俄羅斯芯片，為什么不怕卡脖子？
發(fā)布人：旺材芯片
時(shí)間：2022-03-05
來(lái)源：工程師
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俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)開打80個(gè)小時(shí)之后，在一個(gè)介紹烏俄兩國(guó)軍事力量的視頻下面，我看到一個(gè)問(wèn)題：俄羅斯的軍事裝備不用芯片嗎？美國(guó)怎么不制裁他們？
答案是：當(dāng)然制裁了，而且沒(méi)停過(guò)，但俄羅斯表示：根本不怕。
民用領(lǐng)域更好理解，因?yàn)槎砹_斯對(duì)消費(fèi)端高端芯片的進(jìn)口量很小，本就對(duì)外不存在依賴；
軍用方面則相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)代軍事裝備、航空航天，芯片的使用幾乎無(wú)處不在，俄羅斯自有芯片產(chǎn)業(yè)非常落后，又面臨全球一輪又一輪技術(shù)禁運(yùn)，早就被制裁麻了，但偏偏還能一批又一批推出世界一流的新武器……
他們?cè)趺醋龅降模?/span>
沒(méi)有脖子，你卡哪？先來(lái)說(shuō)民用領(lǐng)域。
俄羅斯是一個(gè)非常特殊的“超級(jí)大國(guó)”——它幾乎就沒(méi)有成規(guī)模的民用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
一句話：哥們兒沒(méi)有脖子，你卡哪？
形成這種現(xiàn)狀的原因是多樣的。
首先是歷史原因。
蘇聯(lián)施行的是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制，對(duì)外通過(guò)“經(jīng)互會(huì)”協(xié)調(diào)小弟們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，加勒比海的古巴生產(chǎn)糖，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東德生產(chǎn)精密儀器，身處熱帶的越南生產(chǎn)大米......對(duì)內(nèi)有中央計(jì)劃委員會(huì)，產(chǎn)業(yè)都是按區(qū)分配的，烏克蘭種田養(yǎng)牛，哈薩克斯坦采棉花，白俄羅斯造卡車......活像九年義務(wù)制教育，房子買哪了就在哪就近入學(xué)，想換個(gè)賽道發(fā)展還得先搬個(gè)家。
蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)為了平衡各加盟國(guó)利益，將微電子產(chǎn)業(yè)拆開分配到了各個(gè)加盟國(guó)。蘇聯(lián)解體后導(dǎo)致俄羅斯的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)變得非常碎片化。
蘇聯(lián)主導(dǎo)的“經(jīng)互會(huì)”旗幟其次是技術(shù)路線選擇的原因。
我前面說(shuō)過(guò)，俄羅斯是個(gè)極為特殊的國(guó)家，由于二戰(zhàn)、冷戰(zhàn)的因素，和一些地緣政治原因，俄羅斯在選擇技術(shù)發(fā)展路線的時(shí)候，首先考慮的一定不是“能不能賺錢”的產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題，而是“能不能保命”的國(guó)防安全問(wèn)題。
集成電路技術(shù)的起步時(shí)期剛好也是美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期，蘇聯(lián)考慮到核打擊的威脅，在晶體管和電子管兩個(gè)技術(shù)路線之間，優(yōu)先選擇了抗輻射能力更強(qiáng)的電子管技術(shù)。電子管的小型化的確存在先天限制，但那個(gè)時(shí)候也的確沒(méi)人想到，晶體管的小型化竟然能夠發(fā)展到納米級(jí)。
技能點(diǎn)有限，科技樹一朝點(diǎn)錯(cuò)，后來(lái)發(fā)生的事，大家都知道了。
最后是經(jīng)濟(jì)原因。
俄羅斯分到了蘇聯(lián)的大部分遺產(chǎn)，但祖?zhèn)鞯牟恢褂挟a(chǎn)業(yè)，也有仇恨與警惕。蘇聯(lián)解體，北約卻沒(méi)打算解散，結(jié)果就是俄羅斯打從生出來(lái)，這輩子就沒(méi)睡過(guò)一個(gè)好覺(jué)。一會(huì)是車臣，一會(huì)是格魯吉亞，一會(huì)北約又要東擴(kuò)。不是分家的兄弟起了領(lǐng)土爭(zhēng)端，就是作妖的宿敵見(jiàn)縫插針給你使壞，以至于國(guó)家始終都生存在一個(gè)群狼環(huán)伺，不小心就會(huì)被生啖血肉的高壓環(huán)境之下。
蘇聯(lián)留下的本就是一個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)破敗不堪的局面，輕重工業(yè)發(fā)展極不均衡，高壓環(huán)境致使民營(yíng)經(jīng)濟(jì)極其落后，且很難有機(jī)會(huì)得到發(fā)展。2004-2007短暫經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，2008年就和格魯吉亞打了一仗；2011年之后經(jīng)濟(jì)剛有逐漸復(fù)蘇的跡象，卻又被和烏克蘭的沖突打斷，也就是我們都知道的克里米亞事件。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是一個(gè)典型的資本密集型產(chǎn)業(yè)，需要大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)投入，才能看到結(jié)果。但常年的內(nèi)憂外患，使得俄羅斯民營(yíng)經(jīng)濟(jì)自己都舉步維艱，更顧不上發(fā)展出手機(jī)、平板這些民用消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)。前幾年EDN曾報(bào)道過(guò)俄羅斯的一款智能手機(jī)Yoga phone，雙面屏幕，支持電紙書閱讀，后來(lái)沒(méi)多久這個(gè)Yoga Devices公司營(yíng)運(yùn)狀況不佳，就在2019年宣布破產(chǎn)了。
這一切的結(jié)果，就是如今俄羅斯民用和消費(fèi)電子市場(chǎng)占全球份額還不到2%。而美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）2021年的一份聲明顯示，俄羅斯的半導(dǎo)體采購(gòu)量還不到全球半導(dǎo)體采購(gòu)量的0.1%。其中民用半導(dǎo)體采購(gòu)量占比就更是微乎其微。
工程能力的神跡但民用微電子產(chǎn)業(yè)的近乎空白，并不意味著俄羅斯就完全沒(méi)有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
目前俄羅斯主要集成電路制造商為兩家：Микрон和Ангстрем公司，前者提供65-250納米制程工藝加工能力，后者提供90-250納米制程工藝，擁有8英寸晶圓廠，兩家公司主要提供軍用、航天和工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品。
在這方面，美國(guó)的制裁其實(shí)一直都沒(méi)停過(guò)。2016年，Ангстрем在澤列諾格勒的一家工廠為了更新制程工藝，向AMD購(gòu)買必要設(shè)備期間，被美國(guó)商務(wù)部加入了制裁名單，交易隨即被迫中止。該公司隨即陷入債務(wù)危機(jī)，瀕臨破產(chǎn)邊緣。后來(lái)是前身為原蘇聯(lián)電子研究所的НИИМЭ與俄羅斯政府共同出手，聯(lián)合Ангстрем最大債權(quán)方VEB.RF（俄羅斯國(guó)家開發(fā)集團(tuán)）對(duì)其進(jìn)行了破產(chǎn)重整，才將公司保留了下來(lái)。
俄烏開戰(zhàn)前后的這幾天，美國(guó)最先宣布落實(shí)的兩輪對(duì)俄制裁手段，也是切斷關(guān)鍵技術(shù)供貨。其中包括了半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、信息與通信、傳感器/激光、導(dǎo)航/航空電子、海洋、航空航天等7個(gè)領(lǐng)域的57項(xiàng)可用于軍事目的的項(xiàng)目和技術(shù)。
歐洲幾乎是同步響應(yīng)的，緊接跟上來(lái)的日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣，幾乎也都是在微電子領(lǐng)域的先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)，其宣布的對(duì)俄制裁措施中，有相當(dāng)一部分和半導(dǎo)體有關(guān)。但其實(shí)俄羅斯半導(dǎo)體最大的進(jìn)口供應(yīng)者，是中國(guó)。
2016年1月，俄軍一架本土產(chǎn)海鷹-10無(wú)人偵察機(jī)在頓涅茨克地區(qū)墜毀烏克蘭人拆解后就發(fā)現(xiàn)了中國(guó)著名的單片機(jī)公司宏晶科技單片機(jī)我國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)水平，我們以前深入解讀過(guò)很多次了，能夠出口的大部分都不是什么高精尖產(chǎn)品，雖然可以支撐普通的軍事裝備，但對(duì)尖端軍事裝備的研發(fā)來(lái)說(shuō)肯定不夠用。
基礎(chǔ)工業(yè)水平差，微電子技術(shù)又一直是俄羅斯的短板，還要被西方一輪又一輪制裁，俄羅斯卻能一批又一批推出世界一流的新武器……
這種看上去很不科學(xué)的現(xiàn)狀，來(lái)源于俄羅斯科學(xué)家極其扎實(shí)的基礎(chǔ)理論能力，和近乎逆天的系統(tǒng)工程能力。
拿美國(guó)的愛(ài)國(guó)者-3和俄羅斯的S-300-2相控雷達(dá)來(lái)說(shuō)，二者都采用了先進(jìn)的脈沖多普勒體制。雷達(dá)中以信號(hào)處理部分用數(shù)字芯片最多，最常用的是富利哀變換運(yùn)算（FFT），可以快速算出目標(biāo)信號(hào)的多普勒頻率有多大，然后根據(jù)多普勒效應(yīng)的公式推算出目標(biāo)速度。
The S-300 (NATO reporting name SA-10 Grumble)美國(guó)的邏輯是——給雷達(dá)裝最先進(jìn)的芯片，把算力堆起來(lái)解題。
而俄羅斯在沒(méi)有高端芯片的時(shí)候，在雷達(dá)中使用了一種他激晶體振蕩器（模擬電路）作為中頻信號(hào)積累，其體積雖比芯片要大，但比一般集成電路要小，可以替FFT的基本功能。雖然由于元件的小型化有先天不足，做出來(lái)的裝備比較看起來(lái)比較“傻大粗”，但從核心效果指標(biāo)上來(lái)說(shuō)，基本可以達(dá)到與愛(ài)國(guó)者同等水平。
美國(guó)一批雷達(dá)專家，專門喜歡研究俄羅斯雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)和軟肋，并積累了大量資料和數(shù)據(jù)。他們對(duì)俄羅斯S-300雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)，是“高性能，低成本，低功耗”。
其中有大量讓美國(guó)專家們稱贊的自主創(chuàng)新之舉，比如S-300采用了X波段（愛(ài)國(guó)者和常規(guī)雷達(dá)大部分為C波段），還利用了低損耗波導(dǎo)進(jìn)行微波傳輸，加上獨(dú)特的收發(fā)隔離技術(shù)，將S-300的天饋系統(tǒng)的總微波損耗降到了5dB左右。但愛(ài)國(guó)者雷達(dá)天饋系統(tǒng)的損耗可高達(dá)7-12dB。理論計(jì)算表明，微波損耗每降低1dB，,就可使雷達(dá)作用距離增加6%。
美國(guó)人的設(shè)計(jì)原則，通常是利用最先進(jìn)的技術(shù)，采用最先進(jìn)的元器件，達(dá)到最先進(jìn)的水平。而俄羅斯人的設(shè)計(jì)原則，是只要能夠達(dá)到最先進(jìn)的水平就行——元器件可以不用最先進(jìn)的，技術(shù)可以不要最高精尖的，我只要效果能達(dá)到最好的就行。
這就是所謂的系統(tǒng)工程能力。不追求使用最先進(jìn)的元器件和最先進(jìn)的技術(shù)，但整體系統(tǒng)水平和可靠性、穩(wěn)定性必須一流。用某同事的話說(shuō)，俄羅斯人實(shí)在擅長(zhǎng)把一堆破爛組合在一起，變成一個(gè)能夠橫掃千軍的人間大殺器。
俄羅斯這些曲線救國(guó)，出奇制勝的招數(shù)，大大降低了沒(méi)有高端芯片給其國(guó)防軍工力量帶來(lái)的影響。雖然外形看上去不那么精致，卻并不妨礙俄羅斯的S-300以及后來(lái)的S-400、S-500等成為世界一流的防空導(dǎo)彈系統(tǒng)。
但話說(shuō)回來(lái)，這種解題思路，還是被逼出來(lái)的。而且在軍事、航天上可以替代高端芯片的解題思路，也完全不適用于產(chǎn)業(yè)化。
要用極高的系統(tǒng)工程能力解決一個(gè)特定的問(wèn)題是可行的。但它只適用于對(duì)單一技術(shù)問(wèn)題的科研攻關(guān)，在不考慮成本和良率的軍工產(chǎn)業(yè)可行，但在需要考量成本、良率、投資回報(bào)率、工業(yè)化生產(chǎn)效率等綜合解決方案的產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域，則完全行不通。
中國(guó)也經(jīng)歷過(guò)這種運(yùn)動(dòng)式攻關(guān)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)問(wèn)題的階段，我們?cè)?960年成立過(guò)以中科院半導(dǎo)體所為代表的大批研究機(jī)構(gòu)，同期還在全國(guó)建設(shè)了數(shù)十個(gè)電子廠。這些電子廠雖然初步搭建起了中國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)的“研發(fā)+生產(chǎn)”體系，保證了“兩彈一星”等一批重大軍事項(xiàng)目的電子和計(jì)算配套，但在產(chǎn)業(yè)化方面的成就寥寥可數(shù)。
改革開放之后，我國(guó)的國(guó)家部委組織了三大“戰(zhàn)役”，1986年的“531戰(zhàn)略”，1990年的“908工程”，1995年的“909工程”，由于并不持續(xù)的投入方式，和這種專注于單一技術(shù)問(wèn)題的科研攻關(guān)，最后都未能顯著縮小我們和海外半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的差距，反而陷入了“引進(jìn)-建廠-投產(chǎn)-落后-再引進(jìn)”的惡性循環(huán)。
很多事情，最終還是要交給市場(chǎng)來(lái)做。
俄羅斯軍事工業(yè)對(duì)高端芯片功能的替代方式，真正值得我們借鑒的，是系統(tǒng)解決問(wèn)題的思路，以及背后支撐了這種解題思路的，強(qiáng)大的基礎(chǔ)理論研究水平。
知乎有個(gè)答主自述，其接觸到的任何一個(gè)工科學(xué)科，找一篇有一定程度數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的論文，然后找到它的參考文獻(xiàn)里，理論性最重要的一篇，然后再找這篇的參考文獻(xiàn)，一次迭代，五步以內(nèi)，必是俄文。
一個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)理論，是一通百通的，這才是一切系統(tǒng)工程能力的根源，也是一切人間大殺器無(wú)法跳脫的起點(diǎn)。
參考資料：環(huán)球網(wǎng)《從武器裝備的觀點(diǎn)看當(dāng)前芯片問(wèn)題》環(huán)球網(wǎng)《俄羅斯的"他激晶體振蕩器"是如何替代芯片功能的？》
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