国产GNSS芯片发展概况

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国产GNSS芯片发展概况

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最近芯片概念股已经超过了猪肉股，连华力创通这样的公司都涨了70%，看来借着北斗三的东风，国产GNSS产业链也迎来了春天。

本文在各位老总和专家的耐心指(tong)导(ma)下勉强可以露面了，在此向葱先生、晖教授、解总、杨老师、苏修士等人表示由衷地感谢。也感谢无量大师和郑院长为本文提供了图片素材。

目  录

一、概述

二、受制于人 1994-2007

三、产业觉醒 2007-2012

四、强劲崛起 2012-2020

一、概述

根据权威机构数据，到2020年，北斗卫星导航系统上中下游市场将呈现1:4:5的产业链产值分布结构。

GNSS最核心元器件是芯片，一个典型的用户终端系统由天线、射频芯片、基带芯片和导航定位解算处理器组成。射频芯片负责接收信号，而基带芯片则是对接收到的基带信号进行解码。芯片和算法决定了导航产品的定位精度等技术性能指标。

GNSS芯片分为消费级和高精度两类，是卫星导航定位产业链中的核心部件。

芯片和板卡占据了导航设备产业价值链中50-65%的价值（参考值，实际可能约20%）。在高精度应用中，厂家以芯片为基础，设计专用算法，构建GNSS通用基板，再针对不同应用开发出OEM板，进而做成整机，并提供相应的服务。

GPS芯片的发展起步于1994年，2002年开始产业化，2004年得到普及。GPS芯片企业主要在国外，如Broadcom、SiRF、U-blox等企业。其中，Broadcom 为全球最大GPS芯片厂商。全球高精度GNSS板卡则长期被美国Trimble公司和加拿大NovAtel公司垄断。

国内GNSS芯片技术则发源于科研院所，发展于人才回国，爆发于本地人才的崛起。本文将回顾国产GNSS芯片的发展历程，以此致敬为国产化付出心血的北斗人。

二、受制于人 1994-2007

在1994-2007年，我国导航终端绝大部分使用进口的GPS芯片。

1994年， 24颗GPS卫星星座布设完成，我国启动了北斗一号建设。

1995年，我国第一套国产测量型GPS接收机诞生。

1999年5月8日，美国轰炸我驻南联盟使馆。5枚导弹均来自一架从美国本土起飞的B-2轰炸机，GPS起到了精确导引的作用。

2000年，北斗一号建成。国内GNSS芯片的研究也始于2000年前后，主要为GPS及GPS+GLONASS芯片。

2003年3月，伊拉克战争，美军大批轰炸机、巡航导弹准确命中目标。

2004年，我国启动北斗二号建设。这一年也是北斗芯片的元年。

2004年，北京某所研制成功GPS+GLONASS相关器芯片。

2004年前后，随着国际卫星导航产业的快速发展，多批留学海外、具有GPS芯片设计经验的团队回国成立GNSS技术公司，发展了第一批国产芯片。

东方联星研发出了国内第一款北斗多模导航芯片OTrack-32及消费类导航芯片ProGee。

科工集团对于向国外开放北斗多频ICD的判断过于乐观，引入美国天宝，成立了科工天宝公司。但是，在较长时期内，北斗ICD文件并没有向国外开放，以致无法开展芯片研发工作。

2005年，西安华迅微电子公司成功研制了GPS射频芯片。

2006年，重庆某所研制成功GPS+GLONASS双模射频芯片。中科院某所研制了GPS CMOS射频芯片和DSP基带芯片。

但这些产品不具备国际竞争力，存在功耗大、集成度低、成品率低、性能不稳定等缺点，仅限于少数特殊用途。

在2000-2007年期间，北斗系统的芯片基本由美国企业提供，北斗产业受制于人。对北斗一号芯片的研发仅限于FPGA，射频前端用分离元器件搭建，数字处理采用FPGA和通用DSP相结合来实现，离真正的芯片化还有较大的差距。

三、产业觉醒 2007-2012

2007年，我国开始发射北斗二号卫星。

国内卫星导航设备市场化条件日趋成熟，批量化用户群体初步形成，进入应用行业高速发展时期。国内企业看到了导航芯片产业的巨大前景，自主研发意识觉醒，开始投入到芯片的研发中。一些厂商推出了具有自主知识产权的北斗二号射频及基带芯片。但这一时期国家下拨经费较少，研发能力有限。

2008年2月，上海复控华龙微系统技术有限公司研发了完全国产化的北斗基带芯片“领航一号”，性能和造价优于国外产品。

2008年3月，西安华迅微电子有限公司成功研制了第二代多星座、全频点射频芯片，推出了水平较高的GPS基带处理芯片。（此处存疑）

2009年，我国启动北斗三号建设。北京微电子技术研究所研制成功了北斗一号基带处理SoC芯片等，标志着我国GNSS芯片核心技术取得了突破。

2010年9月，北斗星通（和芯星通）推出拥有完全自主知识产权的第一款多模多频SoC芯片Nebulas。在多频方面，和芯星通一直走在最前面。

中国卫星、航天电子、国腾电子、和芯星通、华立创通、合众思壮、东莞泰斗、海格通信(广州润芯)、西安华讯、中科微电子、东方联星、国智恒、复控华龙、简约纳、中电20所、中电24所、中电54所等国内企业和研究单位，都在芯片设计和制造上加大投入。GNSS模块和基带芯片市场竞争非常激烈，各厂商推出的基带处理芯片的灵敏度、定位精度和启动时间等主要指标基本接近，区别主要在芯片的设计方案和辅助功能上。

2011年，我国GNSS芯片市场规模约21.84亿元，其中约95%的市场被国外厂商占据。虽然国内的整机制造公司已经取得了较大的发展，但绝大多数是直接购买国外公司生产的OEM板进行二次开发。我国只在导航地图、系统集成及运营服务中占据一定市场分额。

这一时期，国内企业与国外的差距主要体现在：

1）由于设计经验不足，基带芯片高灵敏度性能较差，影响恶劣环境下的稳定性和可靠性。

2）芯片工艺落后，性能、成本和功耗等方面没有优势。

3）基带芯片的集成度低，缺少成熟的GNSS基带SoC芯片。在各种导航终端系统中，除了基带芯片以外，还需要增加一颗额外的应用处理器。在成本和功耗上，无法与国外的高集成度、多功能GNSS基带SoC芯片竞争。

（4）缺少芯片大规模量产的经验。除了技术指标，还要考虑到为下游的应用厂商提供整套应用解决方案。

北斗导航系统的ICD（接口控制）文件计划到 2012年年底公布，本可以给国内企业提供缓冲期。但是国外厂商依然可以在国内低价倾销北斗芯片板卡，致使国内企业直接面临国际竞争。其中原因，咱也不知道，咱也不敢问。

四、强劲崛起 2012-2020

北斗的应用在很大程度上被国内芯片发展水平所限制，促使厂家竞相推出北斗高精度产品。GNSS高精度芯片板卡从进口主导转变为国产替代，逐渐主导国内市场，总体性能达到甚至优于国际同类产品。

随着GPS现代化，Galileo和北斗的建设，GNSS芯片产业呈现如下趋势：

1）多模多频芯片。

2）集成化、小型化、高灵敏度、低功耗、低价位。

3）GNSS与移动通信、WiFi、互联网等融合。

4）A-GNSS技术与LBS集成。

5）从应用产品为主逐步转变为运营服务为主，促进了应用规模化和服务大众化。

2012年，北斗二号建成，在亚太区域提供服务。

2013年，发改委发布《促进信息消费——加快推进北斗卫星导航产业规模化发展》，明确提出要支持中国北斗芯片事业，北斗芯片产业开始结出硕果。

2013年，东莞泰斗微电子发布的55nm CMOS、射频+基带+FLASH三合一，支持北斗、GPS的TD1020导航芯片。其研发速度之快、产品种类之多，震惊业界。其中奥妙，咱还是不知道，咱还是不敢问。

2014年11月，上海北伽导航科技发布40nm北斗航芯一号，国产芯片进入了平板电脑、可穿戴设备、车载导航时代。

2015年5月，和芯星通发布全球首款新一代高精度多模多频卫星导航系统级SoC芯片 Nebulas II UC4C0（55nm），这也是全球首款全系统多核高精度导航定位SoC芯片，标志着我国卫星导航芯片迈入国际领先水平。

2016年5月，和芯星通发布全球首款多系统多频点高精度GNSS模块——UM332。该产品使用单颗UC4C0基带芯片及单颗宽带射频芯片，具备业内最小尺寸。同期发布了40nm工艺的Mockbird芯片，尺寸仅为4x4mm，是国内最小的基带射频一体化芯片，在灵敏度、抗干扰、A-GNSS等方面有大幅提升。

2017年，我国开始发射北斗三号卫星。

2017年5月，和芯星通公司发布了国内首款28nm GNSS SoC芯片——UFirebird火鸟。率先支持北斗三号信号，支持四大卫星导航系统，还支持国际主要SBAS增强信号。尺寸仅为1.9mmx2.9mm，在低功耗上取得了重大突破。总体性能达到甚至优于国际同类产品，意味着北斗基础产品实现了历史性的跨越。

2017年9月，深圳华大北斗科技公司发布自主研发的拥有完全自主知识产权的射频基带一体化芯片，这是全球首颗支持北斗三号信号体系的多系统多频高精度SoC芯片。

2019年5月，合众思壮正式发布了天琴二代高精度星基增强基带芯片（55nm）这是全球首颗支持北斗三号全信号体制的高精度基带芯片。

国产北斗芯片需求旺盛、发展快速，已实现规模化应用。据统计，2018年国产北斗导航型芯片模块累计销量已突破8000万片，高精度板卡销量已占据国内30%的市场份额，并输出到100余个国家和地区，北斗地基增强技术和产品成体系的输出海外。

国内芯片企业近年来做出了突出的贡献，但依旧存在产业与需求差距大、投入不够、人才不足等问题。芯片的缺失制约了北斗的产业化进程。

北斗系统建设偏重于卫星的研制和发射，经费很少用于导航芯片的研发。芯片前期研制费用很高、技术难度大、成功率低，也很难获得行业用户的认可。投入大，市场小，导致企业研发热情不高。

五、总结

1）我国的卫星导航产业在过去二三十年时间里，按照“贸工技”的发展道路，成功掌握了相关核心技术和零部件（天线，板卡，算法），避免了进口产品在关键技术上卡脖子的问题，并且在市场竞争中取得了巨大的成功，形成了北斗产业，并造就了一批上市企业和亿万富翁。

2）我国完成了自主的GNSS系统建设，从最初的北斗双星定位发展到北斗三全球服务，各方面指标均已达到国际水平，给产业注入了长久的发展活力和信心。借助北斗系统建设，还培养出了一大批科研队伍，为其提供了施展才华的最佳平台。

3）目前国产GNSS芯片在国内整机产品的应用已经达到70%以上。从市场的反馈和接受程度来看，国产GNSS芯片完全具备国际竞争力，并在加速走向国际市场。国产GNSS芯片下一个阶段的发展重点，无疑就是走向国际市场。

4）从国外二十多年的GNSS芯片发展历史来看，最后只能有少数公司在竞争中胜出。作为规模化生产的产品，北斗芯片类型不在于多，而在于精。

随着卫星导航系统的空间系统的升级完成，各大系统的信号频率设计定型，用户端的技术也必将迎来一次较大的升级。伴随着高精度定位向新的应用领域拓展，卫星导航的核心零部件也正在朝着更小（体积、功耗、成本）、更快（多系统、多频点）、更准（组合导航）的方向发展，不少厂家已经推出了ASIC架构的专用芯片产品，可以说，目前国内外的高精度卫星导航芯片形成了新的竞争态势。