数字孪生in卫星：数字化助力强国芯

▲图片来源：QTronic官网

世界经济论坛（World Economic Forum，WEF）在2021年对1.6万家企业进行的数据分析结果显示，相较于传统的工作流程，数字化带来的经济增效已经超过了30%。在嵌入式芯片领域，嵌入式工程师往往会受到物理芯片的限制，不仅在工作效率的提升方面存在瓶颈，安全问题更是难以保证。卫星作为安全关键领域对安全有着高要求、高标准的高端硬件装备，更是受其所累。

卫星的设计、制造成本昂贵众所周知，但很少有人了解一颗卫星真正所耗费的成本。卫星立项后，需要各领域顶端的技术专家形成研究组，进行卫星系统的架构设计、论证的工作。论证完成后，由于卫星需要在大气层外200℃甚至更高的温差环境中运行，还要经受外太空各种电磁辐射等，普通的电子元器件无法支持其正常工作，需要使用价格高昂但能应对最苛刻的使用环境的宇航级电子元器件，还需为之单独设计恒温系统。卫星的射频链路也需要采用损耗较少、防干扰的材料，租用频率、布置发射、维持地面站运营等等，总体成本极其高昂。卫星嵌入式芯片的数字化与数字孪生势在必行，而数字化仿真芯片的出现基本解决了这一难题。

目前，芯片数字化仿真已成为一种趋势，其不仅能够为软件工程师和测试工程师带来调试方面的便利，也能降低企业开发成本和缩短产品上线周期。天目全数字实时仿真软件SkyEye便可为芯片数字化仿真提供多种解决方案，落地的仿真项目正在不断增加。

SkyEye是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，支持用户通过拖拽的方式对硬件进行行为级别的仿真和建模，可实现真实物理硬件的数字孪生。SkyEye目前支持多种架构的处理器，如ARM、PowerPC、MIPS、SPARC、龙芯、飞腾等，已在航天航空、汽车、轨交、防务等诸多领域展开使用。

以在卫星领域已落地的项目为例，SkyEye仿真PowerPC架构的芯片并在仿真芯片上运行真实的星务软件，通过“LLVM动态翻译技术”实现超实时仿真运行，完成仿真硬件运行加速。协同仿真软件作为不同模型（C模型、动力学模型）之间的控制和同步平台，在不失超实时仿真的情况下，完全还原卫星的实际运行场景，满足卫星协同仿真的需求。

SkyEye与协同仿真软件的共同“合作”，一方面，利用协同仿真软件的模型控制功能和数据传输功能，能够解决不同模型之间的数据交互和时钟同步问题，实现星上软件与动力学模型之间的数据交互。另一方面，双方均为软件，在不需要除计算机外的其他硬件参与下，数字卫星工程完成搭建后，通过软件与工程的可复制性，可以在多个计算机上复制该数字卫星工程，从而用软件化的方式解决嵌入式硬件少和硬件价格昂贵的问题。

▲数字卫星仿真设计总览

数字孪生的加持改变了传统的软件调试方式，弥补了物理芯片的诸多弊端，帮助芯片实现数字化转型，是卫星、汽车等多领域高端装备高速发展的基石。