军备芯片和商用芯片的区别 芯片14nm对比5nm差距在哪里？

如今美国对我们的芯片制裁有目共睹，有人就在担忧：如果我国所有军备芯片只有14nm，美国军备芯片是5nm，那么在战争上的差距会会体现在哪里呢？军备芯片和商用芯片有区别吗？具备芯片的关键点会在于制程吗？一、现象：实际情况大概率是美国战斗机用90nm芯片，我国却用45nm总有人拿导弹当手机，笑出腹肌的说，如果中国所有的芯片都是牙膏（14nm），美国所有的芯片都是按摩店（5nm），那么被碾压是必然的。

其实就目前的情况（截止2022年）而言，现实和他们想的相反，在很多军工领域，我国现役军备里的芯片反而比美帝要先进，实际情况大概率是美国战斗机用90nm芯片，我国用45nm。

当前而言，中国的军用芯片确实不是14nm，而很多甚至都是130nm。要知道，28nm的芯片在军用上已经非常不安全，更不用说5nm。你知道飞机系统升级为什么这么难吗？因为飞机的系统有大量ASIC、FPGA、ASSP的专业芯片，而CPU（MPU）、GPU、DSP这种通用芯片非常少。ASIC、FPGA、ASSP这些芯片都是硬件编程的，也就是说芯片设计时它的逻辑就是固定，在电路板上进行不同的排列组合就能完成不同的任务。这种芯片就是专用芯片，专用芯片玩的就是专业高效，专职固定任务。这种芯片不复杂，对于一些工作环境非常差的芯片采用300nm也都是很常见的。

军用芯片又不运行3A大作，搞14nm的做什么？还有，各国发射的卫星、航天飞机、空间站，往往采用的芯片都是落后好多代的。如果有科研任务，一般都是由宇航员自己带一个laptop上去，因为飞船or空间站机载的电脑太落后了，根本靠不住。事实上，除了手机这种东西，又要轻薄，又要功能，而且精贵不会随便摔，所以只能从芯片制程上拼命内卷，5纳米不够还要往3纳米里卷，再往下就卷没了。但是，飞机坦克导弹上空间有得是，根本不用追求芯片小型化，连普通民用车的车机芯片，几十个纳米都足够用了。

二、分析：军用芯片跟商品芯片比，有几个很显著的差异

我有个朋友在读Ph.D阶段的项目，有过跟新加坡国防部合作，他对军用芯片的要求，略知一二。

根据他的总结，军用芯片跟商品芯片比，有几个很显著的差异：

1、不计成本。商品芯片最终的目标是盈利，所以一定要考虑一个性价比问题。这个行业，就算技术资源和人才确实在几个巨头手中，也还没到完全垄断的地步，始终还有个价格竞争的。东西太贵了没人愿意买，这话该浅显易懂吧？但是军用芯片呢，是各个国家各自独立开发并且严格保密的，只要求做出的产品性能合格。国和国之间的芯片，没有任何竞争关系，也不用考虑成本的问题。国防的事儿，谁也不会傻到为了省钱用次一级的产品替代。

2、对尺寸大小没有严格要求。没有严格要求不代表没要求，能做小当然还是尽量做小。可是不能做的更小的话，只要不影响其功效，也能接受。翻译成大白话就是：你手机的芯片没办法做的太大，手机那么小里面装不下，但是运载火箭拉着核弹头起飞，要求命中一万公里外的目标的这种，搭载的芯片是10 mm * 20 mm，还是20 mm * 40 mm，关系不大。可见，在工艺制程方面，不需要追求14nm，10nm，7nm。哪怕i-line和g-line的***，只要能把芯片造出来，管用，就一样好使。从这个角度，军用芯片的设计生产和制造，不需要ASML的EUV，甚至不需要immersion+DUV。

3、要考虑一些极端情况芯片是否能正常工作。什么是极端情况？极热极冷，极端干燥潮湿，电磁辐射，高能粒子辐射等。正常的商用芯片基本上不需要考虑极端情况。你买一台笔记本电脑，在南极冰窟窿旁边上网，只能是极端个例，不需要对芯片的性能提出新的要求。

可是战争，在任何环境下都有可能，可不比在办公室吹着空调玩手机用电脑。遇到热带雨林，气候太潮湿，芯片引脚短路怎么办？导弹进入平流层，大气层保护弱化，受到宇宙高能粒子辐射，芯片罢工了怎么办？这些因素都是要考虑到的。

所以，在引入一些更能适应极端状况的半导体材料，例如GaN，GaAs，SiC，来代替Si之外，往往还要设计冗余芯片系统。主控制芯片不管用了，立马切换到备胎，来保证在战争状态下，指令能够被准确的执行。可以说，我国的军用芯片是没问题的。不管怎么被掐脖子，都掐不到军用领域。有没有ASML的***都不碍事。三、本质：要明确一点，制程并不是衡量芯片价值的唯一标准毋庸置疑，你要清楚先进制程会带来什么样的收益：同样的功耗，同样的尺寸下可以获得更好的性能；也可以说在保证同等性能的前提下，可以让芯片的功耗更小，尺寸更小。当然，芯片一般分为民用级，工业级和军用级，它们的分级标准并不是某项功能指标，比如频率，速度，精度，分辨率，信噪比等等。而是其可靠性，比如正常工作的温度范围：

民用级：0℃~70℃；工业级：-40℃~85℃；军用级：-55℃~125℃；

军用级芯片的可靠性测试除了民用级，工业级也会有高低温试验，老化试验，ESD测试外，还会加入非常严格的抗冲击，气密性，抗干扰，如果是宇航级的还会增加如抗辐照。也就是说制程的提升，并不是以提升军用芯片看重的这些可靠性方面为目的的，相反，随着制程的提升，制造难度也几何倍数递增，可能还会使得可靠性降低，最重要的影响就是正常工作的高低温范围会进一步压缩。从设计和制造难度上看，军用芯片＞工业芯片（含车用芯片）＞民用芯片的，主要是质量验收标准太高，导致一般的商用代工线很难满足这一制造要求，这类工业，军用芯片一般都是IDM厂完成设计——制造——封装的全流程。

比如著名的工业芯片制造端非常强的德州仪器，ADI，安森美，美信，ST，英飞凌等等都是如此，所以成本其实很高，其价格排序也与此匹配，但因为其技术门槛高，定价权极高，毛利率非常的高。比如我们国家2018年进口了3121亿美元的芯片，根据专家魏少军的以前的一些数据：国内留存率超过50%，另一部分在整机里出口掉了，我们自己生产的在全球占比不足7%，扣掉后对外依赖度也非常高，其中品类上看绝大部分都是工业级以上的芯片。

军用芯片被西方所禁运，所以我们走非官方渠道买的成本会更高。我的朋友以前也曾参与过国家核高基的一些芯片项目，其实我们在这方面的水平其实没想象的那么高。

对于军用芯片应用来说，先进性的需求主要来自于航电，特别是海空军航电的需求：航行保障，警戒，引导，火控，飞控，惯导等等，其中核心就是雷达系统，比如多任务移动雷达，而这个领域的需求同样是可靠性排第一，其次就是效率，包括功率密度等。

总之，军标的芯片制程从来都不是首要考虑的问题，可靠性才是。你把导弹打到一定高度，宇宙射线把你处理器搞歇菜了，那不完蛋。所以只能牺牲制程和性能来满足冗余和可靠性。因此，制程落后并不是灾难，65nm军标也用得好好的。最后的话：大家觉得美国宇航局用的芯片是多少nm的？据我所知，NASA前两年是65nm。你说NASA为什么不用14nm，而要用65nm？因为NASA的芯片真的贵，40nm的芯片一个wafer 2000美金，NASA为了保密只在一家公司做一半，然后换家公司做另一半，给8000美金一片。相当于普通40nm wafer的8倍价钱。而这8倍价钱，很大一部分就是给可靠性买单的。总之，军用装备最重要的是可靠性。导弹打偏1-2m甚至10m都不影响威力，但导弹飞到高空时芯片被冻/烧坏了就打水漂了。但是换到军用背景就不一样了。军用背景可靠性一定是第一位。5nm芯片固然运算能力强，但是可靠性一定好不过14nm，好不过40nm，甚至好不过130nm，事实胜于雄辩。

编辑：黄飞