俄國(guó)沒(méi)有高端芯片，為什么卻能造出一流武器?

郭衍瑩

依靠“自主創(chuàng)新”的思想，要自主創(chuàng)新還得有敢于創(chuàng)新的精神。

現(xiàn)代先進(jìn)武器裝備為何越來(lái)越依賴(lài)高端芯片

信息化戰(zhàn)爭(zhēng)和網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)代，武器系統(tǒng)中電子設(shè)備的比重迅速增加，對(duì)高端芯片的需求也迅速增加。以美國(guó)第五代戰(zhàn)機(jī)F-35為例，它被稱(chēng)為世界上第一款完全按照信息化作戰(zhàn)要求設(shè)計(jì)的戰(zhàn)斗機(jī)，因?yàn)樗梢耘c目前美軍的作戰(zhàn)體系實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫兼容”。作戰(zhàn)時(shí)，F(xiàn)-35是作為信息作戰(zhàn)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)而存在。機(jī)上裝備的綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)目的就是最大限度地增強(qiáng)飛行員對(duì)整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的感知能力，其單機(jī)的電子戰(zhàn)能力甚至能達(dá)到專(zhuān)業(yè)電子戰(zhàn)機(jī)的性能。一旦發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，F(xiàn)-35在美軍的作戰(zhàn)體系中能夠與空中、海上所有美國(guó)武器裝備共享信息。它如何做到這些呢？國(guó)外權(quán)威的《簡(jiǎn)氏防務(wù)年鑒》上說(shuō)它“渾身上下都裝了芯片”！

在導(dǎo)彈、雷達(dá)和空天防御武器領(lǐng)域，用得最多的高端芯片，除了常用的高速高精度ADC/DAC芯片外，大致還有三方面：一是武器計(jì)算機(jī)本身芯片;二是通訊芯片;第三要算美國(guó)雷達(dá)中大量采用的，美商務(wù)部屢屢點(diǎn)名的DSP（數(shù)字信號(hào)處理）和FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）芯片了。

現(xiàn)代武器系統(tǒng)中的電子設(shè)備，其主要任務(wù)簡(jiǎn)言之就是接受信息，經(jīng)處理和快速運(yùn)算后輸出指令，去控制執(zhí)行部件。以現(xiàn)代雷達(dá)為例，其數(shù)據(jù)率高達(dá)每秒數(shù)十次，也就是零點(diǎn)幾秒就要運(yùn)算完一次。因此要求信息處理芯片具有實(shí)時(shí)、快速和大容量計(jì)算功能。

至于FPGA，它包含大量門(mén)電路，使芯片更集成化，速度更快，可靠性更高。尤其是具有系統(tǒng)內(nèi)可再編程（可再配置）的能力，包括可編程邏輯塊、可編程I/O和可編程內(nèi)部連線(xiàn)。作為信息處理，F(xiàn)PGA大有取代DSP的趨勢(shì)。

眾多的設(shè)計(jì)人員是芯片的用戶(hù)，當(dāng)然是“拿來(lái)主義”。例如美國(guó)著名的FPGA廠商賽靈思公司（Xilinx）、Altera公司等都在中國(guó)設(shè)立銷(xiāo)售機(jī)構(gòu)，供貨充足，服務(wù)周全，連開(kāi)發(fā)工具都已為你準(zhǔn)備好。每推出一個(gè)新型號(hào)就免費(fèi)為你培訓(xùn)，大大方便你的設(shè)計(jì)工作，甚至可以做出很多“創(chuàng)新”。當(dāng)然這些公司賺得盆滿(mǎn)缽滿(mǎn)，這大約就是一些人所說(shuō)的“雙贏”。一位資深院士說(shuō)得好：現(xiàn)在不少成果都是建立在使用國(guó)外芯片基礎(chǔ)上得到的;而且動(dòng)輒宣稱(chēng)世界第一，這不就是“拿別人昨天的東西來(lái)打扮自己的明天”！

我們從8-300已公開(kāi)的資料圖片中看到（如俄羅斯售給希臘的8-300-2系統(tǒng)），它的火控雷達(dá)信號(hào)處理采用FFT技術(shù)。雷達(dá)每一距離通道也是通過(guò)FFT運(yùn)算實(shí)現(xiàn)多普勒速度支路。但俄國(guó)是用小規(guī)模集成電路（IC）來(lái)組成。一個(gè)距離通道就得做成一個(gè)機(jī)柜，而美國(guó)只需用一片F(xiàn)PGA或DSP芯片（以及高速高精度ADC/DAC芯片）和一塊印制電路板。所以俄羅斯的電子設(shè)備常給人以“傻、大、粗”的感覺(jué)，常被國(guó)內(nèi)一些學(xué)者瞧不起。但俄國(guó)有他的辦法，并不妨礙他的8-300和8-400成為世界一流的防空導(dǎo)彈系統(tǒng)。

為什么我們?cè)觳怀雒绹?guó)人那樣的芯片？

2018年4月18日，即美國(guó)宣布對(duì)我國(guó)通訊企業(yè)采取出口管制的第二天，中科院計(jì)算所召開(kāi)一場(chǎng)在京專(zhuān)家圓桌會(huì)議，會(huì)議的名稱(chēng)就是“為什么我們?cè)觳怀雒绹?guó)人那樣的芯片？”。有專(zhuān)家舉中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)為例，它以運(yùn)算速度最快的能力在國(guó)際比賽中多次拿到第一。但據(jù)該專(zhuān)家透露，前面六次用的都是美國(guó)的芯片（作者注：應(yīng)指“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)的六連冠，使用了80000塊英特爾公司的Xeon）。2015年4月美國(guó)商務(wù)部決定向中國(guó)有關(guān)四個(gè)單位禁售有關(guān)芯片后，2016年研發(fā)的“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)才“搭載了國(guó)產(chǎn)的芯片”（作者注：應(yīng)為國(guó)產(chǎn)CPU“申威26010”。所謂“搭載”是否指用了一部分？），最后在國(guó)際比賽中以每秒9.3億億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度再次奪冠。因此該專(zhuān)家說(shuō)“禁售”也是一劑催化劑，使科研人員有了危機(jī)感，在某種程度上加速了中國(guó)自主芯片的發(fā)展。

有專(zhuān)家指出，目前國(guó)際上的半導(dǎo)體行業(yè)巨頭幾乎都在二十世紀(jì)七八十年代起步，用漫長(zhǎng)的時(shí)間和巨量的人才投入，換來(lái)了今天的技術(shù)積累。中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)遺憾地錯(cuò)過(guò)了一個(gè)黃金的年代，改革開(kāi)放后，雖然我們也沒(méi)少花力氣，并且在中低檔芯片領(lǐng)域也取得令世人矚目的成就。但對(duì)高端芯片的開(kāi)發(fā)，要靠市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，就很難趕上美國(guó)的水平了。

20世紀(jì)90年代，倪光南院士等人主張自主核心技術(shù)，提出要瞄準(zhǔn)美國(guó)的主要核心芯片（如英特爾的Xeon），攻克高端芯片技術(shù)難關(guān);并提出“不怕多次失敗，最終定能取勝”。但也有一些專(zhuān)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為做芯片不如買(mǎi)芯片，也就是所謂“用市場(chǎng)換技術(shù)論”;并說(shuō)不用擔(dān)心美國(guó)會(huì)輕易放棄中國(guó)這樣巨大市場(chǎng)和巨額利潤(rùn)。一些主張市場(chǎng)導(dǎo)向的領(lǐng)導(dǎo)也顧忌投入大，風(fēng)險(xiǎn)大，這就使中國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)再次遺憾地錯(cuò)過(guò)了一個(gè)好機(jī)遇。

最近中國(guó)臺(tái)灣一家媒體（《中時(shí)電子報(bào)》）發(fā)表了題為《兩岸半導(dǎo)體啟示錄》一文，對(duì)這個(gè)問(wèn)題發(fā)表直截了當(dāng)?shù)目捶?。文章大意是兩岸都很重視半?dǎo)體產(chǎn)業(yè)，起步也差不多（同時(shí)分別從日本的NEC和美國(guó)RCA引進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)）。大陸政府對(duì)半導(dǎo)體的支持還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)臺(tái)灣。尖端技術(shù)攻關(guān)需要科技人員有高度敬業(yè)精神。但現(xiàn)在，在制程和高檔集成電路方面，大陸的確還比不上中國(guó)臺(tái)灣，原因之一是大陸年輕科技人員都在國(guó)有企業(yè)，沒(méi)有危機(jī)感和緊迫感，又怕艱苦，不去也不需要去深入鉆研其中的深?yuàn)W原理和關(guān)鍵技術(shù)。一部分年輕人敬業(yè)精神太差，熱衷于盡快發(fā)財(cái)。一些媒體有自吹自擂的習(xí)慣，自認(rèn)為早已是世界第一。文章最后提出“謙虛地學(xué)與問(wèn)并長(zhǎng)期聚焦專(zhuān)注，是成功的不二法門(mén)”。這篇文章提出的論點(diǎn)還是客觀的，值得我們思考。

從武器裝備角度來(lái)看當(dāng)前芯片問(wèn)題，我總覺(jué)得有些專(zhuān)家學(xué)者的考慮缺乏一個(gè)重要因素，就是“戰(zhàn)備”。美國(guó)人就把芯片看作一種戰(zhàn)備物資。每次對(duì)我們制裁、禁售都借口“出于國(guó)家安全”。當(dāng)今美國(guó)的大戰(zhàn)略是遏制中國(guó)，他能允許中美雙贏的局面長(zhǎng)期下去嗎？這就使我們想起20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)曾就我國(guó)要不要搞自己的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)展開(kāi)辯論。有些學(xué)者表示反對(duì)，理由是全世界都在利用美國(guó)的GPS，搞北斗耗資大，即使建成將來(lái)市場(chǎng)也競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)美國(guó)。再則GPS不可能關(guān)閉或加密，這樣美國(guó)自己也沒(méi)法使用了。但20世紀(jì)90年代后的一些局部戰(zhàn)爭(zhēng)，以及一些國(guó)家的軍事演習(xí)，美國(guó)都有針對(duì)性地關(guān)閉GPS有關(guān)功能，并施放加密干擾，證明主張北斗上馬的同志的意見(jiàn)是正確的。

俄沒(méi)有高端芯片為何仍能頻頻推出世界一流的新武器裝備？

從2014年烏克蘭危機(jī)后至今，俄羅斯經(jīng)受西方一輪-又一輪的制裁，但卻仍能一批又一批推出世界一流的新武器。如在空天防御方面，有第五代戰(zhàn)機(jī)蘇-57投產(chǎn)，有第四代防空系統(tǒng)S-400的服役，第五代防空系統(tǒng)S-500打靶成功，以及新一代戰(zhàn)略反導(dǎo)系統(tǒng)A-235戰(zhàn)斗值班等等。西方記者渲染：“俄羅斯頻頻發(fā)出令人不寒而栗的提醒！”有讀者提出疑問(wèn)，俄基礎(chǔ)工業(yè)水平差，又缺乏世界一流的微電子技術(shù)和高端芯片。俄羅斯科技人員是如何解決這一矛盾的？

我曾在《俄尖端武器研發(fā)為何沒(méi)有芯片危機(jī)？》一文中初步剖析俄如何解決這個(gè)矛盾。簡(jiǎn)言之就是依靠“自主創(chuàng)新”的思想。

一是靠科技人員“揚(yáng)長(zhǎng)避短”的設(shè)計(jì)思想。充分利用俄在導(dǎo)彈飛行力學(xué)、慣性制導(dǎo)技術(shù)和器件、發(fā)動(dòng)機(jī)、微波電真空技術(shù)、模擬電路等基礎(chǔ)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，依靠俄科技人員聰明才智，彌補(bǔ)數(shù)字技術(shù)的不足。這種彌補(bǔ)不是簡(jiǎn)單的替代，而是一種創(chuàng)新。如筆者在《芯片危機(jī)》一文中曾舉例，俄用他激晶體振蕩器作為中頻信號(hào)積累，其體積甚至比集成電路還小，這就是一個(gè)典型的成功例子。俄科技人員揚(yáng)長(zhǎng)避短，一方面是出于無(wú)奈，另一方面卻促使模擬電路技術(shù)有了新的發(fā)展和進(jìn)步。

二是靠科技人員“系統(tǒng)第一”的設(shè)計(jì)思想。后者就是指“武器部件的水平可以一般，但系統(tǒng)水平，包括武器系統(tǒng)性能指標(biāo)和武器可靠性必須一流”。例如，在空天防御武器領(lǐng)域，從俄高層領(lǐng)導(dǎo)到導(dǎo)彈系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師，他們清醒地認(rèn)識(shí)到俄的基礎(chǔ)工業(yè)遠(yuǎn)遜于美國(guó)，應(yīng)該實(shí)事求是發(fā)展自己的空天防御武器。他們有兩條不成文的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：一條是不能要求武器系統(tǒng)指標(biāo)全面超過(guò)美國(guó)，或者項(xiàng)項(xiàng)指標(biāo)世界第一。俄沒(méi)有力量全面和美國(guó)比拼，所以要抓住主要指標(biāo)，解決主要矛盾，使主要指標(biāo)世界領(lǐng)先。第二不能要求系統(tǒng)中所有設(shè)備和部件都是一流的，但要求各個(gè)設(shè)備自主創(chuàng)新，盡量做到揚(yáng)長(zhǎng)避短。主要追求實(shí)效性和穩(wěn)定性，而不刻意追求采用先進(jìn)元器件和先進(jìn)技術(shù)，不在乎外貌有點(diǎn)“傻、大、粗”。這一不成文準(zhǔn)則被西方一些文獻(xiàn)譽(yù)為俄羅斯研發(fā)武器的“金科玉律”。

筆者認(rèn)為這一點(diǎn)對(duì)我們很有啟示作用。前一階段，我國(guó)的科技界表現(xiàn)出某種浮躁情緒，試圖讓各行各業(yè)都要全面趕超美國(guó)，并宣稱(chēng)自己有很多方面已經(jīng)或早已超過(guò)美國(guó)。實(shí)際上就拿高端芯片來(lái)說(shuō)，要承認(rèn)我們和美國(guó)的差距是需要長(zhǎng)期艱苦奮斗才可能趕上的。即使到那時(shí)也不能設(shè)想所有高端品種芯片全部趕超美國(guó)，事實(shí)上只要有一些主要品種趕上或接近世界一流水平就很不錯(cuò)了。當(dāng)然核心技術(shù)必須掌握在自己手中。武器研發(fā)人員追求武器水平世界一流，他們不在乎所用芯片水平是否世界第一。

要自主創(chuàng)新還得有敢于創(chuàng)新的精神。比如，俄S-300系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，他們敢于創(chuàng)新的精神也非常值得我們借鑒。首先是波段選擇，美國(guó)的愛(ài)國(guó)者使用的是C波段。而俄技術(shù)人員提出用更高的X波段，以進(jìn)一步提高雷達(dá)的性能。但這樣的做法在當(dāng)時(shí)有很大冒險(xiǎn)性。不僅是元器件研制和供應(yīng)都很困難，相控陣?yán)走_(dá)需要的關(guān)鍵調(diào)試設(shè)備“X波段大型天線(xiàn)近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)”的制作也沒(méi)有把握。但俄羅斯敢于搶先占領(lǐng)這一技術(shù)高點(diǎn)，并且成為世界上第一個(gè)研制出大型X波段的近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)的國(guó)家。

另外，關(guān)于相控陣?yán)走_(dá)天線(xiàn)饋電方式，美國(guó)學(xué)者和工程界一直主張用分支饋電（通過(guò)大量電纜或波導(dǎo)分支）方式，否定空間饋電方式。但俄科技人員則在空間饋電方面取得更重大的突破和成功。21世紀(jì)初一次國(guó)際雷達(dá)年會(huì)上，美國(guó)雷達(dá)專(zhuān)家巴登聽(tīng)了俄羅斯總師葉夫勒莫夫的報(bào)告，知道空間饋電已被S-300正式采用時(shí)，他大加贊揚(yáng)俄科技人員的創(chuàng)新精神和毅力。

我國(guó)微波電子管等核心器件走的彎路也說(shuō)明“用市場(chǎng)換技術(shù)”之路走不通

其實(shí)類(lèi)似此次中興事件的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并不是第一次。二十世紀(jì)八九十年代，當(dāng)美蘇等國(guó)正在花大力氣研發(fā)新一代微波大功率電子管，以裝備新一代大功率雷達(dá)時(shí)，我們卻強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，敲鑼打鼓地去關(guān)閉不賺錢(qián)的電子管廠，大學(xué)里取消不受學(xué)生歡迎的電真空專(zhuān)業(yè)（據(jù)說(shuō)微波有害，電真空材料有害）。認(rèn)為需要的話(huà)可以花錢(qián)去國(guó)外市場(chǎng)買(mǎi)。直到后來(lái)西方嚴(yán)禁向我國(guó)出售大功率微波電子管時(shí)，才明白過(guò)來(lái)。俄科技人員在這方面比我們聰明，他們的微波電真空技術(shù)水平很高，獨(dú)樹(shù)一幟，在促進(jìn)俄先進(jìn)武器的發(fā)展上起了重大作用。

“愛(ài)國(guó)科學(xué)家齊發(fā)力‘中國(guó)芯很快將崛起”

我國(guó)每年都由工信部舉辦“中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì)”，我的一位學(xué)生參加了2016年和2017年兩屆。他回來(lái)后向我們轉(zhuǎn)達(dá)了大會(huì)情況和我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的尷尬處境。2017年我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)5000億人民幣，約占全球份額的11%，而我國(guó)的中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)卻占到16%。按營(yíng)業(yè)收入排隊(duì)，全球前20名大半導(dǎo)體企業(yè)，大陸一家沒(méi)有，而中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)有臺(tái)積電等三家入圍。我國(guó)每年進(jìn)口的美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)品，主要是高端芯片，進(jìn)口額達(dá)2300億美元，堪比我軍一年的經(jīng)費(fèi)。美國(guó)的幾家芯片巨頭在中國(guó)市場(chǎng)無(wú)一例外賺得盆滿(mǎn)缽滿(mǎn)，但多年來(lái)還多次以國(guó)家安全為由，揮起知識(shí)產(chǎn)權(quán)大棒，一會(huì)兒要禁售這家，一會(huì)兒要制裁那家，目的就是扼殺我國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)，而將核心技術(shù)永遠(yuǎn)掌握在他們手中。

此次“芯片事件”固然是壞事，但處理得當(dāng)也很有可能再一次成為我國(guó)高端芯片發(fā)展的黃金機(jī)遇。據(jù)我學(xué)生所說(shuō)，二次會(huì)上很多科技人員摩拳擦掌，表示要大干一番。會(huì)上更有一批海歸人員，他們中有些在國(guó)外從事芯片技術(shù)多年，回國(guó)想利用自己的專(zhuān)長(zhǎng)報(bào)效祖國(guó)。他們還號(hào)召仍在國(guó)外的同事不要錯(cuò)過(guò)機(jī)遇，在會(huì)上提出“愛(ài)國(guó)科學(xué)家齊發(fā)力中國(guó)芯很快將崛起”的口號(hào)?？萍贾疇?zhēng)歸根結(jié)底就是人才之爭(zhēng)，只要政策對(duì)頭，重視人才，團(tuán)結(jié)一切可以團(tuán)結(jié)的力量，相信中國(guó)高端芯片將很快崛起。

（作者單位：航天科工二院）