复旦大学科研团队研发“芯云”技术

北京时间2017年11月15日凌晨2时35分，我国风云三号04星（FY-3D）在太原卫星发射中间由长征四号丙运载火箭成功发射升空，将卫星送入预定轨道。而由复旦大学自立研发的“芯云”智能芯片首次随长征四号丙运载火箭一同进入太空。

新突破：太空垃圾 变废为宝

在以往各国每一次的火箭发射后，随着一级火箭、二级火箭以及整流罩的脱落并返回地面，末子级火箭会随着它的有用载荷一同进入轨道，并长期在太空中占有珍贵的轨道资源，对在轨空间遨游飞翔器造成安全威胁，是目前体量最大的太空垃圾，也是国际社会共同关心的一个题目。

为了解决这一困扰，由复旦大学信息科学与工程学院微纳体系中间、上海智能电子与体系研究院、复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室、上海宇航体系研究所和部属上海埃依斯航天科技有限公司等组成的研究团队经过长达两年多时间的联合攻关，对常规微纳卫星功能模块高度集成化与芯片化，硬件资源可重构和智能化设计，使其重量降至30克以内，整机结构重量降低到1.1千克。复旦大学无锡研究院参与了详细的工程实施。

复旦大学研究团队

据团队组长、项目总体专家、复旦大学信息科学与工程学院教授郑立荣介绍，通过在末子级上安装这种轻便便携的智能芯片体系，团队将本来的火箭末子级改造成极低成本的科学实验和通讯平台，实现太空垃圾“变废为宝”。

本次发射，复旦大学与航天八院双方研究人员巧妙地安装了多组这种芯片体系，建成了首个末子级留轨智能应用平台，开展天基物联网实验。在火箭发射义务相对频繁的当下，这种方法具有发射周期短、在轨数量多、载荷成本低等浩繁上风，对构建将来多轨道天基信息网络具有紧张的价值。

新实验：自立容错 能量自治

本次火箭末子级载荷板采用了复旦大学自行设计的“芯云一号”片上智能体系芯片 (SoC)。该SoC集成了传感器接口、数字采样、高可靠处理器、多种信息加密技术、智能电源管理技术，以及雄厚的数据接口和网络通讯协议等，是一款集成度高、功能完整、自立可控的芯片卫星SoC。

复旦大学研发团队长期致力于建立具有类脑自立容错能力的计算模型和拓扑架构。受脑可塑性原理启发，团队在全球最早提出了类脑自立容错概念并用于高可靠体系芯片研发。研究注解，这种架构与传统多模冗余技术更具可靠性但功耗和芯片面积可以大大削减。同时，团队通过对专用指令集定制组合优化、运算单元阵列和内存访问条理重构等，大大增长数据复用率，削减数据搬移，从而进步了片上资源的团体使用服从，降低体系功耗。相干研究成果已在《IEEE电路与体系汇刊》《IEEE体系芯片国际会议》等发表。

本次在轨试验将对芯片的自立容错、动态重构、能量自治等功能进行验证。团队成员、复旦大学信息科学与工程学院微纳体系中间邹卓研究员说:“如实验成功，体系有望完全脱节备用电池，仅需几片数个厘米大小的太阳能板就可实现能量自治”。

目前，该研究项目得到了上海市科委等部门的大力支撑。

新应用：有用监测 万物互联

行使火箭末子级平台，复旦大学和航天八院联合开展了低功耗天基广域物联网实验。行使物联网精准监测了火箭末子级自己的遨游飞翔轨迹，测量了周边的空间环境以及长期在轨姿态演化规律，并对体系芯片自身功耗和平台能源管理等进行了系列实验和验证。

“截至2017年12月4日，该体系已经在轨运行430小时。运行期间，物联网试验节点与地面网络通讯稳固，回传空间监控数据以及接收地面控制指令等功能运行如初、状况优秀。”团队成员、复旦大学信息科学与工程学院微纳体系中间副教授秦亚杰愉快地说。根据预定计划，团队已经完成了在轨核心关键技术试验与验证，并转入到在轨长管阶段当中。随后双方研究团队将进一步开展组网和路由、传输控制协议、流媒体分发等系列实验，并对芯片的自立容错、动态重构、能量自治等功能进行验证，对太空碎片的举动模型进行分析。

研究人员在太空测评工程中间现场

据项目引导、中国科学院院士、复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室主任金亚秋介绍， 随着我国“一带一起”倡媾和海洋强国战略的实施，行使广域物联网对我国偏远地区、外围海疆、热点地区等进行识别和监控的需求日益迫切。然而因为受到地球曲率的影响，地面和岸基物联网体系可覆盖的范围相对较小。我们的“芯云”技术能够覆盖视线外的广大区域，犹如伸出一条伟大的手臂，可操控与伸展的范围大大增长。

此次由复旦大学和航天八院行使各自上风资源打造的新型物联网载荷体系，作为地面物联网的有益增补，可以低成本地实现天、空、地、海大尺度的万物互联，提供大数据应用与相干服务，为我国后续在天基物联网、空间碎片监测、空间环境探测、高空地磁测绘等研究打下了坚实的技术基础，同时也是对火箭的回收行使和太空碎片处理这项国际性公共难题的一次巧妙而极具意义的尝试。

（封面制图：方圆）