256mb

要知道，美国20世纪发射的阿波罗11号制导计算机的运行内存才不到4k，存储空间才72k，即使是21世纪的玉兔号内存也才256M。

很多人喜欢将玉兔号、阿波罗号的计算机内存与手机甚至个人电脑相比较，以为像登月这么伟大、这么复杂的任务得需要几百上千G的内存，其实这都是误解。

可以这么说，市面上的华为、小米也好，苹果手机也好，存储空间都是512G起步，是阿波罗计算机存储容量的700万倍，手机无论是运行内存还是存储空间都能把阿波罗摁在地上碾压。

除了内存外，阿波罗号计算机芯片运行速度只有0.43MHz，天宫一号上的CPU主频也就10Mhz，美国好奇号火星车上的CPU主频也只有200Mhz。

而手机芯片的单个核心运行速度就达到了2.86GHz。

更不用说iPhone12的A14芯片架构可容纳约116亿个晶体管，每秒可处理22.6亿个指令，这比阿波罗的导航计算机快了近10亿倍。

但是，为什么这些复杂的航天任务都不用更先进、更大的存储器和芯片呢？这篇文章，站长就带大家聊聊这个话题。

宇航级芯片更关注稳定性电脑、手机、电视等消费品上所用的芯片为消费级芯片，像工业机器人、各种工控设备商用的是工业级芯片，而玉兔号等航天产品上用的芯片为宇航级芯片。

由于这三种芯片所用的场景不同，所关注的性能就不一样。

就宇航级芯片来说，最关心的莫过于稳定性了，而关系到稳定性指标的，则是抗干扰能力、抗高温/低温能力、抗辐射能力和功耗大小了。

抗高温、抗低温能力我们以抗高温、抗低温能力举个例子。

玉兔号所处的月球因为没有大气的保护，那里的温度取决于太阳的光照，由于不存在空气散热，受光面和被光面温差非常大，白天最高温度为160℃，而到了夜间最低可达-180℃，因此，玉兔号为了能在这个温度范围下继续工作，所用芯片的耐温阈值必须达到-180度~+160的范围（玉兔号上是有太阳板电池进行保温的，实际温度范围稍微好点）。

而我们使用的手机，所用的芯片在大约-10°C以下或50°C以上就难以正常工作，更别说在零下180度的环境下使用了。

正是因此，商业级、工业级、军品级、宇航级CPU有着不同标准。

由于各种测试非常多，数据指标也非常细，这里仅就工作温度（存储温度范围更宽）做罗列：商业级CPU的工作温度为0℃～70℃。

工业级CPU的工作温度为-40℃～85℃。

军品级CPU的工作温度为-55℃～125℃。

宇航级CPU不仅在工作温度上有着不亚于军品级CPU的水准，而且还有抗辐射等方面的要求。

抗辐射能力在太空环境中，宇宙辐射是不可避免的，而宇宙辐射恰恰会对CPU造成损坏。

我们知道，微电子器件中的数字和模拟集成电路的辐射效应一般分为总剂量效应（TID）、单粒子效应（SEE）和剂量率（Dose Rate）效应。

总剂量效应源于由γ光子、质子和中子照射所引发的氧化层电荷陷阱或位移破坏，包括漏电流增加、MOSFET阈值漂移，以及双极晶体管的增益衰减。

SEE是由辐射环境中的高能粒子（质子、中子、α粒子和其他重离子）轰击微电子电路的敏感区引发的。

在PN结两端产生电荷的单粒子效应，可引发软误差、电路闭锁或元件烧毁，SEE中的单粒子翻转会导致电路节点的逻辑状态发生翻转。

剂量率效应是由甚高速率的γ或Ｘ射线，在极短时间内作用于电路，并在整个电路内产生光电流引发的，可导致闭锁、烧毁和轨电压坍塌等破坏。

上述几种情况都会导致芯片损毁。

有人用华为Mate10手机做过抗辐射实验，实验中手机被钒钾铀矿（有放射性）照射了大约6小时，屏幕上就出现了明显的带状亮斑，输入法也无法打出正确的字了，显然，手机芯片已经受到了辐射干扰。

而宇航级CPU则通过一系列手段实现了抗辐射加固设计，包括材料设计、系统设计、结构设计、电路设计、器件设计、封装设计、软件设计等都有硬性指标。

中国的宇航级芯片超越俄罗斯、追平美国我们国家的宇航级芯片设计之路起步较晚，在很长一段时间处理器大多依赖进口，国产的人造卫星也大多使用进口CPU。

而美国为首的西方国家严格限制高性能的宇航级和军品级CPU的出口，使我国星载计算机的研制受到很大的限制。

此后，我们国家科技人员采用两条路线分别进行了宇航级芯片开发，一条是自主研发路线，一条是引进开源代码或逆向路线。

引进代码后进行逆向研发，这条路稍微简单一些，也涌现了一批代表性成果，如应用于航天的386EX芯片，被用于遥感X号、风云X号、试验X号等卫星的国产版P1750等。

不过，由于这些开源代码往往技术落后，大多存在性能偏低的问题。

而进行自主研发路线虽然经常碰壁，但有一个好处，那就是具备自主的技术迭代能力。

2015年发射的北斗双星实现了100%采用国产CPU，在北斗双星上搭载了龙芯1E和龙芯1F，性能指标为200MIPS。

龙芯1E和龙芯1F的售价仅为几万元一片，比当时西方出售给中国的宇航级芯片ATMELAT697便宜将近5倍（ATMELAT697芯片30万一片，嫦娥四号用的就是ATMELAT697）。

在2017年，龙芯1E300问世，使用64位双发射GS264处理器核，128位向量，增加Spacewire总线，主频200Mhz，400MIPS，这个指标已经达到美国高端抗辐照芯片的水平。

目前该芯片已经在成都某所、上海某所的光纤陀螺、太阳敏感器、地球敏感器等进行了使用。

正是由于中国龙芯1E300等的研制成功，在2019年的莫斯科航展上，前俄罗斯副总理、俄航天国家集团公司总经理德米特里·罗戈津表示，俄罗斯希望从中国购买微电子设备，以更新老旧的俄罗斯电子装备。

结论综上所述，手机、电脑上的芯片虽然运算能力更强，但宇航级芯片更追求性能稳定可靠，它的执行程序被各种条件所限制，并没有手机的图像渲染、AI控制等各种场景计算，因此，200M的内存对于航天器来说完全够用了。

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事实上的确如此，我国嫦娥三号月球探测器的玉兔号月球车计算机系统内存只有256MB，做为新世纪电子时代的高科技空间探测器，为什么玉兔号的内存只有256MB？其实答案很简单——因为够用了！科学技术发展到当下水平，一部价值几千块的手机的内存都已经超过1GB，而做为工程总投资相当于4亿美元的探月工程，却给玉兔号月球车搞了一个内存只有256MB的“低配”计算机系统，这确实让人很难理解。

我们先来了解一下玉兔号：玉兔号月球车的总质量为140千克，造型呈长方形盒状，长1.5米，宽1米，高1.1米，搭载了包括红外成像光谱仪、激光点阵器、计算机控制系统在内的10多套科学探测仪器，行走部由“六轮独立驱动，四轮独立转向”系统构成，使用电动机驱动，系统用电主要电能由太阳能电池帆板供应，备用电源是一个钚-238同位素燃料电池（核电池）。

可见玉兔号是一个由大量电子、电气/电器设备高度集成的探测器，这就意味着它将十分耗电，如果计算机系统配置太高，那么功耗一定会上升，这无疑会增加供电系统的负担，这恐怕也是玉兔号最高行驶速度只有200米/小时的原因。

另外还有一个不可忽视的原因，那就是散热问题，配置越高的计算机功耗就越高，随之而来的问题就是系统散热难以解决，因为月球是没有空气的，这就意味着系统散热不可能像在地球一样通过风扇、散热片进行散热。

举个例子：我们的手机如果长时间运行大型游戏，那么在很短的时间内就会发烫，这就是手机的金属外壳正在吸收手机的系统热能向空气散热的现象，如果我们把手机放到空调出风口处吹风，那么发烫的手机将会在几分钟内恢复到正常状态。

很显然，月球上并不具备使用空气来为系统进行散热的条件，因此使用“低配”计算机系统可以起到降低功耗，从而降低系统发热量，进而起到提高系统可靠性的作用。

月球除了没有空气可供散热以外，温度环境十分恶劣，昼夜温差极大，太阳光螚照射到的地方温度高达127℃，到了夜间时温度又骤降至-183℃。

因此玉兔号包括计算机系统在内的各个电子设备除了考虑散热以外，还需要考虑到保温，而对于电子设备而言，散热和保温是相互矛盾的。

▼下图为大型空间探测器使用的超大钚-238同位素燃料电池，它的特点是持续供电时间长，但是输出功率很小，而且核反应发电时会发出热量，这一点在夜间可以起到为探测器加热的作用，但是一到白天就产生了令人头疼的散热问题，所以玉兔号需要搭载尽可能小的俄制钚-238同位素燃料电池，包括计算机系统在内的搭载设备也要尽可能降低功率消耗，256MB的“低配”计算机系统正好适用，配置太高功率消耗就会升高，保温和散热问题就很难解决。

玉兔号的计算机系统在满足性能需求的前提下没有必要搞“高配”，配置越高，散热要求就越高，以此同时保温手段也就越复杂，最后势必会造成系统运行可靠性的降低。

举个例子：手机的正常运行温度环境为-20℃～45℃，极限温度分别为低温-55℃和高温90℃，当环境温度低于-55℃或高于90℃时，手机就会保护性关机。

如果强行运行，低温环境中计算机系统的硅质半导体元器件的导通性就会发生改变，无法正常导通和截止；高温环境中硅质半导体元器件会发生击穿现象。

所以在特殊用途中对计算机系统的要求是可靠性＞性能，比如说像玉兔号这样的空间探测器、军用计算机系统、工业计算机系统等等，为了提高可靠性，这些特殊用途的计算机系统配置都会非常低，且尽量运行简单的软件程序。

我们用先进的F-22战斗机来例举：在F-35和歼-20问世之前，F-22战斗机是世界上最先进的第四代隐身战斗机，单价采购价格约为1.5亿美元。

然而就是这样的集各种黑科技于一身的战斗机，其机载计算机系统（CIP系统）的配置却十分落后，CPU性能只相当于Intel80486的水平，而内存则只有128MB（升级后达到600MB）。

▼下图为俄制苏-35战斗机的机载计算机，苏-35战斗机属于“三代半”战斗机，是最先进的第三代重型战斗机，然而它的机载计算机内存却只有60G，CPU更是低赫兹单核心，说它比8G+1TB内存的智能手机落后毫不为过，但是它的可靠性确实无与伦比的，特殊用途的计算机永远要求可靠性＞性能。

如果仅从配置高低的角度来看，这样的配置水平只相当于现在几百块一部的老年人专用手机，然而就可靠性而言，任何手机都无法与之相比，因为仅环境温度适应性一项就相差甚远。

比如说F-22的机载计算机可以在-55℃～165℃环境中正常运行，在这样的环境里，别说是老年机了，就是一万多块的高性能手机连正常开机都无法做到。

除此之外是性能需求决定了玉兔号不需要高配置的计算机系统，做为月球探测器，它只执行一些简单的指令 *** 作，智能程度是很低的，所以加载不了太大的软件程序。

比如说如果地球控制人员需要玉兔号月球车对某一块月岩进行光谱分析，假设使用光谱仪以及分析展开动作的软件程序为A，那么地球控制人员只需要向“鹊桥”中继通信卫星发送执行A程序的指令。

然后“鹊桥”中继通信卫星再向玉兔号月球车发出指令消息，玉兔号收到指令以后，计算机系统就开始执行该指令相对应的程序，完成光谱仪对月岩目标的分析，然后将结果压缩打包发送给“鹊桥”，最后传到地球控制站解析。

它们的工作原理是这样：上位管理计算机（地球控制站）→通信基站（鹊桥通信中继卫星）→下部实时控制计算机（玉兔号月球车）。

可见月兔号本质上是一个超远程遥控探测装置，计算机系统不需要运行太复杂的程序，125MB的内存已经全满足了使用要求，像这样一个子任务程序文件可能只需要160kb的内存空间。

相比之下我们使用的智能手机运行的各种程序就复杂多了，既要运行基本的通信功能，还要运行办公程序、购物程序、游戏程序、影音程序、拍摄拍照程序、人机对话智能程度等等等等，都需要在一部手机上完成，一个网络游戏的系统程序或许就要占用几个G的内存，没有大一点的内存空间还真玩不转。

▼下图为铝冶金中使用到的工业控制计算机主机箱，应用在铝电解槽智能控制系统中的上位管理计算机，一台这样的计算机能够控制200~300台铝电解槽的下部实时控制计算机运行，而它的内存仅为60G，虽然配置极低，但是性能特别可靠，连续运行10年都不会出现任何问题，这一点是任何家用高配电脑无法相比的，更不是区区手机能相提并论的。

综上所述我们可以得出这样的结论第一、玉兔号月球车内存只有256MB的原因是它使用了“低配”计算机系统，而使用“低配”计算机系统的原因是降低功耗和提高运行可靠性。

第二、大多数特殊用途的计算机系统都采用“低配”，它们涵盖了空间探测器、高性能军用飞机、军事装备、工业计算机控制系统等，这些用途对计算机系统的要求是可靠性＞性能。

第三、做为特殊用途的玉兔号计算机系统，它只运行简单的软件程序，较低的内存空间已经能够满足需求，没有必要提高计算机系统的配置。

结语要说起内存，手机的那几个G的内存比起人工智能机器人来说简直就是小巫见大巫，比如说英国赛博斯坦机器人有限公司出品的“泰坦”机器人，由于人工智能技术应用，它可以跟人类进行近乎于无障碍的沟通，能用16种语言唱歌跳舞，甚至能用中文说学逗唱，而支持它实现如此强大功能的基础就是能够容纳60TB的人工智能程序的内存，如果按照1TB=1000G来计算，假设一部手机的内存为5G，那么一台“泰坦”机器人的内存就相当于1200部手机的内存。

假设把内存为60TB的“泰坦”人工智能机器人送到月球与玉兔号月球车放在一起，会出现什么样的情景呢？相信通过阅读上述的知识点，读者朋友们一定会猜到答案了——报废！高配置对玉兔号这样的空间探测器来说没有意义，得适用才行，256MB内存的“低配”特殊用途计算机刚刚好。

▼下图为参加电视真人秀节目的“泰坦”机器人，它拥有强大的人工智能技术加持，所以能跟评委进行无障碍沟通，各种说学逗唱本领都快赶上郭德纲了，这类人工智能机器人是未来机器人的发展雏形，而强大的人工智能本质上是一堆超大软件程序，由它们来支配各种传感器进行工作，所以必须要使用足够大的内存空间。

然而内存再大的机器人送到月球以后甚至无法正常工作，在这一点上无法与内存只有256MB的玉兔相比。