俄乌战争已经持续两个多月,美国联合其盟国对俄罗斯发起的制裁无所不及——SWIFT剔除俄部分银行,抵制俄冶炼黄金的交易,对俄禁售芯片,冻结俄企在美资金……虽然俄罗斯拥有石油和粮食两大优势,无惧经济封锁;但芯片制裁可能让俄罗斯真正受到伤害。5月11日,据美国华盛顿邮报报道,美国商务部长雷蒙多表示:“乌军在一些缴获的俄军装备中发现了安装在冰箱和洗碗机中的芯片”。美国商务部新闻发言人:“乌军打开缴获的俄罗斯坦克时,他们发现了冰箱和商业和工业机械的零件,这些零件似乎可以弥补其他不可用的部件。”雷蒙多说,自从俄罗斯在2月底发起入侵以来,美国对俄罗斯的技术出口急速下降了近70%。美国商务部发言人罗宾-帕特森说,在过去一年中,美国对俄罗斯的设备零部件运输量下降了85%,制裁正在成功地削弱俄罗斯的战争努力。遵照制裁规定,英特尔、AMD、IBM、台积电和GlobalFoundries等计算机公司也停止了对俄罗斯的芯片销售。
虽然芯片领域是俄罗斯的短板,但俄罗斯在其半导体技术有限的条件下的俄式创新,制造出来的尖端武备不可小觑,对于中国具有借鉴意义。
前苏联自诞生就处于列强环敌之中,国家生存是苏联政府面临的首要问题,于是优先发展军工和重工业。所以在半导体工业路线选择方面,苏联考虑的还是国防安全问题,而不是产业化的问题。美苏冷战时期,恰逢集成电路技术兴起,前苏联顾虑核打击的威胁,在晶体管和电子管这两种技术路线中,选择了抗辐射能力更强的电子管技术。虽然晶体管比电子管具有小型化的先天优势,但是侧重于军工装备应用场景的空间需求并非苛刻,正是这样的选择,让我们看到比较“粗壮”的 俄制产品。
半导体行业本身是一个技术和资金密集型的产业,需要大量资本长期投入。前苏联考虑到电子产业的均衡发展,将半导体产业布局于不同的加盟共和国。在军用领域的半导体研发尚可不计成本,但在民用消费类方面,半导体行业必须面对产业化的问题。分散的产业布局和有限的资金投入,为俄民用电子产品的发展埋下了败笔。比如,几年前俄罗斯Yoga Devices公司推出一款智能手机Yoga phone,双面屏幕,支持电纸书阅读,2019年因营运状况不佳公司破产。目前,俄罗斯主要的集成电路制造商有两个,一家是Микрон公司,它具备65-250纳米制程工艺。另一家是Ангстрем公司,拥有90-250纳米制程工艺,拥有8英寸晶圆厂,这两家公司主要提供军用、航天和工业领域的产品。 这么大尺度的纳米制程工艺,对于民用品而言,已经完全落后于这个时代。
俄罗斯芯片产业基础薄弱、资金投入有限、又遭受到外界的一轮轮制裁,即使面临如此多的困境,俄罗斯推出的新式武备,也令其对手尊敬。这完全得益于俄罗斯科学家扎实的基础理论功力,还有超强的系统工程能力。比如,雷达内部的信号处理部分使用许多数字芯片,最常用的是富利哀变换运算(FFT),可快速算出目标信号的多普勒频率的大小,然后根据多普勒效应的公式推算出目标速度。美国的方法是,雷达采用高端芯片堆积算力进行解题。因无法自产高端芯片,俄罗斯采用的方法是,在雷达中装配“他激晶体振荡器”,替代FFT的基本功能。这种外激晶体振荡器是一种中频积分器,和主流芯片不同的是,它采用相对简单的模拟电路技术,实现中频相参积累。其体积远大于高端芯片,却有超高的稳定性。虽然装备比较看起来笨拙,但其核心指标可以达到与美制雷达的同等水平。又如,美制爱国者防空导弹系统的雷达采用C波段,俄制S-300系统采用X波段,并利用低损耗波导进行微波传输,加上独特的收发隔离技术,将S-300的天馈系统的总微波损耗降到了5dB左右。但爱国者雷达天馈系统的损耗可高达7-12dB。迫于有限条件下的俄式创新,同样能达到或部分超越竞品的基本性能。
这些让我们深刻理解到:基础研究是一切工程能力的基石。这或许正是华为重金聘请俄罗斯数学家的原因吧。
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