俄國沒有高端芯片，為什么卻能造出一流武器?

郭衍瑩

依靠“自主創新”的思想，要自主創新還得有敢于創新的精神。

現代先進武器裝備為何越來越依賴高端芯片

信息化戰爭和網絡化戰爭時代，武器系統中電子設備的比重迅速增加，對高端芯片的需求也迅速增加。以美國第五代戰機F-35為例，它被稱為世界上第一款完全按照信息化作戰要求設計的戰斗機，因為它可以與目前美軍的作戰體系實現“無縫兼容”。作戰時，F-35是作為信息作戰的一個節點而存在。機上裝備的綜合電子戰系統，其設計目的就是最大限度地增強飛行員對整個戰場態勢的感知能力，其單機的電子戰能力甚至能達到專業電子戰機的性能。一旦發生戰爭，F-35在美軍的作戰體系中能夠與空中、海上所有美國武器裝備共享信息。它如何做到這些呢？國外權威的《簡氏防務年鑒》上說它“渾身上下都裝了芯片”！

在導彈、雷達和空天防御武器領域，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：一是武器計算機本身芯片;二是通訊芯片;第三要算美國雷達中大量采用的，美商務部屢屢點名的DSP（數字信號處理）和FPGA（現場可編程門陣列）芯片了。

現代武器系統中的電子設備，其主要任務簡言之就是接受信息，經處理和快速運算后輸出指令，去控制執行部件。以現代雷達為例，其數據率高達每秒數十次，也就是零點幾秒就要運算完一次。因此要求信息處理芯片具有實時、快速和大容量計算功能。

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

眾多的設計人員是芯片的用戶，當然是“拿來主義”。例如美國著名的FPGA廠商賽靈思公司（Xilinx）、Altera公司等都在中國設立銷售機構，供貨充足，服務周全，連開發工具都已為你準備好。每推出一個新型號就免費為你培訓，大大方便你的設計工作，甚至可以做出很多“創新”。當然這些公司賺得盆滿缽滿，這大約就是一些人所說的“雙贏”。一位資深院士說得好：現在不少成果都是建立在使用國外芯片基礎上得到的;而且動輒宣稱世界第一，這不就是“拿別人昨天的東西來打扮自己的明天”！

我們從8-300已公開的資料圖片中看到（如俄羅斯售給希臘的8-300-2系統），它的火控雷達信號處理采用FFT技術。雷達每一距離通道也是通過FFT運算實現多普勒速度支路。但俄國是用小規模集成電路（IC）來組成。一個距離通道就得做成一個機柜，而美國只需用一片FPGA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備常給人以“傻、大、粗”的感覺，常被國內一些學者瞧不起。但俄國有他的辦法，并不妨礙他的8-300和8-400成為世界一流的防空導彈系統。

為什么我們造不出美國人那樣的芯片？

2018年4月18日，即美國宣布對我國通訊企業采取出口管制的第二天，中科院計算所召開一場在京專家圓桌會議，會議的名稱就是“為什么我們造不出美國人那樣的芯片？”。有專家舉中國的超級計算機為例，它以運算速度最快的能力在國際比賽中多次拿到第一。但據該專家透露，前面六次用的都是美國的芯片（作者注：應指“天河二號”超級計算機的六連冠，使用了80000塊英特爾公司的Xeon）。2015年4月美國商務部決定向中國有關四個單位禁售有關芯片后，2016年研發的“神威·太湖之光”超級計算機才“搭載了國產的芯片”（作者注：應為國產CPU“申威26010”。所謂“搭載”是否指用了一部分？），最后在國際比賽中以每秒9.3億億次的浮點運算速度再次奪冠。因此該專家說“禁售”也是一劑催化劑，使科研人員有了危機感，在某種程度上加速了中國自主芯片的發展。

有專家指出，目前國際上的半導體行業巨頭幾乎都在二十世紀七八十年代起步，用漫長的時間和巨量的人才投入，換來了今天的技術積累。中國的半導體產業遺憾地錯過了一個黃金的年代，改革開放后，雖然我們也沒少花力氣，并且在中低檔芯片領域也取得令世人矚目的成就。但對高端芯片的開發，要靠市場競爭機制，就很難趕上美國的水平了。

20世紀90年代，倪光南院士等人主張自主核心技術，提出要瞄準美國的主要核心芯片（如英特爾的Xeon），攻克高端芯片技術難關;并提出“不怕多次失敗，最終定能取勝”。但也有一些專家和經濟學家認為做芯片不如買芯片，也就是所謂“用市場換技術論”;并說不用擔心美國會輕易放棄中國這樣巨大市場和巨額利潤。一些主張市場導向的領導也顧忌投入大，風險大，這就使中國的芯片產業再次遺憾地錯過了一個好機遇。

最近中國臺灣一家媒體（《中時電子報》）發表了題為《兩岸半導體啟示錄》一文，對這個問題發表直截了當的看法。文章大意是兩岸都很重視半導體產業，起步也差不多（同時分別從日本的NEC和美國RCA引進生產線）。大陸政府對半導體的支持還遠遠超過中國臺灣。尖端技術攻關需要科技人員有高度敬業精神。但現在，在制程和高檔集成電路方面，大陸的確還比不上中國臺灣，原因之一是大陸年輕科技人員都在國有企業，沒有危機感和緊迫感，又怕艱苦，不去也不需要去深入鉆研其中的深奧原理和關鍵技術。一部分年輕人敬業精神太差，熱衷于盡快發財。一些媒體有自吹自擂的習慣，自認為早已是世界第一。文章最后提出“謙虛地學與問并長期聚焦專注，是成功的不二法門”。這篇文章提出的論點還是客觀的，值得我們思考。

從武器裝備角度來看當前芯片問題，我總覺得有些專家學者的考慮缺乏一個重要因素，就是“戰備”。美國人就把芯片看作一種戰備物資。每次對我們制裁、禁售都借口“出于國家安全”。當今美國的大戰略是遏制中國，他能允許中美雙贏的局面長期下去嗎？這就使我們想起20世紀80年代，國內曾就我國要不要搞自己的北斗導航系統展開辯論。有些學者表示反對，理由是全世界都在利用美國的GPS，搞北斗耗資大，即使建成將來市場也競爭不過美國。再則GPS不可能關閉或加密，這樣美國自己也沒法使用了。但20世紀90年代后的一些局部戰爭，以及一些國家的軍事演習，美國都有針對性地關閉GPS有關功能，并施放加密干擾，證明主張北斗上馬的同志的意見是正確的。

俄沒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年烏克蘭危機后至今，俄羅斯經受西方一輪-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，有第五代戰機蘇-57投產，有第四代防空系統S-400的服役，第五代防空系統S-500打靶成功，以及新一代戰略反導系統A-235戰斗值班等等。西方記者渲染：“俄羅斯頻頻發出令人不寒而栗的提醒！”有讀者提出疑問，俄基礎工業水平差，又缺乏世界一流的微電子技術和高端芯片。俄羅斯科技人員是如何解決這一矛盾的？

我曾在《俄尖端武器研發為何沒有芯片危機？》一文中初步剖析俄如何解決這個矛盾。簡言之就是依靠“自主創新”的思想。

一是靠科技人員“揚長避短”的設計思想。充分利用俄在導彈飛行力學、慣性制導技術和器件、發動機、微波電真空技術、模擬電路等基礎技術優勢，依靠俄科技人員聰明才智，彌補數字技術的不足。這種彌補不是簡單的替代，而是一種創新。如筆者在《芯片危機》一文中曾舉例，俄用他激晶體振蕩器作為中頻信號積累，其體積甚至比集成電路還小，這就是一個典型的成功例子。俄科技人員揚長避短，一方面是出于無奈，另一方面卻促使模擬電路技術有了新的發展和進步。

二是靠科技人員“系統第一”的設計思想。后者就是指“武器部件的水平可以一般，但系統水平，包括武器系統性能指標和武器可靠性必須一流”。例如，在空天防御武器領域，從俄高層領導到導彈系統總設計師，他們清醒地認識到俄的基礎工業遠遜于美國，應該實事求是發展自己的空天防御武器。他們有兩條不成文的設計準則：一條是不能要求武器系統指標全面超過美國，或者項項指標世界第一。俄沒有力量全面和美國比拼，所以要抓住主要指標，解決主要矛盾，使主要指標世界領先。第二不能要求系統中所有設備和部件都是一流的，但要求各個設備自主創新，盡量做到揚長避短。主要追求實效性和穩定性，而不刻意追求采用先進元器件和先進技術，不在乎外貌有點“傻、大、粗”。這一不成文準則被西方一些文獻譽為俄羅斯研發武器的“金科玉律”。

筆者認為這一點對我們很有啟示作用。前一階段，我國的科技界表現出某種浮躁情緒，試圖讓各行各業都要全面趕超美國，并宣稱自己有很多方面已經或早已超過美國。實際上就拿高端芯片來說，要承認我們和美國的差距是需要長期艱苦奮斗才可能趕上的。即使到那時也不能設想所有高端品種芯片全部趕超美國，事實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了。當然核心技術必須掌握在自己手中。武器研發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。

要自主創新還得有敢于創新的精神。比如，俄S-300系統的設計，他們敢于創新的精神也非常值得我們借鑒。首先是波段選擇，美國的愛國者使用的是C波段。而俄技術人員提出用更高的X波段，以進一步提高雷達的性能。但這樣的做法在當時有很大冒險性。不僅是元器件研制和供應都很困難，相控陣雷達需要的關鍵調試設備“X波段大型天線近場測試系統”的制作也沒有把握。但俄羅斯敢于搶先占領這一技術高點，并且成為世界上第一個研制出大型X波段的近場測試系統的國家。

另外，關于相控陣雷達天線饋電方式，美國學者和工程界一直主張用分支饋電（通過大量電纜或波導分支）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世紀初一次國際雷達年會上，美國雷達專家巴登聽了俄羅斯總師葉夫勒莫夫的報告，知道空間饋電已被S-300正式采用時，他大加贊揚俄科技人員的創新精神和毅力。

我國微波電子管等核心器件走的彎路也說明“用市場換技術”之路走不通

其實類似此次中興事件的經驗教訓并不是第一次。二十世紀八九十年代，當美蘇等國正在花大力氣研發新一代微波大功率電子管，以裝備新一代大功率雷達時，我們卻強調市場經濟，敲鑼打鼓地去關閉不賺錢的電子管廠，大學里取消不受學生歡迎的電真空專業（據說微波有害，電真空材料有害）。認為需要的話可以花錢去國外市場買。直到后來西方嚴禁向我國出售大功率微波電子管時，才明白過來。俄科技人員在這方面比我們聰明，他們的微波電真空技術水平很高，獨樹一幟，在促進俄先進武器的發展上起了重大作用。

“愛國科學家齊發力‘中國芯很快將崛起”

我國每年都由工信部舉辦“中國集成電路產業促進大會”，我的一位學生參加了2016年和2017年兩屆。他回來后向我們轉達了大會情況和我國芯片產業的尷尬處境。2017年我國集成電路產業產值達5000億人民幣，約占全球份額的11%，而我國的中國臺灣地區卻占到16%。按營業收入排隊，全球前20名大半導體企業，大陸一家沒有，而中國臺灣地區有臺積電等三家入圍。我國每年進口的美國半導體產品，主要是高端芯片，進口額達2300億美元，堪比我軍一年的經費。美國的幾家芯片巨頭在中國市場無一例外賺得盆滿缽滿，但多年來還多次以國家安全為由，揮起知識產權大棒，一會兒要禁售這家，一會兒要制裁那家，目的就是扼殺我國的芯片產業，而將核心技術永遠掌握在他們手中。

此次“芯片事件”固然是壞事，但處理得當也很有可能再一次成為我國高端芯片發展的黃金機遇。據我學生所說，二次會上很多科技人員摩拳擦掌，表示要大干一番。會上更有一批海歸人員，他們中有些在國外從事芯片技術多年，回國想利用自己的專長報效祖國。他們還號召仍在國外的同事不要錯過機遇，在會上提出“愛國科學家齊發力中國芯很快將崛起”的口號?？萍贾疇帤w根結底就是人才之爭，只要政策對頭，重視人才，團結一切可以團結的力量，相信中國高端芯片將很快崛起。

（作者單位：航天科工二院）