中国梦·大国工匠篇 | 刘勇：实现纳米级突破 为北斗打造“中国芯”

中工网记者 姚怡梦

一个仅有成年人小拇指指甲盖大小的芯片，却能在手机、汽车、农机中发挥着不可估量的作用。

指甲盖大小的芯片。中工网记者姚怡梦 摄

它是北斗卫星导航在地面的亲密“伙伴”，让无人驾驶更加安全、精准导航触手可及、农田播种精准无误，将远在天边的科技成果带到人们身边。

湖南长沙金维集成电路股份有限公司系统平台部高级算法设计师刘勇就是为北斗卫星导航设计研发芯片的人。

工作中的刘勇。中工网记者姚怡梦 摄

9月25日，中工网记者走进刘勇的工作区，浓厚的科技味儿扑面而来。

一个个芯片被焊接在调试板上与电脑连接，电脑上密密麻麻的数据高速刷新。

“这些是在测试阶段的芯片，想要达到多场景应用，还要经过不断地找问题，更新迭代。”刘勇介绍。

目前，刘勇带领团队已经成功研制出有完全自主知识产权的两代八款“海豚系列”北斗核心芯片，拥有20余项发明专利，并荣获2021年卫星导航定位科技进步奖特等奖。今年，刘勇获得了第二届“湖湘工匠”的荣誉称号。

工作中的刘勇。中工网记者姚怡梦 摄

突破：从55纳米到14纳米

从小，刘勇便有一个航天梦。在完成中国科学院大学航天器设计专业的学习后，2018年，刘勇带着对北斗系统的热爱，回到家乡湖南长沙，投身北斗卫星导航芯片的研发工作。

彼时，定位芯片被国外垄断，让我国在导航定位安全、技术等方面都受制于人。为了打破这个局面，刘勇集结人马准备大干一场。

然而，整个团队的研发人员却只有20人。“大半年的时间，我们每天都要干到凌晨两三点才回家，有时候直接就在办公室支个床就睡。”刘勇指着摆在墙边的一排排折叠床说道。

“这个过程就像蹚水，摸着石头过河。”刘勇说，“我们经常沿着一个思路走一两个月，结果发现没有成果，又回到最初的起点，不得不另寻其他出路。”回忆起那时的经历，刘勇无奈地笑了笑。

反反复复地验证、推翻、再验证、再推翻……“是不是要放弃？”刘勇也曾陷入过“自我挣扎”的漩涡中。

从崩溃到收拾信心、重新出发、再去突破，整个过程刘勇已经记不清出现过多少次。

“不管花多少时间、付出多少努力，都要实现这零的突破。”刘勇说，“因为大家都知道这是一件有意义的事儿。”

功夫不负有心人。55纳米、40纳米、22纳米，经过一年半的努力，刘勇带领团队最终成功研制出国内外首款14纳米的北斗三号高性能卫星导航SoC芯片，实现了跨越式突破。

这款芯片满足了北斗三号卫星导航系统在复杂环境下高灵敏度、高精度、高动态导航通信应用需求。

“我们把这个事情从不可能变成可能。”刘勇无比骄傲。

工作中的刘勇。受访者供图

精准：大海捞针找问题

乘坐无人驾驶汽车时，你是否会担心出现交通事故？这种顾虑源于对汽车反应速度的考量。这就是由汽车内芯片的准确性和可靠性决定的。

刘勇解释：“汽车在行驶中，芯片感知到威胁，如果经过1秒反馈数据，汽车可能已经开出很远撞上了。但是10毫秒反馈数据，汽车就能快速自动转向。”

为了让芯片变得更“机灵”，刘勇带领团队做了千百遍尝试。

“测试用的轨道车行驶轨迹已经标注好，但行驶的方向并没有按照我们预期的那样。”刘勇说，“设计之初，这些问题非常多。”

“上百台设备就一台出现问题，但是硬件都是同批次生产的，差异性极小。”刘勇的语速变得急切了起来。

为什么出现偏差？从哪儿开始查？整个过程都查什么？刘勇的大脑里满是问号。

“排查问题的过程就像大海捞针，要把针捞到，还要找到针的具体位置。”刘勇说，“我们需要从几百个设备7乘24小时的数据里，找到一个时间点的数据，并且还要核实这一瞬间周围环境是否对设备有干扰。因为在树下、墙边、坑洼这些不同情况下，芯片反馈的数据也不相同。”

为了解决这些问题，刘勇和设计师、测试人员3人排查了近2个月。“太痛苦了！”话虽这么说，但他却没有表现出丝毫痛苦，反而愈发兴奋。

2019年到2022年，刘勇和整个团队时时刻刻都在梳理问题。

“我们把成百上千个问题梳理到基本没有大问题，后续我们还在持续不断抠一些小问题，直到把所有的问题都抠出来。”

追本溯源、刨根问底，是同事们对刘勇一致的评价。

“只有从根本上解决，我们才敢抽出精力再去迭代下一款芯片。因为这个问题不解决，可能下一代还有同样的问题，它始终是个隐患。”刘勇说。

工作中的刘勇（左）。受访者供图

探索：让芯片服务更多领域

航天探索的深邃、农业生产的精细、交通网络的智能、电子设备的便捷……眼下，北斗卫星导航系统的应用体量和前景展现出前所未有的广度和深度。单单依靠几家企业，很难支撑起北斗行业的蓬勃发展。

“不仅如此，我们的芯片研发人员对不同行业应用的理解，肯定没有实际应用者更深刻到位。更深入的需求，需要他们自己再次进行开发。”刘勇说。

独木不成林，刘勇敏锐地洞察到这些局限。

“真正的创新不仅来源于技术的突破，更在于如何构建一个能够激发无限可能的生态系统。如果有一个平台，让行业用户知道芯片的底层逻辑是什么样的？怎么适配他的行业需求？并且可以在上面做各种定制开发，那么将降低北斗应用开发的专业门槛。”自14纳米的北斗三号卫星导航SoC芯片问世，这个想法便在刘勇的脑海里出现。

随后的两年时间，刘勇带领团队不断探索，攻克了芯片软件架构、业务模块组件、配置接口设计和性能结构优化等难题。

2022年，全国首个北斗芯片应用生态模式的“芯片二次开发”平台建立。在这个平台上，行业用户可以针对性地做技术方案实施与产品研发。

目前，长沙金维已与中国兵器、中国电子、航天科工等近30家央企及上市企业达成战略合作，支撑重点央企集团及研究所单位50多家。

“现在这个平台是1.0版本，后期我们还会针对行业用户的反馈，保持平台的迭代更新。”刘勇说道，“让芯片服务更多领域，是我们新的使命。”