张文杰 胡泳
【摘要】迈向万物互联时代,移动终端的普及和数字平台的扩张使得定位导航服务进入泛在的日常生活体验,位置媒介也随之成为传播学研究的关键词之一。然而,现有研究往往将位置媒介置于抽象概念层面,鲜有物质性视角下位置媒介“基础设施化”进程的考古与追溯。作为位置媒介的北斗导航系统已经突破有机“无”芯的困境,实现芯片这一关键核心技术的自主可控。在梳理北斗芯片发展脉络的基础上,一方面回到北斗芯片的“史前史”,在中国20世纪半导体产业史中探寻北斗芯片自主创新技术路线的前奏;另一方面剖析自主创新技术路线形成“过程”中各类行动主体的行动进路,从而理解举国体制与市场化浪潮相遇时,自上而下的行政力量与自下而上的市场力量如何共同推动技术进步与产业化进程。从物质性与历史性视角重走北斗芯片自主研发与国产化之路,不仅能帮助我们思考中国在科技战争中的技术策略,亦为“交通”重返“传播”研究提供了经验素材。
【关键词】北斗芯片;位置媒介;基础设施;自主创新;举国体制
2021年9月16日,习近平向首届北斗规模应用国际峰会致贺信指出,全球数字化发展日益加快,时空信息、定位导航服务成为重要的新型基础设施[1]。这类新型基础设施在一些政策文件中被定义为“时空基础设施”(spatiotemporal infrastructure)①,在传播学界被纳入“位置媒介”(locative media)的概念范畴。其中,最为典型的时空基础设施当属北斗卫星导航系统,它既为军工领域保驾护航,也逐步由地区向全球开放服务,为广阔的民用市场提供定位、导航和授时服务[2]。
除了政经活动,基础设施议题还进入了地理学、科学技术研究(STS)、政治学、历史学、社会学等学科的“热榜”,从人类学领域的小众话题发展为一个活跃的交叉研究领域[3]。与之相应,传播学界也出现了“基础设施转向”(infrastructural turn),被“云”隐喻遮蔽的器件与器件之间的物理“连接”形态及其依赖的能量消耗过程逐渐浮出水面[4]。在此之前的很长一段时间里,信息传播技术带来的“时间消灭空间”效果被置于高地,物理位置似乎逐渐隐身于技术史的论述,直到近年来随着时空基础设施的铺设和具有LBS(Location Based Services)功能的移動通信设备的普及才重现真身,也令“位置媒介”成为传播学界“基础设施转向”以来的关键词之一[5]。在揭开基础设施的面纱之后,我们需要对位置媒介的“基础设施化”(infrastructuralization)进程作历史化的梳理与剖析,厘清关键信息传播技术发展的国家与社会建构机制。
回顾全球时空基础设施的建设史,我们发现,当受美国控制、为全球提供泛在服务的GPS(Global Positioning System)成为军事战争中的“杀手锏”,危机意识初现的大国才开始布局自主可控的卫星导航系统。一旦数量巨大的时空数据被窃取、篡改或掌控,不仅将导致严重的经济损失,还可能危及人身、设备、基础设施及国防安全。可见,发端于军用领域的“时空基础设施”甫一出现便与安全和风险密不可分[6][7]。在全球范围内,围绕其展开的技术实践曾采取过开放式合作策略,却不可避免地归于“技术民族主义”。在北斗卫星导航系统这一大型技术系统内部扮演“心脏”角色,被我们称为位置媒介“底座”的北斗芯片,则选择了自主研发与国产化之路。那么,北斗芯片“自主创新”的技术路线是如何形成的?不同类型的行动者怎样参与北斗芯片的自主研发与国产化进程?
若以北斗导航试验卫星系统工程(“北斗一号”)获得国家批准的1994年12月[8]为起点,北斗芯片的逆袭征途尚不足30年。然而,其所涉及的政策、组织、个人、资金绝非凭空产生,而是立足于此前几十年的电子工业之基,中国20世纪的电子工业积累了丰富的军用通信与导航研发经验,为后来北斗卫星导航“芯片—模块—终端—系统”的全产业链布局奠定了坚实的基础。在书写北斗芯片国产化的历史时,我们需要向前绵延。
在梳理北斗芯片发展脉络的基础上,本文追溯中国20世纪半导体/芯片行业由新中国成立后难以为继的独立自主阶段,到历经波折的技术引进阶段,再到走上自主创新之路的历程,从而探寻此后北斗芯片自主创新技术路线的“史前史”;接着,本文聚焦北斗芯片自研与国产化进程中多元主体的实践路径,以理解举国体制与市场化浪潮相遇时,自上而下的行政力量与自下而上的市场力量如何共同推动技术进步与产业化进程。最终,本文将从该个案出发,与传播和媒介研究理论的丰富意涵对话,以重思传播研究的提问方式、研究范式与未来图景。
一、北斗芯片的发展脉络
以“北斗一号”获得国家批准为起点,本文采用以年代划分历史阶段的方式,将北斗芯片的发展史划分为四个阶段,挖掘不同历史时期的关键历史事件并总结阶段特征。
(一)技术封锁,蹒跚起步(1994—2000年)
1991年爆发的海湾战争中,战斧导弹的精准发射、坦克集群的悄然而至,都得益于一个无形的科技力量——美国的GPS。从此以后,卫星导航技术成为高科技战争时代的关键技术。对国际舞台上的重要力量来说,依赖美国GPS基础设施的后患显而易见,于是中国“北斗”系统与欧洲“伽利略”系统相继启动。
中国可谓在技术封锁中蹒跚起步,面临重重阻碍。33个国家在“巴统”②解散后于1996年在奥地利签署《瓦森纳协定》(Wassenaar Arrangement)③,它是一个多边出口管制机制,控制清单涵盖电子器件、计算机、电信与信息安全、先进材料、材料处理、传感与激光等“军民两用”产品和技术,还包括各类武器弹药、设备及作战平台等[9],无疑是产生于后冷战时代的冷战意识形态的延续。其后,该协定扩大到42个参与方,以西方发达经济体为主,中国未加入。《瓦森纳协定》延续了“巴统”两用清单和军品清单,其成员国对商定清单上的物项实施有效的出口管制,并定期审查这些清单,使其符合技术发展趋势。小而精的芯片既是消费电子产品的核心器件,也是高精度导弹等武器装备不可或缺的关键器件。而既是军民两用产品又属于武器装备类产品的卫星导航芯片,显然是被严加管控、进行技术封锁的对象。
1994年12月,北斗导航试验卫星系统工程(“北斗一号”)获得国家批准,开始分三个阶段建设北斗系统。2000年,我国发射2颗地球静止轨道卫星,“北斗一号”建成系统并投入使用,初步证明我国具备自建卫星定位导航的能力[10]。“北斗一号”的建成意味着卫星导航系统的“有无”问题得以解决,然而,北斗导航终端设备所使用的芯片却依然依赖进口。面临西方国家对中国的技术封锁,在国产芯片缺位的情况下,北斗芯片的自研与国产化必须提上日程。
但就在此时,北斗导航系统面临的一场关键危机悄然来临——卫星频率的抢占。卫星需要拥有对应的频段方能在太空工作,然而,“黄金”频段已被先发入局的美俄占用。根据国际电信联盟(ITU)的“先用先得”“逾期作废”的频率资源分配规则,频率资源自申请日期起计算,仅保留7年有效期[11]。也就是说,2000年提出次优频率申请的中国,必须于2007年前成功发射导航卫星并成功播发信号。中国面临的严峻形势还在于,欧盟亦于2000年提出申请,因此必须争分夺秒抢占先机。
(二)争分夺秒,转向自主(2000—2007年)
掣肘于有限的卫星轨道和频率资源,后来者中国与欧盟分别遭遇技术瓶颈与费用难关,单打独斗都难以突破困局,于是选择建立合作关系,于2003年正式签订“伽利略”合作计划,规定由中国至少出资2亿欧元,获得“伽利略”系统20%的所有权和100%的使用权,且中方可全程参与从卫星制造到用户服务的各个环节[12]。2004年12月,中国航天科工集团、中国电子科技集团、中国卫星通信集团和中国空间技术研究院等四家股东共同出资,成立了中国伽利略卫星导航有限公司,其负责开展中欧“合作协议”中所涉及的相关项目和活动[13]。
面对美方阻挠,欧盟主导的“伽利略”系统采取了开放的国际开发模式,以获取广泛的政治与经济支持,而中方仅是其诸多合作者之一。本就松散的欧盟须调和更多合作者的责任与利益分配,无法“集中力量办大事”,因而伽利略计划启动后一度陷入停滞状态,双方合作关系维持不足5年便宣告破裂。与此同时,身处北斗一线的技术专家们高瞻远瞩,认为在卫星导航技术研发中坚持真诚合作、广泛交流的同时,绝对不能放棄自力更生、聚智攻坚。两位为北斗卫星导航系统建设作出突出贡献的院士沈荣骏④、孙家栋⑤于2002年8月2日联名向航天主管部门领导写信,建议大力发展自主可控的北斗导航,促进了北斗二号导航系统工程方案的颁布[14]。由于前文提及的卫星频率资源所剩无几,中国与欧盟于2000年相继向国际电信联盟申请的频率高度重叠,二者必须赶在国际电联规定的频率申请失效最后期限——2007年前在预定轨道上发送符合国际电信联盟标准的信号。在三颗“北斗一号”卫星被送入太空后,国家发展和改革委员会、国防科工委于2005年9月联合发出《关于加速推进北斗导航系统应用有关工作的通知》,正式将“北斗”导航系统建设列入国家基础建设规划,于2007年成功发射第四颗北斗导航试验卫星、一颗代号为COMPASS M1的北斗导航卫星,并在2007年4月17日前清晰地接收到来自COMPASS M1北斗导航卫星的信号,在紧要关头保住了至关重要的频率资源[15]。当姗姗来迟的“伽利略”系统只能选择向中方申请共用频率时,北斗导航系统已经乘国产智能手机崛起之势在商业化道路上势如破竹。
(三)从无至有,迈向民用(2007—2013年)
2007年,北斗系统申报的频率资源正式启用,中国多家企业开始投入导航芯片的自主研发与生产,自主化的北斗导航芯片技术研究实现零的突破,我国导航芯片的产业化也逐步进入追赶国外企业阶段[16]。对于北斗导航终端来说,射频芯片和基带芯片是最关键的两颗“芯”。射频芯片负责接收天上的北斗导航卫星发射的波形信号,并将其放大变成数字信号,基带芯片的任务则是读出时空信息[17]。这一时期,国内多家卫星导航芯片企业先后研制成功面向车载导航监控应用的、兼容北斗和GPS系统的射频芯片、基带芯片及其集成OEM板,实现了我国高精度导航应用核心基础类芯片从无至有的突破[18]。2008年2月,我国首颗完全自主开发与生产的卫星导航基带处理芯片——“领航一号”面世,这颗由复控华龙和复旦微电子合作完成的芯片在性能和造价上明显优于同类国外产品,实现了对后者的替代[19]。在基带芯片自研与国产化取得重大进展的同时,射频芯片也实现突破。同年3月,西安华迅公司研制成功第二代多星座、全频点导航射频芯片,芯片全面覆盖GPS(L1-L5)、北斗(B1-B3)、伽利略(E1-E6)、GLONASS导航系统⑥的所有频点,并且适用于第三代移动通信环境下对低功耗、抗干扰要求非常严格的手机应用[20]。
然而,囿于有限的芯片设计和量产经验与生态,这一时期的北斗导航芯片虽然已经在自主研发与生产方面实现零的突破,却工艺落后、集成度低,功耗较高、性能较差,难以在恶劣环境中维持其稳定性与可靠性,其规模化、产业化之路仍然漫漫。在卫星导航市场,早在1994年即搭建完成的美国GPS系统已经覆盖全球民用市场,中国导航终端内置的绝大多数芯片也源自美国,要实现GPS芯片的国产替代绝非易事。因而,我国在北斗导航芯片的国产化方面选择了以“北斗+GPS导航”的多频路线逐步替代美国GPS芯片的路径。
(四)全面自主,开拓市场(2013年至今)
2013年,国家颁布《国家卫星导航产业中长期发展规划》[21]《促进信息消费——加快推进北斗卫星导航产业规模化发展》[22]等文件,明确提出支持中国自主导航芯片发展,国家机关、行业主管部门、地方政府机构等均制定并实施了促进北斗卫星导航产业发展的相关政策。受惠于国家的政策红利和资金支持,得益于多年的技术积累和产业基础,北斗导航芯片的研发、制造与销售均迅速增长,迎来爆发式发展小高峰,在技术水平层面进入世界前列,在市场范围层面得以逐步由全国向亚太乃至世界推广,北斗终端芯片逐步实现了全面自主研发,并且在性能、制程等多方面处在全球领先的地位。
在技术层面,至2017年,射频基带一体化的导航芯片,工艺水平由最初的0.18μm发展到主流的55nm和部分40nm,与国外的独立GNSS⑦芯片工艺水平相当,最低单片价格降至6元,总体性能达到甚至优于国际同类产品;在市场层面,一大批拥有自主知识产权、面向智能手机、平板电脑、可穿戴设备、车载导航等应用终端的导航芯片面市,如TD1020系列、HD8000系列、NebulasII等[23]。
“地上”的北斗终端芯片逐步实现全面自主研发,“天上”的北斗卫星芯片更须实现100%自主可控。2015年7月发射的第18、19颗北斗导航卫星首次成体系地、批量化地使用国产芯片,比如龙芯1E和龙芯1F,100%使用了由中国航天科技集团九院772所研发的国产“宇航CPU”⑧芯片[24]。至2017年11月,首次发射的北斗三号卫星已经实现了100%全国产,包括自主研制的抗辐照四核CPU芯片SoC2012⑨,以及自主知识产权的操作系统SpaceOS2,与目前国际同类产品的最高水平相当[25]。
2020年6月,“北斗三号”系统最后一颗全球组网卫星顺利入轨[26]。至此,“北斗三号”全球卫星导航系统星座部署全面完成,北斗系统具备全球导航定位的能力[27]。中國卫星导航系统管理办公室在前期已发布的有关文件的基础上,公布了定位导航授时(B2b)、星基增强(BDSBAS-B1C)、地基增强、精密单点定位(PPP-B2b)、国际搜救共5类服务的北斗全球服务信号接口控制文件[28]。新信号也催生了新产品,国外主流厂商纷纷研发支持北斗系统全球新信号的导航芯片产品,而国内芯片厂家更是乘胜追击,更快实现技术突破,抓住了向国外开拓市场的战略机遇。国内市场目前已经发布能够支持北斗全球信号的22nm工艺射频基带一体化导航定位芯片,且已实现规模化应用,正在向体积更小、功耗更低、精度更高的方向发展(见图1)。
二、技术路线的选择:引进模仿到自主创新
大型技术系统并非“无源之水、无本之木”,而是奠基于既有的物质基础设施,其开发与建设需要动员多方力量、凝聚各类资源、联合多种产业。北斗卫星导航系统的建设始于20世纪90年代,但当时中国已经进行过卫星设计、研制与发射的探索工作,北斗芯片产业也是在新中国成立后几十年的半导体产业基础之上展开的,选择的技术路线亦受到以往体制与实践的历史性影响。因而,要探究北斗导航芯片走上自主研发与国产化道路的原因,还要回到北斗芯片的“史前史”,追溯中国20世纪半导体产业政策与实践的变化。
(一)独立自主路线难以为继
新中国成立初期,中国即开始设立电子管厂、电子元件厂,在苏联式的军工和科研体系之下,满怀报国之情的“海归”人才投身半导体事业,不仅保障了“两弹一星”等一批重大国防项目的电子和计算配套,也为中国建立起一套横跨院所、高校的半导体人才培养体系。“两弹一星”及其他工业科技的进步是中国独立自主技术路线的成果,也为中国式技术民族主义提供了叙述蓝本[29],但随着国际国内形势的恶化愈来愈难以为继。在“巴统”长年禁运的影响下,中国在半导体产业起步发展的关键时期即被切断了交流引进的路径,被迫走上艰难的自力更生之路。紧接着,“文化大革命”期间群众运动式的全民大搞半导体、造反派的“打破尖端迷信”行动对正规工厂的半导体生产条件和基础设施造成极大冲击和破坏。20世纪70年代初,随着中美关系缓和,中国也开始试图引进西方国家先进的生产技术,但屡屡受挫。1980年,台湾联华电子建立4英寸晶圆厂,8年后,大陆才由上海无线电十四厂与美国贝尔电话合资成立贝岭微电子公司,建设了中国大陆第一条4英寸晶圆生产线[30]。
(二)技术引进路线的得与失
1982年10月,国务院成立了“电子计算机和大型集成电路领导小组办公室”(简称“电办”),负责统筹协调半导体等相关产业发展,提出要在“六五”期间采取引进外国技术的方式对半导体工业进行技术改造[31]。1986年,电子工业部在厦门召开集成电路发展战略研讨会,提出“七五”(1986—1990年)期间集成电路技术的“531”发展战略,即普及推广5μm技术,开发3μm技术,攻关1μm技术[32]。然而,“引进、消化、吸收、创新”的八字方针最终仅停留于“引进”阶段,“531”发展战略目标实际上以全部从国外引进技术的方式实现。为改变分散化、手工式的半导体生产状态,中央开始集中谋划,着力在地方布局,建设专业芯片生产工厂。在电子工业部“一家引进,多家受益”的号召下,重点建设项目——位于无锡的742厂(中国华晶的前身)引进日本东芝公司的彩电芯片生产线后,给予国内其他厂商技术支援,免费赠予技术资料、开放学习参观机会[33],在很大程度上带动了中国芯片产业的发展,推动了国内芯片产业工业化大生产目标的快速实现。
此后,与外企合作以引进、消化技术实现再创新一度是本土芯片企业的普遍技术路线。技术引进方式主要有三种:其一为向国外购买技术并聘请外国专家负责运营;其二为外国公司只负责建线,建成后中国自己运营;其三为中方与外方成立合资公司,双方共同运营[34]。无论采取何种方式,我国芯片企业都备受挫折。在引进芯片生产线的同时,全球芯片产业发展也在突飞猛进地迭代升级,芯片制程不断突破、终端用途发生变化,中方与日本、法国、德国等国家的技术引进谈判均历经波折,“以市场换技术”路线的弊端愈加明显。
技术引进实践的不顺利使得本土企业普遍意识到,“合资”很难帮助他们获得完整的技术学习机会,因为技术研发由合资外方牢牢掌控,即便中方能够拿到产品,也拿不到技术,无法建立自己的技术体系。比如,东方电子集团(京东方前身)曾于20世纪90年代同日本端子株式会社合资成立北京日端(中方占40%、日方占60%),与日伸工业株式会社合资成立北京日伸电子精密部件有限公司,这些新经营形式的探索的确解决了相当一部分下岗职工的就业,也引发了工厂整顿、企业改革,但未能真正实现引进、消化再吸收的目标,反而使得本土企业饱受“受制于人”之辱。1997年,梁新清任北京·松下副总经理时,提出要开发新管型的计划,但实际运作必须在松下开发或向松下请示。在这样的合作模式下,直到2009年,北京·松下都未能设计出自己的管子[35]。
(三)全面走上自主创新之路
很多同市场接轨的企业转型于计划体制,曾历经艰难的自主研发岁月,选择技术引进路线的同时意味着放弃了高技术的发展路线。只重视技术引进而忽略消化吸收,导致中国本土企业忙于技术追随却难以实现技术追赶,更妄谈自主创新[36]。多年的技术引进实践使得市场主体与官方部门均意识到,在技术强国的技术封锁下,要发展芯片产业这一更新换代速度极快的高科技产业,必须从体制、技术和市场各方面都走向自主创新。
1990年8月,国务院决定在“八五”(1990—1995年)期间推动半导体产业升级,促成中国半导体产业进入1微米下工艺制造时代。这就是“908工程”。“908工程”总投资约20亿元人民币,主要分为两个主要部分:其中15亿元人民币用于投资建设华晶电子的6英寸晶圆厂12000片产能,其余投资用于成立数家集成电路产品设计中心。其中华晶电子在1990年8月被确定为中国半导体产业战略性发展工程。
“908工程”时期,由于体制改革尚在进行,市场开放不足,半导体产业的经济支持主要来自国家投资,整体延承了电子工业的计划经济体制。在政策制定中,技术先进程度被置于市场因素之先;在计划执行中,受“市场换技术”思潮影响,资金支持、政策配套不断摇摆波动。1988年,“电办”这一负责协调各行政部门间政策的官方组织即被取消,多头领导、重复建设问题死灰复燃,“908工程”执行效率低下[37]。面对集成电路产业“触目惊心”的发展现状,吸取“908工程”体制僵化、与市场脱节的教训,国家于1997年启动“909工程”,在芯片产业化道路上再启程,除了资金支持外,还通过政府采购扶持相关企业。
2003年,“909工程”的主要承担企业上海华虹NEC转向芯片代工时,我国已经从引进模仿阶段进入到了“引进、消化、吸收”阶段。后续十年,随着产业投入的加大,芯片产能不断扩大,设计、研发水平大大提高。2006年,国务院颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》[38],将“核高基”(全称“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”)列为16个科技重大专项之首,与载人航天、探月工程等并列。与此前“863计划”(国家高技术研究发展计划)和“973计划”(国家重点基础研究发展计划)不同的是,“核高基”重大专项的项目以产业化为主要目的,而非仅仅将科研成果停留于实验室阶段,项目承担者由科研院所、大专院校转向企业[39]。
与芯片产业技术引进路线受挫同期,在卫星导航系统领域,与伽利略的蜜月合作并未使中方掌握核心技术,比如“原子钟”技术。饱尝“寄人篱下”之苦的中国意识到“靠别人不如靠自己”,于是痛定思痛转向完全自研的技术路线。由此,卫星导航系统工程的建设与半导体产业的发展在北斗导航芯片处相遇,后者也开始走上自主研发与国产化道路。当然,自主创新的技术路线不等于完全关闭技术引进窗口、停止技术交流。2010年颁布的《关于鼓励引进技术消化吸收再创新的指导意见》第八条指出,要“进一步鼓励重大技术装备企业开展引进技术消化吸收再创新,引导和支持企业引进关键技术、知识产权,并通过开展消化吸收再创新,进一步提升企业自主创新能力”[40]。可见,这里的自主创新不是技术交流的封闭式创新,而是以企业为主体的开放式创新。
三、创新主体的行动:多点发力与有限凝聚
如前文所述,北斗卫星导航系统在技术层面已经实现赶超,然而在产业链条搭建、生态系统构建方面还前路漫漫。卫星使用寿命有限,其定期报废后须即时发射补充新衛星,因而整个庞大技术系统的维续耗资巨大。与美国的GPS一样,北斗卫星导航系统的维护不能仅仅依靠财政支持与军方市场,而需要向广阔的民用市场开放,建立完善的北斗芯片研发、生产与应用生态。
(一)学院派“下海”,市场派“入局”
中国的芯片市场有两条技术路线或两拨技术力量,其一为走全能自主路线的学院派,代表组织有众志、方舟、龙芯等,它们脱胎于国家课题和学术机构,“一套人马、两块牌子、双重目标”,既要以实验室的身份完成国家交给的任务,又要成立公司在市场上生存,从最上游的指令集开始,一层层往下游做,挑战自主CPU、做操作系统、开发办公软件,甚至自己生产电脑,但是却无法撼动强大的“Wintel”联盟;其二是以市场需求为导向的市场派,如华为海思、展锐、兆易创新等,它们走先生存、后发展的路线,从容易的做起[41]。在北斗系统建设早期,囿于工艺、成本等因素,北斗芯片的研发、生产与应用场景均较为封闭,参与芯片设计的组织也以“国”字号科研院所为主,应用场景局限于公安、消防、应急、航海、测绘等专用领域。随着北斗系统不断完善,更多类型的主体涌入北斗芯片自研与国产领域,除了上文提及的“下海”改制的学院派,还迎来了市场派的“入局”。
“龙芯”是学院派“下海”的典型,代表了北斗芯片供应链及生态系统搭建的重要路径之一。这家在北斗芯片国产化道路上作出重要贡献的企业来自中科院,由科研团队转型而成。2010年,胡伟武⑩率领团队脱离中科院计算所的事业编制,在中关村环保科技园创办龙芯中科。彼时,中关村正被列为国家自主创新示范区,得益于先行先试政策,胡的团队落实股权激励、建立现代企业治理制度,从学院派向市场派转型。2013年,龙芯基于市场需求调整了CPU的研发路线,相比“大而全”的复杂度,更为重视特定应用的专用芯片需求,而这恰恰满足了北斗卫星所用的宇航级芯片的定制需求[42]。卫星面临的隐患绝大部分来自空间辐射,因此对于宇航级芯片而言,抗温差、抗辐射能力尤为关键。虽然宇航级芯片的定制需求消耗高昂成本,但是其制程要求反而不及普通芯片严苛,比如新一代的北斗卫星定位芯片制程为22nm,当时龙芯即完全可以实现自主可控[43]。2015年,采用180nmCMOS工艺、400万晶体管的两款龙芯CPU——龙芯1E(负责常规运算)和龙芯1F(完成数据采集、开关控制、通信等处理功能)抗辐照处理器被用于星间链路计算机[44]。由于专用芯片的产业链短,容易形成技术优势并快速面向销售,所以,面向宇航应用的芯片为龙芯公司带来持续稳定的销售收入。从2014年下半年开始,龙芯研发与市场结合的作用开始显现,销售收入逐年增长,龙芯公司逐渐摆脱国家项目的支持,能够主要通过市场销售养活团队和产品研发[45]。
在北斗系统向大众市场开放的过程中,民营芯片企业是不容忽视的助推力量,其经营者敏锐地捕捉到大众市场潜在的广阔发展空间,意识到实现上游芯片领域与下游应用领域对接的重要性,不仅是技术研发的先行者,更是政策制定的游说者。起初,受限于资金、人才、政策等因素,北斗导航定位芯片厂商难以凭一己之力突破芯片核心技术瓶颈、打开广阔的民用市场。1994年,北斗一号“双星定位系统”正式立项后,周儒欣11即创办了中国第一家从事卫星导航应用的企业。1997年,周前往美国考察GPS公司,并在高通公司发现其运输车船跟踪业务运营中心基于双星定位技术,利用两颗同步轨道卫星的定位功能,实现了对六百多辆(艘)卡车(船)的远程监管跟踪,极大地提高了监管效率。此行考察令周窥见了北斗未来广阔的应用领域,开始向航天主管部门提出开拓北斗大众服务的建议,并于2000年与朋友李建辉集资60万元申请注册了北斗星通公司。此后,周坚持向北斗主管畅谈北斗大众服务蓝图,最终于2004年成功争取到北斗应用服务的第一块牌照——北斗一号卫星导航系统分理服务资质认证(001号)[46]。2009年,北斗星通设立了专门从事GNSS芯片研发设计的子公司——和芯星通,目前已推出和芯星云Nebulas高精度芯片及和芯火鸟Ufirebird标准精度芯片两大产品系列,工艺制程均已达到22nm,克服了有“机”无“芯”的发展瓶颈[47]。
随着“北斗三号”开通并向全球开放服务,更多玩家入局北斗应用芯片研发与生产。比如,成立于2008年的泰斗微电子,仅一年便推出国内第1款北斗导航SoC基带芯片[48]。如今,这家北斗芯片生产领域的“隐形冠军”每年的芯片产量超过2500万枚,在全国占比36.9%[49]。华大北斗(全称“深圳华大北斗科技有限公司”)成立于2016年,脱胎于深耕身份证、社保、国家电网IC卡芯片等领域的中国集成电路设计企业——华大电子的导航事业部,目前已经研发并量产出“全球第一款支持新一代北斗三号信号体制的多系统多频高精度SoC芯片”;还把握大众消费市场刚需,与下游共享单车领域对接,为青桔、美团、哈啰三家共享单车厂商供应高精度共享单车导航定位芯片,市场占有率达95%左右[50]。
在北斗芯片生态系统的搭建过程中,学院派与市场派的力量缺一不可,或者说中国北斗芯片生态系统的从无到有,是处于体制与市场之间的技术组织、关键个人利用政策优势、着眼市场需求、盘活各类资源的结果。
(二)“产学研”聚力,共建产业生态
世纪之交,在全球信息技术革命与中国改革开放浪潮中,得益于丰富的科教资源、优厚的扶持政策,首都北京掀起了一阵海归“抢滩”中关村的创业热潮,被称为“中国硅谷”的北京中关村不仅孕育了中国最初的一批互联网公司,还诞生了一批“中国芯”企业。邓中翰的星光系列芯片、寿国梁的六合万通芯片、程京的生物芯片、傅登原的集成电路平台……这些成果的背后是一股来自“产、学、研”的多方合力[51]。“中国硅谷”升起的20世纪90年代,北斗芯片也在技术封锁下开拓自主研发之路,该领域的高精尖人才也纷纷汇聚于此,为北斗芯片自研与国产的良好生态打下坚实基础。
张峻林12在美国斯坦福大学航空航天系GPS实验室学习期间,参与了航空专用GPS增强系统基站建设工作,担任过GPS/WAAS芯片项目软件负责人,积累了大量的技术经验,并了解了美国GPS系统芯片研发与生产链条的概况。2004年,归国后的张峻林在北京中关村海淀创业园创办了东方联星科技有限公司,并获得中关村科技园区管委會10万元创业资助,专门从事高性能GPS/GNSS接收机及芯片开发、实验室设备研制、GPS完好性解决方案、GPS核心技术培训等业务。可以说,这家初创公司当年不仅着力于北斗芯片技术研发,解决了国内GPS/GNSS接收机依赖进口及其带来的安全问题,更通过与科研院所合作推动人才培育、搭建科研平台,推动了产业链建设[52]。
如图2所示,面向大众市场的北斗卫星导航系统基础设施包括空间段、地面段和用户段三大部分,其中用户段在北斗导航产业中占据主导地位,可以进一步分为上游、中游与下游[53]。
值得指出的是,从技术引进转向自主创新路线后,虽然国家持续推动科研院所改制、设立重大专项支持企业研发,不同创新主体也均参与到“产学研”合作之中,但实现产学研平台的内向整合仍然十分困难。这既与发展中国家的发展历程相关,也与国家此前采取的产业部门“市场换技术”,而大学及科研部门一面“面朝市场化”、另一面又要追求“国际化接轨”的改革举措相关[54]。
北斗芯片的自主研发与国产化是一个技术生态系统由缺失到构建再到开放的过程。将散落的历史碎片拼贴到一起我们便可发现,北斗芯片的自研与国产化,走的不是一条“闭门造车”的路:既非一味依赖国家自上而下地“扶”,也非仅靠条件有限的市场主体自己“闯”。北斗芯片的全面自主可控是创新体制下“产、学、研”聚力共建产业生态的结果,学院派“下海”既提供了大量的技术人才,又通过改制实现了市场拓展;诸多民营企业参与并推动了其发展蓝图的绘制与扶持政策的颁布;海外人才的回归带来了先进的技术经验与经营视野;那些高瞻远瞩、敢为人先的关键个人在体制改革、政策制定方面发挥了重要作用。当然,在国际垄断与技术壁垒下,是多种力量的有机结合共同推动了北斗芯片生态系统的构建,并以开放态度衔接下游市场,向全球市场拓展。
四、结语:将“交通”带回“传播”
对北斗芯片技术的关注、提问与探讨遵循了媒介史的研究路径,从“基础设施”视角切入,试图打开“技术设计”的黑箱,剖析传播网络建设参与者的行动逻辑。基础设施的发展建立在前人创新与劳动的基础之上,体现出明显的路径依赖[55][56],而“技术路线”则是前人创新与劳动的缩影,暗含着社会的基础设施建设逻辑。探寻北斗芯片自主研发与国产化之路,可以帮助我们从实践层面理解中国在技术战中所处的位置及采取的策略;而从媒介物质性角度审视北斗芯片在位置媒介基础设施化中的“底座”作用,分析技术路线形成“过程”中各类主体的行动进路,则为“交通”重返“传播”研究提供了丰富的经验素材。总之,无论将北斗芯片技术视为交通技术、信息传播技术还是位置媒介技术,都是在理论层面走向“完整”传播不可绕过的通路。
哈罗德·英尼斯(Harold Innis)将媒介视为用于存储、传送和加工信息的“容器”,其学生麦克卢汉(Marshall McLuhan)则将媒介理解为“人的延伸”,跟随其后的彼得斯(John Durham Peters)将媒介定义为存有方式(modes of being)[57]。不论是“容器”“延伸”还是“存有”,这些对媒介的定义均超越了大众媒介的传统范畴,主张媒介研究不能局限于媒介自身,媒介史的书写应当展现其他所有事物的历史。沿袭此视角,本文认为,如果说“信息运动的加快是靠信使在精良的驿路上传递信息实现的”[58],那么信息社会的组织与扩张则是靠人类设计、搭建、维护与使用时空基础设施实现的。其中,北斗卫星导航系统是典型的时空基础设施,属于彼得斯所言的后勤型媒介(logistical media)[59],其庞大而复杂的技术系统隐蔽于汽车、手机、智能手环等小“界面”(interface)之下,由于技术复杂、成本高昂、规模庞大,必须依靠各国政府或公私合营机构的支持,受到国家权力和市场权力的塑造,借由人的劳动得以设计、生产、搭建与维护[60]。
在由北斗卫星导航系统联结的庞大技术网络内部,微小却关键的北斗芯片镶嵌于卫星设备与移动终端之中,“潜藏”于人们习以为常的生活中,其对基础设施本身乃至社会生活秩序的构建与组织作用亦未得到充分认识。正如卞冬磊(2021)所指出的,如果学术研究的意义之一是向日常经验提问,那么我们就不能忽视如大众媒介一样迅速发展的交通技术[61],也就不能忽视大型时空基础设施内部关键技术的发展历程。北斗卫星导航系统的技术实践是一个典型的基础设施案例,讲述的不仅是媒介技术的历史,更是国家制度、市场结构、创新文化与人类劳动的互动与演变过程;而北斗芯片可谓“基础设施的基础设施”,这对北斗芯片技术路线的溯源提供了一个理解位置媒介基础设施化逻辑的微观切口。承沿自媒介研究的“技术性传统”对一切形式的货物运输和信息传输(transport)的关注,追溯北斗卫星导航系统基础设施化(infrastructuralization)进程是一个必要的传播研究与媒介研究议题,有助于拓展我们对于传播与媒介意涵的理解。
转向基础设施的媒介史研究促使我们通往更为完整的传播意涵,将“交通”带回传播与媒介研究。阿芒·马特拉(Armand Mattelart)曾将“传播的发明”的历史定位于“既没有媒体也没有新闻自由的17世纪”至美国传播效果研究问世的20世纪30年代,强调航海路线、陆地交通、电报网络等“物质”网络在现代工业发展、全球市场建立中的关键作用[62]。据雷蒙·威廉斯(Raymond Williams)的词义考证,17世纪末以来,交通蓬勃发展,communications常作为一个普遍的抽象名词以指代道路、运河与铁路等交通设施;至20世纪,随着其他信息传递工具的发展,communications才获得了新闻、广播等意涵[63]。这些历史论述证明,“交通”曾是“传播”(communication)的重要意涵。而后,“交通”却长期隐匿于“传播”研究之中:随着传播技术的发展与传播学科的建制化,传播研究趋于重符号内容而轻物质实体[64][65],这使得传播的地理向度最终收束于交通,并且通过人文与理工的划分和作为地理基础设施的交通分道扬镳。因此,传播学一度绕过“交通”代表的物质网络和现实地点,直到定位、导航和授时技术日渐成熟,并随着移动终端的普及和数字平台的扩张嵌入日常生活,在人类社会的信息传播过程中发挥不可或缺的作用,“交通”才随着基础设施研究的日益显学化而重新进入传播学视野。
由此,“媒介环境”的空间隐喻不断被强调,“交通”终于重返“传播”。须说明的是,本文强调的媒介基础设施视角与“重返交通”观点并非要与媒介受众研究、媒介制度研究与政治经济学研究等传播研究脉络划清界限,而恰恰是要汲取其经验,比如追问参与北斗芯片技术路线制定的主体性质,以避免顾此而失彼。
在这样的情况下,本文对北斗芯片技术路线的溯源意在重新考察传播与媒介的丰富意涵,扩大传播研究的讨论范畴,借此重思传播研究的提问方式、研究范式与未来图景。首先,传播研究不应在旧有的传统议题中固步自封,而要在社会发展的动态实践中生发问题意识,基于对社会历史、人类境况的关切提出研究问题。其次,要避免“新瓶装旧酒”式的传播研究,不能从新问题出发,却以新材料、新技术佐证旧理论的正确性,而应当冲破主流研究范式的羁绊,以开放包容的态度对待层出不穷的新范式,如跨学科的“基础设施转向”,从而走出学科的“内卷化”困境。最后,对传播内涵的重思不能只局限于传播领域的传播研究,只有将传播学置于社会整体的学术脉络中,与其他学科中的传播思想对话,在历史长河中审视包罗万象的传播实践与传播思想,才能克服研究视野的狭窄与单一,走向完整的传播。
注 释:
①时空基础设施(spatiotemporal infrastructure),指具有时间和空间特征的基础地理信息、公共管理与公共服务涉及的专题信息及其运行环境和支撑环境,其建设内容包括时空基准、时空大数据、时空信息平台和支撑环境。
②二战后,为遏制苏联阵营,美国和西欧国家于1949年11月成立了“巴黎统筹委员会”(简称“巴统”,后来日本也加入),限制成员国向社会主义国家出口武器装备和尖端技术产品等。1950年7月,“巴统”管制范围扩及中国。从那以后,军品出口控制一直是西方国家对华政策的重要内容,中—欧军事技术交流多年无从谈起。
③1994年3月,“巴統”解散,但包括“巴统”17国在内的28国于1995年9月在荷兰瓦森纳召开会议,决定建立常规武器和军民两用物资及技术出口控制机制。1996年7月,33国在奥地利维也纳签署了《瓦森纳协定》。与“巴统”一样,该协定也包含两份控制清单:一份是军民两用商品和技术清单,涵盖了电信与信息安全、传感与激光、导航与航空电子仪器等9大类;另一份是军品清单,包括各类武器弹药及其作战平台等。
④沈荣骏,中国工程院院士,中国载人航天工程主要开拓者之一,曾任中国北斗卫星导航工程、探月工程顾问。
⑤孙家栋,中国科学院院士,被称为中国的“卫星之父”,曾任中国探月工程总设计师,北斗导航系统第一代和第二代总设计师。
⑥GLONASS是俄罗斯卫星导航系统,作为无线电导航卫星服务的一部分运行。它提供了全球定位系统的替代方案,是第二个具有全球覆盖范围和相当精度的运行导航系统。
⑦GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem),它泛指所有的卫星导航系统,如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统,以及相关的增强系统。
⑧宇航CPU是卫星的核心芯片,任务是接收地面指令、处理载荷数据、管理控制姿态等,相当于卫星的大脑。
⑨系统级芯片(SoC,systemonachip)是一个将计算处理器和其他电子系统集成到单一芯片的集成电路。SoC可以处理数字信号、模拟信号、混合信号甚至射频信号,常常应用在嵌入式系统中。
⑩胡伟武,现任龙芯中科技术有限公司董事长,中科院计算所总工程师,龙芯CPU首席科学家。
11周儒欣,北斗星通创始人、董事长,中国北斗应用产业化领域的领军人物。
12张峻林,1997年作为高级访问学者赴美国斯坦福大学航空航天系GPS实验室学习,参与了航空专用GPS增强系统基站建设工作,曾任LAAS项目软件总设计师,GPS/WAAS芯片项目软件负责人,在国内曾长期从事航空导航信息系统建设,曾任系统副总设计师、总设计师兼工程总指挥等职务,于2004年在北京中关村海淀创业园创办北京东方联星科技有限公司。
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作者简介:张文杰,北京大学新闻与传播学院博士生(北京 100871);胡泳,北京大学新闻与传播学院教授、博士生导师(北京 100871)。
编校:董方晓