Отечественные атомные часы Saisi: как они обеспечивают высокоточную работу эпохи Интернета всего?

Недавно Китайская национальная нефтяная корпорация офшорных зон (CNOOC) решила мировую задачу по разработке месторождений рифово-известняковых нефтяных пластов на шельфе. За этим прорывом стоят чиповые атомные часы Saisi, которые обеспечивают высокоточную поддержку времени и частоты для подводного геологоразведочного оборудования. Как вершина передовых технологий и ключевой стратегический ресурс, вся линейка атомных часов Saisi стала точностной основой для важнейших отраслей на суше, море и в воздухе.

1. От астрономического времени к атомному: зачем нужны атомные часы?

До появления атомных часов развитие систем измерения времени прошло несколько этапов: определение астрономического времени по наблюдению за небесными телами, механическое время механических часов и кварцевое время на основе кварцевых осцилляторов. Каждый технологический скачок увеличивал точность измерения времени в сотни раз. Однако традиционные способы хронометража имеют существенные недостатки. Кварцевые часы чувствительны к колебаниям температуры и напряжения, их суточная погрешность составляет около одной секунды; механические часы обладают ещё меньшей точностью из-за воздействия гравитации, трения и других факторов.

Подобные погрешности не играют роли в повседневной жизни, но становятся критической проблемой для передовых отраслей техники. В рамках новой технологической революции, движимой интеллектуальным Интернетом всего, цифровыми двойниками и крупными ИИ-моделями, высокоточные временные сигналы являются абсолютно необходимыми. Базовые станции 5G требуют синхронизации с точностью до микросекунд для бесперебойной передачи видеоданных; комплексная связь «небо — космос — земля — море» на основе 6G нуждается в синхронизации с точностью до наносекунд. Автономные транспортные средства используют наносекундные временные метки для объединения данных множества датчиков и безопасного предотвращения столкновений. Кроме того, тысячи спутников в глобальных спутниковых интернет-констелляциях не могут нормально взаимодействовать без высокоточной временной координации.

2. Возрождение потенциала Saisi

Благодаря глубокой интеграции производства, науки, исследований и практического применения компания Saisi преодолела технологические барьеры. За десять лет мы создали полную производственную цепочку: от проектирования микросхем, корпусирования и тестирования до массового производства и продвижения продукции. Были разработаны атомные часы и комплексные решения с показателями, лидирующими на мировом рынке.

(1) Полная собственная разработка, опережение по ключевым технологиям

Производительность атомных часов на 70 % определяется характеристиками их основных компонентов. Компания Saisi достигла технологического превосходства за счёт полной независимой разработки всех звеньев продукта.

(2) Компактные энергосберегающие чиповые атомные часы для лёгкого оборудования

Классические атомные часы обладают высокой точностью, но имеют ряд существенных недостатков: крупные габариты, высокое энергопотребление и медленный запуск. Это ограничивает их использование в лёгких устройствах, таких как спутники, базовые станции 5G и беспилотные летательные аппараты.

Созданные Saisi чиповые атомные часы работают на принципе захвата когерентных населённостей (CPT) и используют технологию MEMS. Габариты традиционных атомных часов (десятки кубических сантиметров) удалось сократить до размеров спичечной коробки, энергопотребление снизить до 130 мВт, при этом стабильность частоты сохраняется на уровне ≤1,0·10⁻¹⁰. Благодаря этому изобретению атомные часы превратились из громоздкого лабораторного оборудования в стандартный компонент для Интернета всего. Именно они стали основой для успешного решения CNOOC мировой задачи по разработке шельфовых рифово-известняковых нефтяных месторождений.

(3) Высокая устойчивость к внешним условиям для широкого спектра применения

В эпоху Интернета всего компания Saisi разработала рубидиевые и чиповые атомные часы, ориентированные на использование в космической отрасли, аэрокосмике, подводной разведке, финансовой сфере, интеллектуальных электросетях, системах Интернета вещей и других областях. Продукция имеет корпус, устойчивый к высоким температурам, давлению и коррозии, стабильно функционирует в диапазоне температур от −40 °C до +80 °C. Стандартизированные электрические и механические интерфейсы обеспечивают быстрое интегрирование в существующие системы. На сегодняшний день устройства широко применяются на базовых станциях 5G, в глубоководном оборудовании CNOOC, финансово-биржевых системах и других ответственных объектах.

(4) От отдельных устройств к комплексным системам — невидимая опора цифровой эпохи

Компания Saisi предлагает не только высокоточные атомные часы, но и комплексные сквозные системные решения на их основе: серверы времени, оборудование для проверки временных и частотных характеристик. Мы используем собственные алгоритмы поддержки и синхронизации времени на базе ПЛИС (FPGA), обладаем опытом проектирования аппаратного обеспечения, индивидуальной разработки программного обеспечения, а также создания и управления крупными сетями временно-частотного оборудования.

В перспективе с развитием квантовых вычислений, глубоких космических исследований, интернета на низкоорбитальных спутниках конкуренция за повышение точности атомных часов будет только расти. Saisi заключило стратегические партнёрские соглашения с ведущими предприятиями различных отраслей. Мы продолжаем совершенствовать устойчивость и надёжность продукции, расширяем сферу применения атомных часов в квантовой связи, автономном транспорте и других передовых направлениях, укрепляя важнейшую временную основу для цифрового будущего.