国竖立出售机构,供货优裕,服务周详,连开发工具都为你准备好。每推出一个新式号还免费为你培训,大时兴便你的设计做事。

  从答用角度来望,DSP适用于体系较矮取样速率、矮数据率、多条件操作和复杂的多算法义务;体系答用浮点。而FPAG适用于体系高速取样速率、高数据率、框图手段编程、处理义务固定或重复。体系答用定点。以是二者作用能够互补。实际上现在常用的柔件平台就是FPGA DSP组织。FPGA重要对高速数据进走预处理,降矮数据的速率,然后将数据送给DSP,往实现复杂的算法。

  据报道,即使是俄罗斯的S-400、S-500仍保留不少分立元件构成的模拟电路和模块。他们强调“继承中渐进创新发展”道路。原型号的一些非关键部件,只要安详正经,就不要容易更新换代。自然对关键片面,他们照样不吝花大力气,不息改进和更新。

  1、鉴于国外对DSP和FPGA等高端芯片产业的垄断,从国防坦然角度考虑,答千钧一发发展本身的FPGA、DSP等高端芯片产业。这些武器装备必要的关键部件,不克像民用产品那像十足从市场收好起程考虑题目。最重要的是坦然认识。

  二、俄罗斯雷达异国高端芯片对武器先辈性的影响。

  多所周知,自苏联解体后,俄罗斯经济平素不算景气;他的GDP已不息多年异国进入世界排名前十位。在军工方面,微电子技术和详细限制技术平素是俄罗斯的短板。而且从原苏联首平素强调武器中基本上不答用外国的元器件(原形是西方也阻止向俄出售高端电子器件)。俄罗斯匮乏世界一流高端芯片和微电子器件,却能连连推出世界一流的新武器,俄罗斯科技人员是如何解决这一矛盾的?

  吾们从大量原料中望到,他们就是倚赖“自立创新”的思维。详细说,一是靠科技人员“扬长避短”的设计思维。足够行使俄本身在微波电路、模拟电路、微波电真空技术、惯性制导技术和器件等基础技术方面上风,倚赖俄科技人员智慧才智,弥补微电子技术的不及。这栽弥补不是浅易的替代,而往往是一栽创新。作者将在下面举一个典型的成功例子:俄在S-300雷达中曾用他激晶体振荡器(模拟电路)行为中频信号积累,其体积虽比芯片要大,但比清淡集成电路要幼,能够替FFT的基本功能。由此可见,俄科技人员采取扬长避短现在的,一方面固然是迫不得已,但另方面却促使它的模拟电路技术达到前所异国的高程度。

  雷达采用高端芯片后清晰益处最先是体积重量大大减轻,使武器更容易、变通。这对某些武器装备是至关重要的。其次,运走速度大大挑高,使性能指标大幅度挑高。末了,使武器更易于捡测、补缀;从而挑高了武器总体性能。

  一、美国尖端武器(以雷达为例)中答用高端芯片情况

  2、有些基础技术,例如模拟电路技术的哺育不克作废,甚至还要强化。上世纪吾们电真空下马的哺育答该记取。基础科技是不克一时抱佛脚的。

  另一差别于FPGA的情况是,DSP芯片有较大的民用市场,要比FPGA芯片汜博得多。据2016年国生手业通知称,昔时DSP芯片56%答用于通讯周围,计算机占21%,军事上只占5%。不过通讯周围的56%中,很大一块是作军用的。

  对于模拟电路技术,吾总认为国内尤其高校先生们有一些误解;一是模拟电路已经落后,以是有的高校已经作废这门基础课。二是模拟电路正经性必定比数字电路差。实际上吾认为,模拟电路行为一栽基础技术,在相等长一段时间内不会“穷途物化路”。现在国内卒业大门生到单位做事后往往遇到大量模拟电路题目,而这些卒业生解决实际题目的能力太差,更不必说有所创新,有所发明了。

  原标题:“芯片危机”会死灰复然吗?再论“俄尖端武器缘何异国芯片危机”

  “芯片危机”会死灰复然吗?——再论“俄尖端武器缘何异国芯片危机?”

  吾于2018年8月9日曾在环球网上发外了“从武器装备的不悦目点望现在芯片题目”一文(后有多家网站转载;有的将题现在改为“俄尖端武器缘何异国芯片危机?”),受到不少读者的关注。很多读者认为,俄罗斯经济实力弱,微电子技术落后,又匮乏高端芯片,现又受北约制裁和重压,但仍能不息推出一批又一批世界一流的武器;尽管中俄体制差别,但俄罗斯的经验哺育仍有很多值得吾们借鉴之处。这一年多来,固然从外观上望芯片危机犹如有所懈弛,但中美贸易摩擦并未得到内心性解决。特朗普频繁扬言:“此次贸易制裁不是终结,而是起头!”。最近尽管新冠病毒还在美国和全世界荼毒,美国遏制中国的企图一刻也异国消停。一些政客还不息制造舆论,扬言要在疫情事后谋求中美经济上十足脱钩。能够意料,新一轮的摩擦和更厉厉的芯片制裁或在不久再度上演。而新的制裁将更偏重于军用高端芯片(由于美国产品更具有垄断性)。为此吾按照读者偏见又做了些调研。这篇“再论”,就是想在原文基础上和行家作些进一步探讨;务求把一些基本题目弄明了(如异国高端芯片对武器先辈性影响多大?俄采取哪些重要措施弥补异国高端芯片带来的弱点?发展军用高端芯片产业难点在那里?等等)。文中所举例子虽以国外相控阵雷达(俄S-300雷达和美国喜欢国者雷达)为例,但它有必定代外性。由于尖端武器(导弹、战机等)中电子设备的比重越来越大。读者能够触类旁通。

  四、俄罗斯武器畅销全世界的秘诀:实用,正经,矮成本,高效能,易于补缀。

  现在FPGA技术还在不息发展。据Xilinx公司称,最新上市的kintex,采用16nm芯片;厂家还可按照你的需求在一片芯片上集成上万个逻辑阵列块,上千个18×18位乘法,收发频率高达几十个GHz。甚至能够帮你做出很多“创新”。自然这些公司赚得盆满钵满。而普及的设计人员是芯片的用户,他们自然是“拿来主义”;甚至还认为是“双赢”。

  三、 俄罗斯采取哪些措施弥补由于异国高端芯片(以及微电子技术落后)带来的弱点?

  序言

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