俄国没有高端芯片，为什么却能造出一流武器?

郭衍莹

依靠“自主创新”的思想，要自主创新还得有敢于创新的精神。

现代先进武器装备为何越来越依赖高端芯片

信息化战争和网络化战争时代，武器系统中电子设备的比重迅速增加，对高端芯片的需求也迅速增加。以美国第五代战机F-35为例，它被称为世界上第一款完全按照信息化作战要求设计的战斗机，因为它可以与目前美军的作战体系实现“无缝兼容”。作战时，F-35是作为信息作战的一个节点而存在。机上装备的综合电子战系统，其设计目的就是最大限度地增强飞行员对整个战场态势的感知能力，其单机的电子战能力甚至能达到专业电子战机的性能。一旦发生战争，F-35在美军的作战体系中能够与空中、海上所有美国武器装备共享信息。它如何做到这些呢？国外权威的《简氏防务年鉴》上说它“浑身上下都装了芯片”！

在导弹、雷达和空天防御武器领域，用得最多的高端芯片，除了常用的高速高精度ADC/DAC芯片外，大致还有三方面：一是武器计算机本身芯片;二是通讯芯片;第三要算美国雷达中大量采用的，美商务部屡屡点名的DSP（数字信号处理）和FPGA（现场可编程门阵列）芯片了。

现代武器系统中的电子设备，其主要任务简言之就是接受信息，经处理和快速运算后输出指令，去控制执行部件。以现代雷达为例，其数据率高达每秒数十次，也就是零点几秒就要运算完一次。因此要求信息处理芯片具有实时、快速和大容量计算功能。

至于FPGA，它包含大量门电路，使芯片更集成化，速度更快，可靠性更高。尤其是具有系统内可再编程（可再配置）的能力，包括可编程逻辑块、可编程I/O和可编程内部连线。作为信息处理，FPGA大有取代DSP的趋势。

众多的设计人员是芯片的用户，当然是“拿来主义”。例如美国著名的FPGA厂商赛灵思公司（Xilinx）、Altera公司等都在中国设立销售机构，供货充足，服务周全，连开发工具都已为你准备好。每推出一个新型号就免费为你培训，大大方便你的设计工作，甚至可以做出很多“创新”。当然这些公司赚得盆满钵满，这大约就是一些人所说的“双赢”。一位资深院士说得好：现在不少成果都是建立在使用国外芯片基础上得到的;而且动辄宣称世界第一，这不就是“拿别人昨天的东西来打扮自己的明天”！

我们从8-300已公开的资料图片中看到（如俄罗斯售给希腊的8-300-2系统），它的火控雷达信号处理采用FFT技术。雷达每一距离通道也是通过FFT运算实现多普勒速度支路。但俄国是用小规模集成电路（IC）来组成。一个距离通道就得做成一个机柜，而美国只需用一片FPGA或DSP芯片（以及高速高精度ADC/DAC芯片）和一块印制电路板。所以俄罗斯的电子设备常给人以“傻、大、粗”的感觉，常被国内一些学者瞧不起。但俄国有他的办法，并不妨碍他的8-300和8-400成为世界一流的防空导弹系统。

为什么我们造不出美国人那样的芯片？

2018年4月18日，即美国宣布对我国通讯企业采取出口管制的第二天，中科院计算所召开一场在京专家圆桌会议，会议的名称就是“为什么我们造不出美国人那样的芯片？”。有专家举中国的超级计算机为例，它以运算速度最快的能力在国际比赛中多次拿到第一。但据该专家透露，前面六次用的都是美國的芯片（作者注：应指“天河二号”超级计算机的六连冠，使用了80000块英特尔公司的Xeon）。2015年4月美国商务部决定向中国有关四个单位禁售有关芯片后，2016年研发的“神威·太湖之光”超级计算机才“搭载了国产的芯片”（作者注：应为国产CPU“申威26010”。所谓“搭载”是否指用了一部分？），最后在国际比赛中以每秒9.3亿亿次的浮点运算速度再次夺冠。因此该专家说“禁售”也是一剂催化剂，使科研人员有了危机感，在某种程度上加速了中国自主芯片的发展。

有专家指出，目前国际上的半导体行业巨头几乎都在二十世纪七八十年代起步，用漫长的时间和巨量的人才投入，换来了今天的技术积累。中国的半导体产业遗憾地错过了一个黄金的年代，改革开放后，虽然我们也没少花力气，并且在中低档芯片领域也取得令世人瞩目的成就。但对高端芯片的开发，要靠市场竞争机制，就很难赶上美国的水平了。

20世纪90年代，倪光南院士等人主张自主核心技术，提出要瞄准美国的主要核心芯片（如英特尔的Xeon），攻克高端芯片技术难关;并提出“不怕多次失败，最终定能取胜”。但也有一些专家和经济学家认为做芯片不如买芯片，也就是所谓“用市场换技术论”;并说不用担心美国会轻易放弃中国这样巨大市场和巨额利润。一些主张市场导向的领导也顾忌投入大，风险大，这就使中国的芯片产业再次遗憾地错过了一个好机遇。

最近中国台湾一家媒体（《中时电子报》）发表了题为《两岸半导体启示录》一文，对这个问题发表直截了当的看法。文章大意是两岸都很重视半导体产业，起步也差不多（同时分别从日本的NEC和美国RCA引进生产线）。大陆政府对半导体的支持还远远超过中国台湾。尖端技术攻关需要科技人员有高度敬业精神。但现在，在制程和高档集成电路方面，大陆的确还比不上中国台湾，原因之一是大陆年轻科技人员都在国有企业，没有危机感和紧迫感，又怕艰苦，不去也不需要去深入钻研其中的深奥原理和关键技术。一部分年轻人敬业精神太差，热衷于尽快发财。一些媒体有自吹自擂的习惯，自认为早已是世界第一。文章最后提出“谦虚地学与问并长期聚焦专注，是成功的不二法门”。这篇文章提出的论点还是客观的，值得我们思考。

从武器装备角度来看当前芯片问题，我总觉得有些专家学者的考虑缺乏一个重要因素，就是“战备”。美国人就把芯片看作一种战备物资。每次对我们制裁、禁售都借口“出于国家安全”。当今美国的大战略是遏制中国，他能允许中美双赢的局面长期下去吗？这就使我们想起20世纪80年代，国内曾就我国要不要搞自己的北斗导航系统展开辩论。有些学者表示反对，理由是全世界都在利用美国的GPS，搞北斗耗资大，即使建成将来市场也竞争不过美国。再则GPS不可能关闭或加密，这样美国自己也没法使用了。但20世纪90年代后的一些局部战争，以及一些国家的军事演习，美国都有针对性地关闭GPS有关功能，并施放加密干扰，证明主张北斗上马的同志的意见是正确的。

俄没有高端芯片为何仍能频频推出世界一流的新武器装备？

从2014年乌克兰危机后至今，俄罗斯经受西方一轮-又一轮的制裁，但却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，有第五代战机苏-57投产，有第四代防空系统S-400的服役，第五代防空系统S-500打靶成功，以及新一代战略反导系统A-235战斗值班等等。西方记者渲染：“俄罗斯频频发出令人不寒而栗的提醒！”有读者提出疑问，俄基础工业水平差，又缺乏世界一流的微电子技术和高端芯片。俄罗斯科技人员是如何解决这一矛盾的？

我曾在《俄尖端武器研发为何没有芯片危机？》一文中初步剖析俄如何解决这个矛盾。简言之就是依靠“自主创新”的思想。

一是靠科技人员“扬长避短”的设计思想。充分利用俄在导弹飞行力学、惯性制导技术和器件、发动机、微波电真空技术、模拟电路等基础技术优势，依靠俄科技人员聪明才智，弥补数字技术的不足。这种弥补不是简单的替代，而是一种创新。如笔者在《芯片危机》一文中曾举例，俄用他激晶体振荡器作为中频信号积累，其体积甚至比集成电路还小，这就是一个典型的成功例子。俄科技人员扬长避短，一方面是出于无奈，另一方面却促使模拟电路技术有了新的发展和进步。

二是靠科技人员“系统第一”的设计思想。后者就是指“武器部件的水平可以一般，但系统水平，包括武器系统性能指标和武器可靠性必须一流”。例如，在空天防御武器领域，从俄高层领导到导弹系统总设计师，他们清醒地认识到俄的基础工业远逊于美国，应该实事求是发展自己的空天防御武器。他们有两条不成文的设计准则：一条是不能要求武器系统指标全面超过美国，或者项项指标世界第一。俄没有力量全面和美国比拼，所以要抓住主要指标，解决主要矛盾，使主要指标世界领先。第二不能要求系统中所有设备和部件都是一流的，但要求各个设备自主创新，尽量做到扬长避短。主要追求实效性和稳定性，而不刻意追求采用先进元器件和先进技术，不在乎外貌有点“傻、大、粗”。这一不成文准则被西方一些文献誉为俄罗斯研发武器的“金科玉律”。

笔者认为这一点对我们很有启示作用。前一阶段，我国的科技界表现出某种浮躁情绪，试图让各行各业都要全面赶超美国，并宣称自己有很多方面已经或早已超过美国。实际上就拿高端芯片来说，要承认我们和美国的差距是需要长期艰苦奋斗才可能赶上的。即使到那时也不能设想所有高端品种芯片全部赶超美国，事实上只要有一些主要品种赶上或接近世界一流水平就很不错了。当然核心技术必须掌握在自己手中。武器研发人员追求武器水平世界一流，他们不在乎所用芯片水平是否世界第一。

要自主创新还得有敢于创新的精神。比如，俄S-300系统的设计，他们敢于创新的精神也非常值得我们借鉴。首先是波段选择，美国的爱国者使用的是C波段。而俄技术人员提出用更高的X波段，以进一步提高雷达的性能。但这样的做法在当时有很大冒险性。不仅是元器件研制和供应都很困难，相控陣雷达需要的关键调试设备“X波段大型天线近场测试系统”的制作也没有把握。但俄罗斯敢于抢先占领这一技术高点，并且成为世界上第一个研制出大型X波段的近场测试系统的国家。

另外，关于相控阵雷达天线馈电方式，美国学者和工程界一直主张用分支馈电（通过大量电缆或波导分支）方式，否定空间馈电方式。但俄科技人员则在空间馈电方面取得更重大的突破和成功。21世纪初一次国际雷达年会上，美国雷达专家巴登听了俄罗斯总师叶夫勒莫夫的报告，知道空间馈电已被S-300正式采用时，他大加赞扬俄科技人员的创新精神和毅力。

我国微波电子管等核心器件走的弯路也说明“用市场换技术”之路走不通

其实类似此次中兴事件的经验教训并不是第一次。二十世纪八九十年代，当美苏等国正在花大力气研发新一代微波大功率电子管，以装备新一代大功率雷达时，我们却强调市场经济，敲锣打鼓地去关闭不赚钱的电子管厂，大学里取消不受学生欢迎的电真空专业（据说微波有害，电真空材料有害）。认为需要的话可以花钱去国外市场买。直到后来西方严禁向我国出售大功率微波电子管时，才明白过来。俄科技人员在这方面比我们聪明，他们的微波电真空技术水平很高，独树一帜，在促进俄先进武器的发展上起了重大作用。

“爱国科学家齐发力‘中国芯很快将崛起”

我国每年都由工信部举办“中国集成电路产业促进大会”，我的一位学生参加了2016年和2017年两届。他回来后向我们转达了大会情况和我国芯片产业的尴尬处境。2017年我国集成电路产业产值达5000亿人民币，约占全球份额的11%，而我国的中国台湾地区却占到16%。按营业收入排队，全球前20名大半导体企业，大陆一家没有，而中国台湾地区有台积电等三家入围。我国每年进口的美国半导体产品，主要是高端芯片，进口额达2300亿美元，堪比我军一年的经费。美国的几家芯片巨头在中国市场无一例外赚得盆满钵满，但多年来还多次以国家安全为由，挥起知识产权大棒，一会儿要禁售这家，一会儿要制裁那家，目的就是扼杀我国的芯片产业，而将核心技术永远掌握在他们手中。

此次“芯片事件”固然是坏事，但处理得当也很有可能再一次成为我国高端芯片发展的黄金机遇。据我学生所说，二次会上很多科技人员摩拳擦掌，表示要大干一番。会上更有一批海归人员，他们中有些在国外从事芯片技术多年，回国想利用自己的专长报效祖国。他们还号召仍在国外的同事不要错过机遇，在会上提出“爱国科学家齐发力中国芯很快将崛起”的口号。科技之争归根结底就是人才之争，只要政策对头，重视人才，团结一切可以团结的力量，相信中国高端芯片将很快崛起。

（作者单位：航天科工二院）