俄國沒有高端晶元，為什麼卻能造出一流武器？

什麼是高端晶元？這在國際上並無嚴格定義和統一說法。現在人們一般所說晶元是指在硅塊上集成的電路。那麼高端晶元就是泛指在普通晶元基礎上又有質的飛躍，就是集成度更高，速度更快，功能更強，甚至可以現場編程的數字邏輯電路或專用電路。現代武器裝備早在上世紀90年代就廣泛採用各種晶元。但新世紀以來進入信息化戰爭和網路化戰爭時代，武器系統中電子設備的比重迅速增加，對高端晶元的需求也迅速增加。以美國第五代戰機F-35為例，它被稱為世界上第一款完全按照信息化作戰的要求設計的戰鬥機，因為它可以與目前美軍的作戰體系實現「無縫兼容」。作戰時F-35是作為一個信息作戰的一個節點而存在。機上裝備的綜合電子戰系統設計目的就是最大限度地增強飛行員對整個戰場態勢的感知能力；其單機的電子戰能力甚至能達到專業電子戰機的性能。一旦發生戰爭，F-35在美軍的作戰體系中，能夠與空中、海上所有美國武器裝備共享信息。它如何做到這些呢？國外權威的《簡氏防務年鑒》上說它「渾身上下都裝了晶元」！

在導彈、雷達和空天防禦武器領域，用得最多的高端晶元，除了常用的高速高精度ADC/DAC晶元外，大致還有三方面，一是武器計算機本身晶元。尤其是彈上、機上計算機，對晶元的要求極其嚴苛。二是通訊晶元；是很多武器通信控制中心的支柱。如美國薩德中的C2BMC，靠它實現全球聯網。第三要算美國雷達中大量採用的，美商務部屢屢點名的DSP（數字信號處理）和FPGA（現場可編程門陣列）晶元了。

現代武器系統中的電子設備，其主要任務簡言之就是接受信息，經處理和快速運算后輸出指令，去控制執行部件。以現代雷達為例，其數據率高達每秒數十次，也就是零點幾秒就要運算完一次。因此要求信息處理晶元具有實時，快速，大容量計算功能。目前最常用的演演算法是卷積運算和傅立葉變換。這二種運算都是大量的相乘和累加的迭代過程，用現代信號處理晶元最簡便。現代信號處理晶元自1982年推出至今，已經歷五代產品，它與過去高速微處理器有很大的不同：一是它能在一個指令周期內完成32位乘法和累加運算，時間只需1-2納秒；二是多功能；且可并行處理；三是採用所謂「哈佛結構」。它是一種將程序指令存儲和數據存儲分開的存儲器結構。具有一條獨立的地址匯流排和一條獨立的數據匯流排， 兩條匯流排由程序存儲器和數據存儲器分時共用。這樣也就克服了數據流傳輸的瓶頸，極大地提高了運算速度。

至於FPGA，它包含大量門電路，使晶元更集成化，速度更快，可靠性更高。尤其是具有系統內可再編程（可再配置）的能力，包括可編程邏輯塊，可編程I/O和可編程內部連線。作為信息處理，FPGA大有取代DSP的趨勢。

廣大的設計人員是晶元的用戶，當然是「拿來主義」。譬如FPGA或DSP，美國著名的FPGA廠商，如Xilinx（中文名賽靈思公司）、Altera公司等都在中國設立銷售機構，供貨充足，服務周全，連開發工具都已為你準備好。每推出一個新型號就免費為你培訓，大 大方便你的設計工作，甚至可以做出很多「創新」。當然這些公司賺得盆滿缽滿，這大約就是一些人所說的「雙贏」。一位資深院士說得好：現在不少成果都是建立在使用國外晶元基礎上得到的；而且動輒宣稱世界第一，這不就是「拿別人昨天的東西來打扮自已的明天」！

我們從S-300已公開的資料圖片中看到（如俄羅斯售給希臘的S-300-2系統），它的火控雷達信號處理也採用FFT技術。雷達每一距離通道也是通過FFT運算實現多普勒速度支路。但俄是用小規模集成電路（IC）來組成。一個距離通道就得做成一個機櫃，而美國只需用一片FPGA或DSP晶元（以及高速高精度ADC/DAC晶元）和一塊印製電路板。所以俄羅斯的電子設備常給人以傻、大、粗的感覺，常被國內一些學者瞧不起。但俄有他的辦法，並不妨礙他的S-300和S-400成為世界一流的防空導彈系統。

為什麼我們造不出美國人那樣的晶元？

我從沒有從事過半導體和晶元的專業。沒有資格對當前晶元問題說三道四。但能從用戶角度反映一些使用情況和意見。2018年4月18日，即美國宣布「禁售」令的第二天，中科院計算所召開一場在京專家圓桌會議，會議的名稱就是「為什麼我們造不出美國人那樣的晶元？」。但據到會《經濟觀察報》記者的報道，會上專家們討論了一整天，眾說紛紜，還是沒能得出一個正面回答。不過會議還是反映了一些重要信息。例如有專家舉中國的超級計算機為例，它以運算速度最快在國際比賽中多次拿到第一。但據該專家透露，前面六次用的都是美國的晶元（作者註：應指「天河二號」超級計算機的六連冠，使用了80000塊英特爾公司的Xeon）。2015年4月美國商務部決定向中國有關四個單位禁售有關晶元后，2016年研發的「神威·太湖之光」超級計算機才 「搭載了全國產的晶元」（作者註：應為國產CPU「申威26010」。所謂「搭載」是否指用了一部分？）。最後在國際比賽中以每秒9.3億億次的浮點運算速度再次奪冠。因此該專家說「禁售」也是一劑催化劑，使科研人員有了危機感，在某種程度上就加速了中國自主晶元的發展。

大家知道，晶元產業是個需要前期大量資金和人才投入的行業，是個投資回報周期比較長的行業；更是需要薪火相傳，幾代人堅持不懈，辛勤勞動，迭代創新的積累，才能發展到今天的巔峰。會上就有專家指出，目前國際上的半導體行業巨頭幾乎都在上個世紀七八十年代起步，用漫長的時間和巨量的人才投入，換來了今天的技術積累。中國的半導體產業遺憾地錯過了一個黃金的年代，改革開放后，雖然我們也沒少花力氣，並且在中低檔晶元領域也取得令世人矚目的成就。但對高端晶元的開發，要靠市場競爭機制，就很難趕上美國的水平了。

到了上世紀90年代，也曾有一些有遠見的科學家如倪光南等人主張自主核心技術，提出要瞄準美國的主要核心晶元（如英特爾的Xeon），攻克高端晶元技術難關；並提出不怕多次失敗，最終定能取勝。但也有一些專家和經濟學家認為做晶元不如買晶元，也就是所謂「用市場換技術」論；並說不用擔心美國會輕易放棄中國這樣巨大市場和巨額利潤。一些主張市場導向的領導也顧忌投入大，風險大。這就使中國的晶元產業再次遺憾地錯過了一個機遇。

最近台灣一家媒體（中時電子報）發表了題為「兩岸半導體啟示錄」一文，對這個問題發表直截了當的看法。文章大意是：兩岸都很重視半導體產業，起步也差不多（同時分別從日本的NEC和美國RCA引進生產線）。大陸政府對半導體的支持還遠遠超過台灣。半導體技術是門需要刻苦和長期聚焦鑽研的學問。尖端技術攻關需要科技人員有高度敬業精神。但現在，在製程和高檔集成電路方面，大陸的確還比不上台灣（？）。原因之一是大陸年輕科技人員都在國有企業，沒有危機感。自然也沒有緊迫感，又怕艱苦，不去也不需要去深入鑽研其中的深奧原理和關鍵技術。一部分年輕人敬業精神太差，熱衷於儘快發財。一些媒體有自吹自擂的習慣，自認為早已是世界第一。文章最後提出「謙虛地學與問並長期聚焦專註，是成功的不二法門」。這篇文章提出的論點還是客觀的，值得我們思考。

從武器裝備角度來看當前晶元問題，我總覺得有些專家學者的考慮缺乏一個重要因素，就是「戰備」。美國人就把晶元看作一種戰備物資。每次對我們制裁、禁售都借口「出於國家安全」。當今美國的大戰略是遏制中國，他能允許中美雙贏的局面長期下去嗎？這就使我們想起上世紀80年代，國內曾就我國要不要搞自己的北斗導航系統展開辯論。有些學者表示反對，理由是全世界都在利用美國的GPS，搞北斗耗資大，即使建成將來市場也競爭不過美國。再則GPS不可能關閉或加密，這樣美國自己也沒法使用了。但90年代后的一些局部戰爭，以及一些國家的軍事演習，美國都有針對性地關閉GPS有關功能，並施放加密干擾，證明主張北鬥上馬的同志的意見是正確的。