最近南京牛氣所（代號(hào)中電14所）在北京舉行的第三屆軍民融合發(fā)展高技術(shù)裝備成果展覽暨論壇，展出了聯(lián)合清華大學(xué)、龍芯中科等單位研發(fā)的華睿DSP芯片。雖然并不起眼，但這款小小的芯片，卻結(jié)束了中國(guó)國(guó)產(chǎn)雷達(dá)長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口DSP芯片的歷史。這么一個(gè)小小的芯片，卻承載了我國(guó)雷達(dá)電子的重中之重，采用了多核多線程技術(shù)，達(dá)到世界先進(jìn)水平

 
  華睿1號(hào)”專(zhuān)用DSP芯片項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，“華睿1號(hào)”由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十四研究所、北京國(guó)睿中數(shù)科技股份有限公司以及清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)。其中，在處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，“華睿1號(hào)”采用了DSP和CPU多核架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。實(shí)測(cè)表明，“華睿1號(hào)”的處理能力和能耗具有明顯優(yōu)勢(shì)，代表了我國(guó)目前專(zhuān)用DSP芯片的最高水平，芯片的整體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平。同時(shí)，“華睿1號(hào)”在運(yùn)行多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)十分穩(wěn)定。據(jù)了解，該課題2009年初被列入國(guó)家“核高基”重大專(zhuān)項(xiàng)，技術(shù)指標(biāo)高，設(shè)計(jì)難度大，其復(fù)雜的DSP芯片設(shè)計(jì)和處理器配套軟件開(kāi)發(fā)，是世界前沿的研究課題?！叭A睿1號(hào)”DSP芯片在自主創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)并掌握核心技術(shù)及滿足應(yīng)用需求方面達(dá)到了重大專(zhuān)項(xiàng)的目標(biāo)，在集中國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)資源、采用產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合進(jìn)行開(kāi)發(fā)的新機(jī)制方面也做了有益探索。

 
  DSP芯片，學(xué)名數(shù)字化信息處理芯片，是一種特殊的芯片，專(zhuān)門(mén)用于處理各種信號(hào)比如雷達(dá)紅外無(wú)線電信號(hào)的利器，現(xiàn)在的先進(jìn)雷達(dá)都采用了數(shù)字化部件，軟件化設(shè)計(jì)，這是一個(gè)必需品，比如手機(jī)芯片。

 
  華睿1號(hào)是我國(guó)自主研制的一款4核微處理器,該處理器內(nèi)部集成了矢量處理部件,擴(kuò)展了包含快速傅里葉變換(FFT)蝶形運(yùn)算指令在內(nèi)的矢量指令集,具有很強(qiáng)的FFT運(yùn)算和數(shù)字脈壓處理能力。在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的實(shí)測(cè)表明華睿1號(hào)單核處理1 024個(gè)單精度浮點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT和數(shù)字脈壓的運(yùn)算時(shí)間分別為6.12μs和15.36μs,采用多線程FFT并行處理技術(shù)后,4核加速比可達(dá)3倍以上,滿負(fù)荷功耗僅10 W,總體性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類(lèi)處理器,適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的雷達(dá)信號(hào)處理和電子對(duì)抗等領(lǐng)域。

 
性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平

 
  華睿1號(hào)采用65nm CMOS工藝，工作主頻為550MHz，處理能力32GFMACS，功耗為10W。就技術(shù)指標(biāo)而言，華睿1號(hào)DSP 性能明顯優(yōu)于飛思卡爾公司的MPC8640D、ADI 公司的TS201 和美國(guó)德州儀器公司的C6701。根據(jù)南京電子技術(shù)研究所的研究顯示：華睿1號(hào)總體性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類(lèi)處理器，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的雷達(dá)信號(hào)處理和電子對(duì)抗等領(lǐng)域。

 
  正是因?yàn)槿A睿1號(hào)優(yōu)異的性能，這款DSP已經(jīng)成功應(yīng)用于十四所十多型雷達(dá)產(chǎn)品中，創(chuàng)造了國(guó)產(chǎn)多核DSP芯片產(chǎn)品應(yīng)用的“三個(gè)之最”：雷達(dá)裝備應(yīng)用型號(hào)最多、單臺(tái)套應(yīng)用數(shù)量最多和總應(yīng)用數(shù)量最多（這個(gè)消息暗示，國(guó)產(chǎn)最先進(jìn)殲20雷達(dá)應(yīng)該也使用了這一款芯片）。殲20戰(zhàn)斗機(jī)裝備了先進(jìn)的雷達(dá)和電子設(shè)備，雷達(dá)和電子設(shè)備需要大量的DSP，華睿1號(hào)真是及時(shí)雨在華睿1號(hào)取得成功之后，中國(guó)電科十四所再接再厲，成功研制出華睿2號(hào)，華睿2號(hào)是在實(shí)現(xiàn)華睿1號(hào)基本功能的前提下，進(jìn)一步改進(jìn)了專(zhuān)用指令和向量運(yùn)算單元，同時(shí)加入了可重構(gòu)的運(yùn)算核，更高效地面向?qū)Ｓ妙I(lǐng)域的計(jì)算，在通用的基礎(chǔ)上更偏向?qū)ＭńY(jié)合。目前，華睿2號(hào)還在調(diào)試中，據(jù)小道消息，多型新裝備將采用華睿2號(hào)DSP。除了已經(jīng)研發(fā)成功的華睿1號(hào)和華睿2號(hào)之外，14所正在研發(fā)華睿3號(hào)，讓我們一起期待華睿2號(hào)大量應(yīng)用和華睿3號(hào)研發(fā)成果的好消息。

 
  之前國(guó)產(chǎn)雷達(dá)用的DSP都是進(jìn)口的，進(jìn)口只有中低端，性能低不說(shuō)，而且外國(guó)廠家里面藏了很多后門(mén)，極其危險(xiǎn)，稍不注意，就可能發(fā)生嚴(yán)重泄密或者被干擾或者睜眼瞎的結(jié)果。

 
DSP芯片的優(yōu)勢(shì)：

 
  這是一種高效的信號(hào)處理專(zhuān)用芯片，比普通通用芯片快很多倍，所以大家都用它搞雷達(dá)信號(hào)，紅外信號(hào)，電視信號(hào)等等。傅立葉變換，一個(gè)數(shù)學(xué)家的杰作，給后世的人們帶來(lái)了無(wú)盡的便利快速傅立葉變換FFT是雷達(dá)信號(hào)處理的重要工具。DSP內(nèi)部的硬件乘法器、地址產(chǎn)生器（反轉(zhuǎn)尋址）和多處理內(nèi)核，保證DSP在相同條件下，完成FFT算法的速度比通用微處理器要快2到3個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，在雷達(dá)信號(hào)處理器中，大量采用DSP完成FT/IFFT，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)-頻域轉(zhuǎn)換、回波頻譜分析、頻域數(shù)字脈沖壓縮等。

 
  FIR濾波器是雷達(dá)信號(hào)處理中常用設(shè)計(jì)之一。在動(dòng)目標(biāo)指示（MTI）或動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTD）中，采用FIR濾波器可以濾除雜波干擾，提高信雜比，而通過(guò)恒虛警處理（CFAR）完成目標(biāo)的檢測(cè)。在機(jī)載多普勒雷達(dá)中，為了抑制地雜波的干擾，采用了復(fù)雜的自適應(yīng)濾波器組。在陣列信號(hào)處理以及波束形成中，進(jìn)行數(shù)據(jù) 校正及加權(quán)系數(shù)計(jì)算和控制，均需要大量的復(fù)數(shù)運(yùn)算。

 
  這些復(fù)數(shù)加權(quán)濾波器、多普勒濾波器組或者矩陣運(yùn)算都是復(fù)信號(hào)的乘法累加運(yùn)算，可根據(jù)不同算法的需要，采 用DSP進(jìn)行靈活編程實(shí)現(xiàn)。

 
  上面這些都是比較專(zhuān)業(yè)的詞匯，簡(jiǎn)單解釋幾句。

 
  之前沒(méi)有DSP的時(shí)候，飛機(jī)雷達(dá)功能和指標(biāo)很差，尤其是抗干擾和對(duì)付雜波能力，很差，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是，低空偷偷摸摸的飛過(guò)來(lái)，雷達(dá)很難發(fā)現(xiàn)，而且對(duì)付敵人的電子干擾極其的困難。用了先進(jìn)DSP雷達(dá)之后，敵機(jī)低空鉆山溝這一百試百靈的大招漸漸也變得不太好使了

以下是技術(shù)問(wèn)答：由某資深電子專(zhuān)家提供技術(shù)支持，幫助大家理解DSP芯片的重要意義。

 
問(wèn)：雷達(dá)信號(hào)處理用dsp，有和沒(méi)有有啥區(qū)別？

答：有跟沒(méi)有是本質(zhì)區(qū)別，拿音響比的話，沒(méi)有就是個(gè)模擬收音機(jī)，有的話就是杜比高保真。

 

問(wèn)：我想知道，美帝雷達(dá)這個(gè)DSP能比毛熊的玩野好多少？

答：基本無(wú)可比性。

 

問(wèn)：用了這個(gè)東西，雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)距離和分辨率會(huì)大幅度提升吧？

答：不能光用音量大小衡量音響質(zhì)量。毛熊的玩野太粗糙。俄羅斯的雷達(dá)電子設(shè)備像那種廣場(chǎng)舞用廉價(jià)音響，除了聲音大沒(méi)有啥好處。美國(guó)的的設(shè)備精細(xì)太多了。用了DSP不只是距離和分辨率，對(duì)復(fù)雜情況的處理要強(qiáng)太多。

 

問(wèn)：DSP質(zhì)量高和質(zhì)量低有啥區(qū)別？

答：雷達(dá)DSP本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)算法的。DSP不行，用的算法就不靈，就是個(gè)廣場(chǎng)舞機(jī)的效果，只能大概聽(tīng)個(gè)聲音，別的一概木有，你的DSP牛逼，用的算法就可以牛逼，就有蔡琴老師站在面前表演的現(xiàn)場(chǎng)感。

 

 

現(xiàn)場(chǎng)演唱會(huì)效果不是普通大喇叭能比的，用了DSP技術(shù)，就可以輕松復(fù)現(xiàn)這一切

 

問(wèn)：這些和雷達(dá)硬指標(biāo)有啥直接關(guān)系嘛？

答：你打算用音響放的聲音里聽(tīng)出現(xiàn)場(chǎng)感不？想知道蔡琴老師究竟在哪個(gè)角落不？請(qǐng)上牛逼音響，不然就是靠得很近了才知道，哦大概在這里。

 

問(wèn)：這么說(shuō)的話，俺感覺(jué)可以說(shuō)，分辨率更高？

答：毛熊雷達(dá)吹的數(shù)字很牛逼，但實(shí)際使用的距離并沒(méi)有那么好。

 

沒(méi)錯(cuò)，俄羅斯雷達(dá)特別爛，大部分都是簡(jiǎn)單的靠加大功率搞的，要是對(duì)方放干擾的話，美國(guó)雷達(dá)不太怕，還可以反過(guò)來(lái)抓。毛熊遇到干擾，屏幕精彩的就一片雪白，反隱身也是一樣。

 

 

俄羅斯粗大的2個(gè)干擾大雪茄，現(xiàn)在看來(lái)已經(jīng)完全out了，遇到先進(jìn)的DSP雷達(dá)，完全無(wú)視之

 

問(wèn)：這個(gè)是啥意思？抗干擾能力更牛逼了？

答：對(duì)方的隱身機(jī)可能也會(huì)露點(diǎn)行蹤，然而毛熊雷達(dá)直接當(dāng)噪音去掉了。對(duì)，可以精細(xì)分辨真信號(hào)和干擾，不會(huì)一通全抓。

 

問(wèn)：能不能這么理解，美國(guó)雷達(dá)用了先進(jìn)的DSP芯片后是不是做的更精細(xì)，捕魚(yú)篩子更細(xì)了？

答：嗯，還能智能化，超強(qiáng)糾錯(cuò)。

 

問(wèn)：有啥內(nèi)涵？智能化 和糾錯(cuò)？

答：一般的應(yīng)答式干擾就木用了，因?yàn)榭梢苑直娉鰜?lái)，何況鵝毛還是阻塞式干擾，更加無(wú)用。

 

問(wèn)：直接過(guò)濾掉？

答：嗯。（毛熊?chē)?guó)無(wú)敵大功率的干擾機(jī)和干擾臺(tái)，前景堪憂?。?。有牛逼DSP就可以做很牛逼的算法，把噪音和干擾都去掉，客觀世界是很復(fù)雜的，充滿了無(wú)數(shù)的噪音和雜波，你的雷達(dá)是在認(rèn)識(shí)這個(gè)客觀世界，所以你的算法也要相應(yīng)地夠復(fù)雜。

 

 

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)付隱身飛機(jī)，必須用更高檔的雷達(dá)才能破局，當(dāng)然也需要更先進(jìn)的DSP芯片

 

毛熊的的技術(shù)不夠給力，那就只有簡(jiǎn)單粗暴。

 

問(wèn)：最后請(qǐng)解釋一下快速傅立葉變換的意義。算出目標(biāo)的距離，速度方位？

答：那個(gè)是信號(hào)處理的基礎(chǔ)，不是那么簡(jiǎn)單，相當(dāng)于普通CPU做加減乘除，最基礎(chǔ)的計(jì)算操作，做的越快處理的容量越大就越牛逼。

 

問(wèn)：我粗淺的理解就知道數(shù)字化部件，把雷達(dá)波轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后采樣，出來(lái)用dsp一通蹂躪。

這個(gè)是時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換，蹂躪的過(guò)程就是算法實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，大概相當(dāng)于沙里淘金。

 

問(wèn)：就是排除干擾找到真兇？

對(duì)。

 

簡(jiǎn)單總結(jié)：用了DSP，吃飯就是香。

 

 

過(guò)去都是用外國(guó)的低端貨湊合，現(xiàn)在我們能自主制造高端貨了，加油中國(guó)！

 

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熱評(píng)：

 

林龔華：?jiǎn)栴}是，之前都是用國(guó)外的芯片，說(shuō)明現(xiàn)有的裝備很大一部分都有被裝后門(mén)的風(fēng)險(xiǎn)，那這一部分裝備該整改，都退役了，之前還看到一片報(bào)道說(shuō)我們很多基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)都是用國(guó)外的，看來(lái)兔子要真的強(qiáng)大，還有很多路要走的。

 

天@杭州：那再補(bǔ)充一些?，F(xiàn)在主要的關(guān)鍵技術(shù)還是在于擴(kuò)頻，也就是大家常說(shuō)的低可探測(cè)性。通過(guò)新一代的數(shù)字信號(hào)處理算法，有用的信號(hào)編碼后被平攤在非常廣闊的頻譜上，如果不知道密碼的話看起來(lái)就跟噪聲沒(méi)有區(qū)別，這就叫低可探測(cè)性。在抗干擾能力方面任何窄帶的干擾對(duì)這種技術(shù)都毫無(wú)用處，而跳頻干擾更是無(wú)從挑起。這些技術(shù)都需要用到傅里葉變換。所以dsp其實(shí)有兩個(gè)意思一個(gè)叫做digital signal processor數(shù)字信號(hào)處理器,是指開(kāi)發(fā)出來(lái)的硬件。另一個(gè)叫做digital signal process數(shù)字信號(hào)處理,就是前面說(shuō)的低可探測(cè)性技術(shù)。

 

Tony ：就是在雷達(dá)信號(hào)（包括發(fā)射和接收）基礎(chǔ)上，加入AI功能，而實(shí)現(xiàn)這個(gè)AI功能的核心部件就是DSP芯片。DSP不單讓雷達(dá)看得遠(yuǎn)，看得清，還能分辨披羊皮的狼。反過(guò)來(lái)，DSP也是低可探性雷達(dá)的基礎(chǔ)…