北斗产业从造芯到用芯——访中国卫星导航定位协会首席科学家曹冲

名家专栏|Famous column|

2022-11-21 13:51:59 514

2000年10月31日，随着第一颗北斗导航卫星的成功发射，我国开始逐步建立北斗卫星导航产业，我国的导航芯片产业也随之萌芽。2020年7月31日，北斗三号正式投入全球服务，这标志着北斗产业进入一个崭新的发展时期。

据央视新闻报道，目前在轨服务的北斗卫星共有45颗，我国空间和地面基础设施均已具备较为完善的服务能力，已经基本形成北斗产业应用体系。北斗卫星导航芯片作为北斗产业链中最重要的基础器件，其技术研发和商业化进展决定着整个北斗产业的未来。如今随着北斗星通、华大北斗、泰斗微电子、中科微电子、华力创通等国内企业的崛起，国产导航芯片已实现完全自主可控，且已经有多款北斗芯片实现规模化应用。

中国卫星导航定位协会首席科学家曹冲

中国卫星导航定位协会首席科学家曹冲认为，在北斗产业发展的新时期，有三大特点或者说是三大转移：其一是工作重点从建设北斗系统向应用产业转移，我们应着力推进北斗应用与服务产业，实现应用规模化、服务产业化和市场全球化；其二是产业发展从推广导航技术本身的“北斗+”向赋能关联产业的“+北斗”转移，促进传统产业数字化转型，带动新兴产业集聚融合创新；其三是整体政策方针从局限于典型示范工程的传统老旧模式向体系化推进综合应用与服务新模式转移。从卫星导航芯片角度看，在过去的十余年中，我们已经完成了造芯这一基础性工作，接下来应该重点思考的是怎么用好北斗芯，如何让北斗芯真正走入融合发展之路，为千行百业创新发展注入新的动能。

从缺芯少芯到“芯芯”向荣

导航芯片产业是卫星导航系统产业链中的基础性一环，因此导航芯片的科技创新和产业发展都与卫星导航定位系统及相关产业链条的发展密不可分。与美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的Galileo系统等世界主流卫星导航系统相比，我国的北斗卫星导航系统建设及延伸产业链条发展都起步稍晚。

因此，长期以来，缺芯少芯确实制约着我国卫星导航全产业链条的发展。曹冲告诉记者，在相当长一段时期内，我国导航产业一直面临着“缺芯”难题。直到2005年，我国才有了第一款GPS芯片问世。2012年，我国北斗二号卫星导航系统正式开通服务，在此背景下，一大批北斗应用企业和芯片公司纷纷入局，我国卫星导航产业缺芯少芯的局面才得到根本性改变。

在“十二五”“十三五”时期，北斗/GNSS芯片曾是国家与行业关注的重点。近两年，我国北斗卫星导航芯片终端应用市场快速增长，为我国北斗卫星导航芯片带来了旺盛的需求。

据《2022中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》统计显示，截至2021年底，国产北斗兼容型芯片及模块销量已超过2亿片，季度出货量突破1000万片，具有北斗定位功能的终端产品社会总保有量已超过12亿台/套（含智能手机）。2021年国内厘米级应用北斗高精度芯片、模块和板卡的总出货量持续增长，达到120万片，伴随芯片等基础产品技术的持续突破，国内建立并实施了北斗基础产品认证检测制度。

不仅如此，目前国际上量产的导航定位芯片仍只有40nm的平均制程，对比之下，我国北斗星通的北斗三号导航的22nm芯片已进入量产阶段。

2021年长沙金维自主研发的最新产品“海豚三号——北斗三号高性能综合型基带芯片”采用14nm FinFet先进工艺技术，是目前卫星导航领域芯片最高制程，可全面覆盖全球四大卫星导航系统（中国的北斗系统、美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的Galileo系统），全面实现全球场景应用，支持毫米级定位。可以看出，我国北斗芯片在工艺上已经领先全球同行业平均水平。

“随着芯片技术和导航算法与软件技术的进步，在高效能芯片组和模块与接收机终端的技术方面，已经不存在什么不可逾越的障碍与难题，相当长一段时间内，高精度定位和大众化导航是两类有着明显技术分野的产品，至今这种分野已经明显缩小，高精度成为国内外导航产业的共同追求，芯片组的高效能、低价位也已经逐步成为可能。”

曹冲告诉记者，我国在北斗/GNSS芯片组领域，在技术上与国际厂商的差距不在于芯片组硬件本身，而是在软件和算法技术上面，在多传感器的深化融合创新技术上面，在深入挖掘用户与用户的迫切需求上面。

激发市场主体，锚定用芯难题

曹冲认为，自“十二五”以来，随着芯片公司的入局和北斗应用产业的发展，我国芯片缺芯局面成功扭转，但由于北斗产业链的相关企业力量过于分散，没有形成具有国际竞争力的公司。此外，统计数据显示，2021年，国内卫星导航定位终端产品总销量超5.1亿台，其中具有卫星导航定位功能的智能手机出货量达到3.43亿台，占比最大。

由此可见，最大的GNSS芯片市场是与智能手机绑定的，这就需要导航芯片具有与移动电话芯片“融合”的能力，需要与智能手机厂商联合，然而我国的北斗/GNSS芯片厂商尚未具有与智能手机及其芯片厂商平起平坐合作的能力。因此，目前90%以上的导航芯片市场，我国的北斗芯片公司仍然无法切入。

“目前我国某些高端制造业面临缺芯难题，但是卫星导航产业并不缺芯，我们的北斗/GNSS芯片的产能是足够的，需要的是开拓市场规模，深化融合创新发展。尤其是在与智能手机和可穿戴设备方面，结合现有的基础，发展、发扬自己的特色优势，快速、全面地形成自己的具有高级竞争力的高端品牌和名牌企业。”

曹冲表示，目前国产导航芯片的年销量为1亿余片，应用领域集中在测量测绘、交通、电力、应急减灾、精准农业、航空海洋、工程施工、仓储物流等行业的应用与服务，除汽车市场外，真正与普通大众息息相关的消费应用领域，特别是在智能手机和高端可穿戴设备市场则几乎是望洋兴叹的旁观者，我国导航芯片产业的用户量在典型的高端大众消费市场的份额尚不足10%。

“十四五”时期是推进北斗应用规模化、市场化、产业化、国际化的关键时期，北斗产业发展的重点，不应该仍然停留在以往的方向和水平上，要做到与时俱进。

曹冲告诉记者，在新时期，北斗应用的重点是推进时空信息和导航与位置服务新基建，推进新时空服务科技共享平台形成与发展，推进多种多样的系统集成解决方案的推广应用与服务，它们才是需要用举国体制来办的重大事项。而北斗/GNSS芯片组的事情应该交给企业，交给市场去做。也只有激发市场活力，发挥企业创新主体作用，才能打造出真正具有国际竞争力的公司。

“我国在北斗产业方面的真正优势，是有全球最大的应用与服务市场，而相关科技的发展应该坚持问题导向、市场导向、需求导向原则，坚持从实际出发，因地制宜、因时制宜、应情制宜，而不是不切实际地一味地追求技术含量，忽视市场的迫切需求。所以一定要加强技术转化，给市场和产业赋能，让市场和企业成为主体，推动产业发展。”曹冲补充道。

用好北斗芯要着眼于北斗应用全局

在交谈中，曹冲反复强调，导航芯片或者北斗芯片的技术水平并不是困扰卫星导航产业发展的难题，应用场景的开拓才是新时期的重点。他认为，国产导航芯片产业无论是从产能还是技术水平上都已经满足市场需求，而时空信息服务和北斗应用的开拓才是制约北斗芯更进一步发展的关键。

“北斗系统，或者说是卫星导航系统的核心价值是提供高精度的时间空间信息服务，关键在于后者的应用服务是用户无限、应用无限、服务无限的。以北斗系统为基础实现更加泛在、更加融合、更加智能、更加安全的综合时空服务体系，是我们的目标。”曹冲说。

“全球导航看亚太，亚太导航看中国。”曹冲认为，我国的卫星导航定位产业，是全球同行业中势头最好的市场，在全球经济哀鸿一片的情况下，国际卫星导航产业一枝独秀，年增长率达到9%左右。而近十多年来，由于北斗系统建设的推动，我国的卫星导航产业年增长率一直保持着两位数。当然，这与我国的通信技术，特别是智能手机和4G、5G的长足发展以及互联网产业的飞速发展是密切相关的。

2005年，北斗卫星导航系统重大专项立项时，我国的卫星导航产业的年产值还不足100亿元，彼时展望2020年的产值目标达到4000亿元，许多人认为这是“天方夜谭”。

2020年，我国卫星导航产业年产值成功突破4000亿大关，达到4033亿元，而在2021年，我国卫星导航与位置服务产业总体产值更是达到4690亿元，较2020年增长16.29％。

曹冲告诉记者，当前北斗产业发展存在两大难题：一是将中国的北斗打造成为世界的北斗，也就是要将北斗系统真正融入GNSS，把兼容操作做得好上加好，把产业规模化、市场化、国际化做得好上加好；二是要推进北斗产业的升级换代、融合创新、跨越发展，让产业朝着更加泛在、更加融合、更加智能、更加安全的综合时空服务体系发展大道阔步前行。

“十四五”时期北斗产业发展的关键词是什么？曹冲认为可以归纳成为：深化、融合、升级这三个关键词，也就是：深化应用，融合创新，升级服务。这也体现了问题导向、市场导向和使命导向三原则，以及面向世界前沿科技、面向国民经济主战场、面向国家重大战略需求和面向人民生命健康的“四面向”方针。

首先是“深化应用”这一关键词，这是目前北斗产业的重大挑战。北斗这样的国之重器，这样的大系统，它不仅仅是定位、导航和授时技术，更重要的是产业发展的驱动力，它所提供的时空信息具有更加广泛深远的意义，它的高科技引领性，深度涉及国计民生的各个领域和方方面面，这就是为什么我们提出要从“北斗+”的技术推广层面，向“+北斗”的产业化的深度和广度进军。

其次是“融合创新”这一关键词。融合创新是当今社会科技和产业发展最大的特征点和发展方向，成为总体指导方针。今后十年间，北斗/GNSS产业的发展是从卫星导航发展阶段通过融合创新，实现多传感器的集成导航授时系统及其产业发展，其中首要任务当然是导航与通信的融合，低轨卫星星座就是个很好的发展方向；而利用5G和6G的布局，实现蜂窝提供的机会信号实现导航的发展趋势也值得关注，WiFi和信标系统推动地面导航与授时网络形成；还有MEMS和电子罗盘与声视频等手段，都为实现时空服务创造了极大机会。

“升级服务”，或者说是“服务升级”，是第三个关键词。这个升级服务有三重意义。一是卫星导航本身就是服务，导航系统基础设施建设目的就是提供时间空间信息服务，人们通过概念和观念升级，把导航应用逐步转变为提供服务，需要形成专门的服务提供商，实施增值服务。

二是推进北斗导航向中国新时空服务的升级，由北斗时空引领融合创新，实现智能信息产业群体集聚，将大数据、大连接、大计算、大安全、大服务这“五大要素”进行融合集成配置。

三是把如今零散的信息资源整合，实现有效组合，有机分工，有条不紊地进行整体组装和协调运作，真正体现社会主义优越性，集中力量办大事，打造中国服务国家品牌，服务全中国和全人类，最终在2035年建成更加泛在、更加融合、更加智能、更加安全的中国新时空服务体系。这就是我们的大目标。

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曹冲

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