全球低軌衛(wèi)星戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)全面升級(jí)，射頻前端芯片作為地衛(wèi)通信的核心底座，是制約我國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)自主可控發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。面對(duì)國(guó)際技術(shù)封鎖與產(chǎn)業(yè)核心痛點(diǎn)，2024年9月至2026年1月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)銀河信使本科生跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，以“鑄天地通信基石，啟衛(wèi)星互聯(lián)新程”為初心，圍繞低功耗高性能地衛(wèi)通信射頻芯片開(kāi)展全鏈條技術(shù)攻關(guān)、一線產(chǎn)業(yè)調(diào)研與工程化落地驗(yàn)證，以青年科創(chuàng)之力破解“卡脖子”難題，為我國(guó)地衛(wèi)通信產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)青春智慧與自主方案。
錨定國(guó)家戰(zhàn)略需求 躬身一線摸清產(chǎn)業(yè)堵點(diǎn)
低軌衛(wèi)星是構(gòu)建全球空天信息網(wǎng)絡(luò)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，而高能效射頻前端芯片，是支撐低軌衛(wèi)星低時(shí)延互聯(lián)與長(zhǎng)壽命運(yùn)行的核心器件?！丁笆逦濉币?guī)劃建議》中明確提出要推進(jìn)集成電路等關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，也為團(tuán)隊(duì)的研發(fā)方向錨定了國(guó)家戰(zhàn)略坐標(biāo)。
為真正摸清產(chǎn)業(yè)一線的真實(shí)需求與技術(shù)堵點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)自2024年11月起，開(kāi)啟了覆蓋全國(guó)的深度產(chǎn)業(yè)調(diào)研。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人閆虹岐帶隊(duì)奔赴10余座城市，先后參訪東方航天港、10余家航天科研實(shí)驗(yàn)院所與龍頭企業(yè)，開(kāi)展20余場(chǎng)行業(yè)專家深度訪談，赴華為海思半導(dǎo)體等企業(yè)開(kāi)展技術(shù)交流與需求對(duì)接。
通過(guò)全鏈條的實(shí)地調(diào)研與行業(yè)深耕，團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)錨定了當(dāng)前地衛(wèi)通信射頻芯片領(lǐng)域的三大核心痛點(diǎn)：一是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)受限于固定拓?fù)?，性能天花板被鎖死，大量潛在最優(yōu)匹配結(jié)構(gòu)無(wú)法覆蓋；二是行業(yè)通用 EDA 工具仿真速度慢，單個(gè)結(jié)構(gòu)仿真耗時(shí)久，全方案設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)達(dá)45—60天，研發(fā)效率嚴(yán)重受限；三是芯片傳輸效率與功耗控制難以平衡，高能耗加劇衛(wèi)星熱管理壓力，直接制約衛(wèi)星在軌壽命，行業(yè)亟須適配地衛(wèi)通信場(chǎng)景、可穩(wěn)定高效工作的寬頻帶微波射頻功放芯片。
聚力核心技術(shù)攻關(guān) 全鏈路突破構(gòu)建自主可控體系
針對(duì)調(diào)研鎖定的行業(yè)痛點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)以“全鏈路自主可控”為核心目標(biāo)，歷經(jīng)千余次仿真迭代、測(cè)試驗(yàn)證與失敗碰壁，完成了從芯片設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化到流片驗(yàn)證的全流程技術(shù)突破，創(chuàng)新三大核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了芯片性能與研發(fā)效率的雙重躍升。
團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新像素化拓?fù)湮гO(shè)計(jì)技術(shù)，如同在芯片里搭建了一塊25×25的“像素畫(huà)布”，突破傳統(tǒng)固定拓?fù)涞南拗疲瑢?shí)現(xiàn)2625種金屬填充分布的自由設(shè)計(jì)，慢波因子可達(dá)3.5-4.2，真正實(shí)現(xiàn)了芯片尺寸更小、信號(hào)傳輸更快、能量損耗更低，相關(guān)技術(shù)已獲得專利保護(hù)與企業(yè)認(rèn)證。
針對(duì)行業(yè)仿真效率低的痛點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了EMSN深度學(xué)習(xí)仿真引擎，通過(guò)六層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化信號(hào)特征，精準(zhǔn)捕捉芯片結(jié)構(gòu)的電磁特性，實(shí)現(xiàn)6-18GHz全頻段快速精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，仿真預(yù)測(cè)與全波仿真結(jié)果完全吻合，系統(tǒng)誤差僅0.98%，將單次仿真耗時(shí)壓縮至1ms以內(nèi)，設(shè)計(jì)效率較行業(yè)傳統(tǒng)方案提升300倍，將行業(yè)45—60天的設(shè)計(jì)周期縮短至8.2分鐘。
同時(shí)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)MDGA智能逆向優(yōu)化算法框架，解決了傳統(tǒng)優(yōu)化算法難以找到全局最優(yōu)解的行業(yè)難題，實(shí)現(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò)的高效全局最優(yōu)設(shè)計(jì)，總耗時(shí)較行業(yè)通用方案大幅縮短，功率平坦度達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。
截至目前，團(tuán)隊(duì)已形成厚實(shí)的科研積累與知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局，累計(jì)發(fā)表SCI/EI論文13篇，其中CCF A類頂會(huì)論文4篇、中科院一區(qū)論文2篇，團(tuán)隊(duì)成員以一作/共一/通訊作者發(fā)表成果9篇，另有1篇 Nature 子刊論文在審；累計(jì)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利與軟件著作權(quán)10項(xiàng)，其中團(tuán)隊(duì)成員一作5項(xiàng)，已獲專利授權(quán)1項(xiàng)。
以科創(chuàng)踐初心 以實(shí)干擔(dān)使命 青年學(xué)子勇闖科技無(wú)人區(qū)
從實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)突破，到產(chǎn)業(yè)一線的落地驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持“產(chǎn)學(xué)研用”一體化的發(fā)展路徑，推動(dòng)技術(shù)成果真正轉(zhuǎn)化為服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。
目前，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的銀河信使系列射頻芯片，已通過(guò)中國(guó)航天科技集團(tuán)五院五一三所、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十所、第十三所的權(quán)威測(cè)試驗(yàn)證，在復(fù)雜工況與極端環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性與可靠性，具備高可靠、耐極端、高精度、可集成的核心優(yōu)勢(shì)。濟(jì)南晶芯半導(dǎo)體有限公司、蘇州三色傳感器有限公司已與團(tuán)隊(duì)達(dá)成預(yù)購(gòu)合作，預(yù)購(gòu)訂單金額達(dá)132萬(wàn)元，充分驗(yàn)證了項(xiàng)目的工程落地能力與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
在商業(yè)模式與發(fā)展規(guī)劃上，團(tuán)隊(duì)擬成立產(chǎn)業(yè)化主體銀河芯半導(dǎo)體有限公司，構(gòu)建覆蓋“設(shè)計(jì)、流片、驗(yàn)證、量產(chǎn)”的全鏈路自主可控體系，采用“委外代工、輕資產(chǎn)”的生產(chǎn)模式，2027年將完成5款衛(wèi)星通信芯片與2款快充功率芯片流片，2028年實(shí)現(xiàn)宇航級(jí)芯片自主高可靠封測(cè)線建成，2030年實(shí)現(xiàn)多款星載射頻芯片規(guī)模化落地，營(yíng)業(yè)收入突破億元大關(guān)。
項(xiàng)目不僅實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的雙重突破，更打造了一支以本科生為核心的跨學(xué)科科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)成員分工明確、協(xié)同緊密，多名成員參與研制的“阿斯圖?友誼號(hào)”“微瞳一號(hào)”“哈爾濱號(hào)”等多顆衛(wèi)星已成功發(fā)射；團(tuán)隊(duì)成員主持的項(xiàng)目成功入選黑龍江省首批自然科學(xué)基金青年學(xué)生項(xiàng)目，全省僅30項(xiàng)入選。在中國(guó)工程院、中國(guó)科學(xué)院院士等多位行業(yè)頂尖專家的指導(dǎo)下，這支青年團(tuán)隊(duì)真正實(shí)現(xiàn)了“從零起步、深耕破局”，在高端射頻芯片這個(gè)科技無(wú)人區(qū)，走出了一條屬于中國(guó)青年的自主創(chuàng)新之路。
在“讓青春在祖國(guó)最需要的地方綻放絢麗之花”的時(shí)代召喚下，哈爾濱工業(yè)大學(xué)銀河信使團(tuán)隊(duì)正以自主創(chuàng)新的技術(shù)成果，打破國(guó)際技術(shù)壁壘，為我國(guó)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)筑牢核心芯片底座。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深耕地衛(wèi)通信射頻芯片領(lǐng)域，持續(xù)推動(dòng)技術(shù)迭代與產(chǎn)業(yè)規(guī)?；涞?，以中國(guó)“芯”連接天地，以青年之行踐行科技報(bào)國(guó)的初心使命，為我國(guó)空天信息產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展持續(xù)貢獻(xiàn)力量。（閆虹岐）