2020.09.05

捧出“中国芯”共圆北斗梦——访中国北斗导航芯片研发先锋韩绍伟博士

      “北斗三号全球卫星导航系统正式开通!"习近平主席宣布,铿锵有力的话语声响彻整个会场。


      2020年7月31日,庄严肃穆的北京人民大会堂,灯光璀璨,气氛热烈,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在此举行。

      习主席缓缓走下主席台,抒情、悠扬的旋律响起、在堂内自由徜徉,“我和我的祖国,一刻也不能分割……”

      韩绍伟跟着熟悉的旋律,轻轻地和着,然后起身,挪向窗边。他的办公室位于武汉未来科技城北斗路北斗大厦,盯着高新大道两侧一座座新建的高科技大厦和新发展起来的高新技术企业,这些年关于北斗的片段一幕幕在他眼前重演——


      2008年的一次学术交流会上,在与国内行业专家和政府领导的一次深入探讨中,他了解到中国导航卫星芯片的空白和芯片本身对于国家战略的重要性和紧迫性;

      2009年2月,他下定决心放弃美国SiRF公司副总裁一职,踌躇满志回到祖国,带领团队主导建设北斗卫星导航系统;

      2010年是收获的一年,他发明了中国第一颗北斗多模多频高精度芯片,并在该芯片的基础上继续形成模块、板卡、接收机产品;

      2014年,他来到武汉光谷-母校原武汉测绘科技大学所在的城市-成立梦芯科技有限公司,并担任武汉导航与位置服务工业技术研究院有限责任公司(下称“武汉导航院”)院长,致力开发消费级北斗芯片;

      2016年他和团队同吃同住,"007"加班模式研发出了中国首颗40纳米高精度消费类北斗导航定位芯片,相当于在1/5一毛钱硬币大小的硅体上,实现近千万的运算和存储单元——也是这颗芯片,斩获了中国卫星导航定位科学进步奖一等奖,他还记得拿奖后,一起并肩作战的伙伴们的笑颜…....


      关于北斗的片段数不清、忆不尽,连他的微信名字都和北斗联系在一起——“北斗芯-韩绍伟”。

      如今,北斗导航卫星在浩瀚星空闪耀,将为全球导航定位作出贡献,这会对北斗导航芯片发展带来哪些机遇或挑战呢?如何让北斗导航芯片实现更多的功能?这是韩绍伟一直思索的问题。近日《中国测绘》杂志记者和武汉导航院院长、梦芯科技有限公司董事长韩绍伟博士就相关话题进行了深入探讨。



武汉导航院院长、梦芯科技有限公司董事长韩绍伟博士

|  北斗芯片:更高精度、更低功耗、更高性价比

      记者:当前北斗实现全球组网,您认为北斗芯片未来会有哪些计划和发展?

      韩绍伟:北斗定位芯片主要分为导航型、高精度型和特种应用型。随着智能应用的广泛推广,市场对精度的需求会越来越高,从而形成芯片、模块、板卡、终端、系统和服务的北斗产业链。同时基于北斗高精度定位技术拓展应用,通过多技术融合,可以进一步开拓新兴市场,带动产业发展。随着北斗“融技术、融网络、融终端、融数据”的全面发展,也必将形成一个个“北斗+"创新和“+北斗”应用的新生业态,成为国家综合时空体系建设发展全新布局的核心基础和动力源。所以北斗芯片未来的发展趋势将是通过功能集成来达到性能优化,同时融合通信、物联网和各种传感器,成为在动智能产业发展的助推器。


      记者:北斗导航芯片在消费领域的应用情况如何?未来北斗应用领域更加广泛和细化,这对于芯片研发提出了哪些更高的要求?

      韩绍伟:以交通运输行业为例,北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时定位调度监控等领域。截至目前,中国境内有超过数百万辆营运车辆、数万辆邮政和快递车辆,几十个城市的近十万辆公交车、数千余座内河导航设施和海上导航设施已应用北斗系统,建成全球最大的营运车辆动态监管系统,有效提升了监控管理效率和道路运输安全水平。

      北斗除了为传统应用领域注入新血液,还在各类新兴产业中大放异彩。如共享单车领域,梦芯科技协同滴滴单车,在2019年完成了高精度电子围栏在共享单车领域的整体方案设计及实现,现已在武汉、深圳、北京、厦门等多地推广落地。通过北斗高精度技术,解决共享单车乱停乱放、阻碍交通等各类城市问题,让我们的城市环境更为美丽。通过北斗高精度技术的应用推广,将衍生出大量新兴应用,让我们的城市实现精细化管理,让我们的生活更加便捷。

      北斗芯片作为北斗系统应用的核心元器件,担负着向更高集成度、更高精度、更低功耗、更高性价比方向发展的重任。


      记者:现在北斗导航芯片已经输出到全球70多个国家和地区,我国当前的北斗导航芯片技术水平、竞争力如何?发展存在哪些阻碍和困难?

      韩绍伟:目前,国产北斗芯片在卫星导航、位置服务产业等方面都得到了广泛的运用,同时,在技术研发方面也有了很大突破。国产北斗芯片、模块等关键技术发展迅速,性能指标已经达到国际先进水平,并已形成一定价格优势。据《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示,截至2019年底,国产北斗导航芯片模块累计销量近亿片,高精度板卡占据国内三分之一的份额,天线市场份额销量达到近九成,并输出到百余个国家和地区。

      尽管国产北斗芯片如今在各个领域已经取得了很大成就,但是在技术与研发方面依然存在着一些问题和挑战。在技术方面,国产北斗芯片目前在功能集成融合方面技术积累较为薄弱,挑战较大。然而,目前的北斗应用与产业化发展已经全面进入技术融合、应用融合、产业融合的新阶段。因此,北斗芯片如何更好地融合于移动通信芯片,融合于物联网芯片,这对于北斗产业的发展来说至关重要。在北斗芯片研发方面,北斗芯片创新相对滞后,是目前北斗应用的短板和痛点之一。北斗芯片研发团队不够集中,小而散,融资困难,无法形成大规模、高水平、大跨度的提升和进步。这种局面严重制约了芯片的创新和产业应用的发展。

      梦芯科技一直在研发通导一体化的芯片产品,将通信与定位无缝融合,提升芯片集成度,给市场提供更优的 解决方案。


|  北斗应用:"北斗+"“+北斗”  互为补充相辅相成

      记者:当前北斗导航系统生态体系产业链整体生态情况如何?上游链研发企业呈现什么样的格局?

      韩绍伟:北斗应用产业生态体系初步形成,其要素包含用、产、学、研、金、管六大方面,各要素之间相互协同共生,形成了自身技术链、产业链、价值链的循环发展关系。同时,通过与其他产业要素的整合与融合,与其他产业如56、互联网、物联网、大数据、区块链等技术链、产业链、价值链的交叉与交融,正在形成新的产业群落及其新的产业生态环境。

      结合2019年行业综合发展情况看,以卫星导航与位置服务业内企业为主导的“北斗+”发展,通过自主产品、技术解决方案和商业模式的创新,推动了北斗在各个行业领域和大众领域的应用,是当前产业及市场发展的基础。然而北斗技术应用难与其他领域业务系统真正融合,以及北斗产业与其他产业融合点不多、共生链条不够长等问题始终是行业面临的主要发展瓶颈。近年来,以业外企业甚至行业用户本身为主体推动的“+北斗”应用渐成趋势,对改变原有应用形态,深化技术融合创新,以及扩宽北斗应用领域和扩大行业市场规模起到了十分积极的作用,形成了对市场及产业进一步向深度和广度发展的有力支撑。

      面向未来,可以说“北斗+”发展形成的技术和产业良好基础,与“+北斗”推进的技术和产业深度融合,互为补充,相辅相成,将进一步推动产业迈向更加成熟的新发展阶段,促进北斗应用产业生态体系的真正形成和最终完善。


      记者:您认为要推动北斗导航系统生态产业链的良性发展,国家和企业应如何发力?

      韩绍伟:近年来,众多通信、互联网企业进入卫星导航行业,极大地促进了卫星导航与位置服务技术和产业的进步,推动了应用规模的扩张。当前,正是北斗技术创新和应用进入产业化、规模化、大众化、国际化全面发展的关键时期,原有产业群体与新进跨界竞争者形成了“自身修炼成长”和“外来和尚念经”两大产业生态格局。而无论是初具规模的北斗企业,还是跃跃欲试的圈外企业,都只有快速壮大做强,才能站稳脚跟,抢占市场先机,形成竞争优势。而这其中,最关键核心的思路是推进“北斗+”和“+北斗”两种融合创新,最快速有效的手段是面向技术和市场两方面资源的资本运作。具体说就是,圈内“自身修炼者”积极推进“北斗+",凭借已有技术经验优势,通过北斗与其他技术的融合创新和资本运作,主动为规模市场用户提供更丰富、更优质的解决方案,力图形成技术和服务门槛。而“外来的和尚”则积极运用“+北斗”,凭借其他领域技术优势或行业垄断地位,通过主动应用北斗技术和投资布局北斗产业,促进传统业务转型升级,力图形成应用市场门槛。

      北斗作为后来者,在GPS已经大规模占领市场的情况下,需要政府以政策导向,加大推广力度,落地示范应用,以应用带动产业发展,让北斗走进千家万户。


|  北斗速度:武汉梦芯科技与疫情赛跑推出新产品



武汉梦芯科技有限公司自主研发的启梦芯片

      记者:据了解,梦芯科技在3月底推出一款适用于北斗三号的高精度定向定位模块,当前它有哪些应用场景?梦芯科技是如何在疫情的压力下,保质保量完成研发的?

      韩绍伟:传统高精度定位定向市场采用的都是双天线高精度定位定向板卡方案,但是板卡这种产品形态存在面积大、功耗高、成本高等特点,拉高了高精度定位定向市场的门槛,难以形成规模化应用。梦芯科技基于公司自主研发的高精度北斗定位芯片,研制了适合大规模推广应用的定位定向产品,相对于传统高精度定位定向板卡方案,梦芯科技GNSS双天线定位定向方案具有封装尺寸小(17mm×22mm)、定位定向精度高(与板卡精度相当)、抗干扰性好(独特的抗干扰设计)、功耗低(毫瓦级别)、性价比高等多种优点,为高精度定位定向应用提供了更加优化的解决方案,可广泛应用于各类领域,未来将在自动驾驶、无人机、驾考驾培、精准机控、船舶定向、基站定向等行业应用中产生巨大的发展潜力。特别是将高精度测量应用门槛从千元级别降到百元级别,必将刺激相关领域应用的加速增长。

      以5G基站定向为例,传统5G基站,天线定向都是靠人工进行测量及管理。利用北斗高精度定位定向技术,实现基站的自动化状态监测,实现深层次的技术融合,构建智能监控体系,提升基站运维效率。国家大力发展5G通讯,需要铺设大量基站设备,每个5G基站的天线至少需要2个北斗高精度定向产品,工信部提出“尽可能把基站做得经济一些”。梦芯科技推出的低成本高精度定位定向解决方案已成为5G定向市场主流方案,并实现了小批量供货。

      作为北斗产业链的上游企业,从研发到生产,一个环节的停滞将影响整个链条的转动。今年年初,疫情肆虐,梦芯科技早早地意识到可能存在长期作战的问题,开年即想办法给全员搭建了远程办公环境,动员大家调整心态,以新的工作模式迎接挑战。由于武汉的特殊情况,我们将测试地点临时搬到了深圳,通过深圳当地的员工,搭建测试环境,保障日常研发测试需求。虽然疫情给我们的工作带来了不便,但我们还是在三月底顺利推出了支持北斗三号的高精度定向定位模块。新模块研发出来后,急需量产和交付,但生产线和物流却都因为疫情影响无法复工。我们临时联系深圳工厂,将生产交付转移,保障产品供应。



“启梦”芯片以及搭载该芯片的各类模块,应用在共享单车等各种应用场景上

      记者:当前不少公司参与芯片研发,梦芯科技的竞争力体现在哪些地方?

      韩绍伟:高精度的位置服务需要借助地基或星基的系统辅助来实现,由于传统的RTK技术对硬件资源消耗比较大,存在着成本高、功耗高、不够灵活的弊端,不能满足大规模消费类市场的应用需求。随着智能时代的到来,各类设备小型化需求激增,对成本的要求也更为苛刻,消费类市场容量巨大,低成本高精度芯片将是未来的方向。

      梦芯科技汇聚业内顶尖的卫星导航技术研发团队,在多系统卫星信号处理技术、模拟电路设计技术、低功耗电路设计以及先进工艺芯片设计、高精度定位算法、高精度授时技术、高精度测向定姿技术、室内外定位技术、惯性导航等多方面有着长期积累和大量成功经验。公司通过对高精度算法的研究,创新性地实现了高精度技术与芯片的融合,已研制出模块级高精度定位定向产品,技术水平整体处于国际领先地位,属国内首创,引领北斗芯片行业发展。


      北斗梦已圆,北斗“芯”发展正值中流击水之时,韩绍伟说,“我们这一代人,把芯片这事做了,培养一批人,让芯片事业后继有人,我们的使命也就完成了。”站在时代的潮头,我们期待以韩绍伟为代表的北斗芯片研发者借助新一轮的发展机遇,将北斗导航芯片发展推向一个新高度,让北斗真正“飞入寻常百姓家"。

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