為什么航天器還在用老芯片，是因為老芯片更加“靠譜”？

　　2022年，在火星上的一場強風中，幾顆小石子被吹到了美國“毅力號”火星車所攜帶的一個科學儀器里，這個儀器就此癱瘓。這個消息有些奇怪，我們在生活中常常能見到類似火星車這樣能走會動的機器——掃地機器人，許多掃地機器人會通過建模規劃最優路線，遇到障礙物會自主爬坡或繞道，很少聽說掃地機器人會因為被石子砂礫纏住而喪失功能的新聞。按理來說，比掃地機器人先進得多的火星車也不可能被幾顆石子難倒才對。那么，“毅力號”為何還避不開幾個小石子，換句話說，火星車為什么看起來“不太聰明”的樣子?

　　殺死航天器的高能粒子

　　“毅力號”之所以不聰明，原因在于它有一顆過時的“大腦”——20世紀蘋果臺式電腦所使用的同款芯片。眾所周知，芯片是智能機器的中樞，每一個指令的接收和傳遞都離不開芯片，而隨著技術的進步，芯片的更新換代十分迅速，與新款芯片相比，來自上世紀的芯片在計算速度、存儲性能等各方面都落后了一大截，其性能甚至比不上我們手中手機的芯片。為什么科學家打造了最先進的航天器軀體，卻給它安上這樣一顆不太聰明的“大腦”呢?

　　其中一個重要原因就是為了躲避太空“殺手”——高能粒子。我們知道，太空環境與地球環境很不一樣：太空中充滿了各種各樣的高能粒子，比如高能中子、X射線、伽馬射線等。由于有地磁場和大氣層的保護，能夠到達地球表面的高能粒子很少，而缺少地磁場和大氣層的外太空和外星球則沒有那么好運，它們每時每刻都要承受高能粒子的轟炸。

　　這些高能粒子不僅會傷害生物體，對許多電子產品也有致命性傷害。這些粒子可以穿透機器外殼直達芯片，芯片實質是由數不清的電路組成的，粒子的撞擊會導致芯片的電路短路或者“比特翻轉”。所謂“比特翻轉”就是指將電路中的邏輯信號1變成0或者0變成1，在電路中，“1”可以被簡單理解為打開電路，“0”則是關閉電路。這樣一來，一旦粒子這只“看不見的手”將電路的開關胡亂地打開或關閉，芯片原本想傳遞的指令就會被篡改得面目全非，嚴重的時候甚至會死機，這種效應被稱作單粒子翻轉效應。

　　事實上，許多航天器都曾因為單粒子翻轉效應而癱瘓。中國第一代氣象衛星“風云一號”的B星升空后不久就因為遭遇高能粒子流，出現了單粒子翻轉效應，以至于姿態控制計算機程序混亂，導致衛星在空間翻轉，無法運行。2011年，中國自主研發的火星探測器“螢火一號”在升空數小時后入軌失敗，究其原因，很可能就是星載計算機芯片遭宇宙輻射影響發生故障而導致無法正常接收指令。

　　老芯片更加“靠譜”

　　痛定思痛，科學家們開始想方設法幫助航天器芯片躲避高能粒子，其中一個方法就是使用更大更重的芯片。

　　我們知道，早期制造的芯片都比較笨重，由于可被攻擊的范圍夠大，一塊芯片被高能粒子影響的區域較小，就像受力面積越大，壓強越小一樣，我們將這種翻轉效應稱為單粒子單位效應。隨著芯片制作工藝的進步，我們造出的芯片越來越小，單位面積上的電路越來越多，粒子轟擊所造成的翻轉現象越來越嚴重，甚至會出現單粒子多位翻轉，這對于整個航天器的安全構成了嚴重的威脅。

　　所以，出于安全考慮，應用在航天器上的芯片不再一味求新求快，而是求大求穩。航天器中所使用的芯片尺寸不會做得非常小，而是按任務設計，以滿足需求為上限。在這個前提下，那些來自上個世紀的芯片就完全能滿足要求，因此它們就成了航天器的常客。

　　除了選用大芯片，許多航天器還會采用冗余容錯來實現對芯片的糾錯和檢測，比如說進行抗輻射加固、配備備用存儲單元、使用專門的存儲芯片等方式。這樣一來，航天器的“大腦”就顯得更加笨重了，這也是為什么航天器看起來比普通家用電器還要“笨”的原因。

　　不久前發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的CPU搭載的是一款主頻為118MHz的RAD750芯片，這款芯片于2001年發布，在計算速度和存儲性能等方面，它都沒有什么過人之處，但是它能承受2000～10000戈瑞的輻射(相當于做一千萬次CT的輻射量)。RAD750芯片還同時運行在“毅力號”火星車和100多顆衛星上，部分航天器上的芯片已經接受宇宙“考驗”近20年，目前無一故障。

　　因此，與其費時費力去開發新芯片，我們何不選擇這些更加靠譜的老芯片呢?畢竟新芯片雖好，但在太空嚴酷的環境里，它們還是顯得比較嬌嫩、脆弱。