科工力量：搞出國產芯片 總有一批中國人不服輸

【文/科工力量 柳葉刀】

微軟收購TikTok的談判仍在進行。8月5日，CNBC的報道説：如果交易成功，TikTok運營的全部代碼，將從中國轉移至美國，包括1500多萬行人工智能代碼。短視頻風口，美國科技巨頭的反應慢了半拍。中國各類短視頻應用野蠻生長時，Instagram還在享受着圖片社交的霸主地位，YouTube壟斷PC端，沒想過改朝換代。臉書曾嘗試推出Lasso、Reels，可惜都失敗了。如今，圍獵TikTok成了最佳的選擇。

制裁、禁運、封鎖，都是西方國家的優秀傳統。1950年，在法國巴黎，由美國牽頭，聯合歐洲各國，建立“巴黎統籌委員會”，也被叫做“巴統”。委員會明面上，對30多個社會主義國家，實行出口管制，實際上就是不想讓蘇聯和中國，拿到最先進的技術。禁運物資名單中，電子計算機是重要的一項。

七十年前的計算機跟今天的筆記本可不一樣，大得能塞滿整個屋子。1946年，美國第一個研製出電子計算機，名叫“ENIAC”，佔地170平方米，重達30噸。它採用電子管，控制電流的開和關，輸送0、1信號，比起之前使用老式繼電器，這是重要的技術升級。

新中國剛成立時，一窮二白。軍事和科研項目，都急需電子計算機支持。國內既沒有計算機科學研究，也沒有計算專家，怎麼辦？兩條路子，一是在高校開設專業訓練班，招收有數學基礎的學生，二是把尖子生送到蘇聯進修。

50年代，美蘇的計算機研究水平幾乎是同步的，美國搞出ENIAC後，蘇聯人馬上拿出了MESM，雖然算力差一點，但體積更小，耗電量更少，皮實耐用。1956年，他們甚至研製出了三進制計算機。能有這樣的科技水平，美國幫了很大的忙。蘇聯施行第一個五年計劃時，還僅是個農業國，但恰好趕上全球經濟危機，歐美的技術和設備產能過剩，一個有需求，一個要輸出。1931年，美國出口的機器設備，一半賣給了蘇聯。斯大林格勒拖拉機廠裏面的機器，基本上是從美國的拖拉機廠拆運過來的。

中國的電子計算機，是在仿製中學習技術。1954年，國家選拔100名學生到蘇聯學習，蘇方只接受了30人。為了儘快掌握技術，留學生廢寢忘食，省下生活費，購買書籍資料。1958年，中國研究人員，利用蘇聯提供的計算機圖紙，成功研製出103、104電子計算機。正當中國有所突破時，不好的消息傳來。雙邊關係惡化，蘇聯不再提供援助。西方禁運、蘇聯撤走專家，中國開始嘗試自主設計計算機。

60年代初，美蘇兩國都研製出晶體管計算機，與電子管相比，晶體管體積小、重量輕、運行更穩定，但技術要求更高。西方國家認為，憑中國這點水平，不可能搞出晶體管計算機。咱們的研究人員，並沒有因此放棄，為解決晶體管的穩定性問題，成功研發“隔離-阻塞振盪器”，也被叫作“康鵬電路”，以發明者的名字命名。1964年，中國哈軍工成功研製全晶體管計算機441B-I，比美國僅僅晚了5年。

單從理論認識層面考慮，前三十年，中國的計算機與半導體研究水平，與美國的差距並不大。1974年，英特爾發佈了大名鼎鼎的8080微處理器，指甲蓋大的硅片上，集成了6000多個晶體管，奠定了英特爾電腦芯片的霸主地位。德州儀器、AMD、西門子紛紛仿製。這些後來者中，還有中國廠商。1979年，上海元件五廠和上海無線電十四廠聯合，成功仿製8080處理器。研究人員，在缺乏精密儀器的條件下，通過“刨片子”方法，逆向工程，拆開芯片，用顯微鏡觀察裏面的佈局，再依葫蘆畫瓢，複製一份。靠這種“土辦法”，中國比日本和德國提前一年，實現仿製。在芯片設備製造領域，我們與歐美相比，也並非0和1的差距。同樣在1979年，上海勞動儀表廠成功研製JKG-2光刻機，兩年後，又研製了JKG-3，這系列光刻機至今仍在市場銷售。中科院上海冶金所開發的離子注入機，還出口到了日本。

無論是50年代，引進蘇聯的技術資料，還是70年代，通過特殊渠道購買歐美先進設備，我們走得都是“消化吸收、融會貫通，推陳出新，舉一反三”的路線，不僅沒有對自主技術造成衝擊，反而融入自己的工業體系。但與國外最先進的技術相比，差距確實存在。以集成電路為例，良品率低，故障頻發。這是時代的侷限性。1981年，日本集成電路的產量是中國的260倍，市場需求量高，廠家競爭激烈，逼迫產品質量提升，他們製造的集成電路自然比我們好。在那個年代，國內市場小，技術迭代失去動力。國家底子薄，只靠科研機構逆向工程，很難形成競爭力。

另外，經濟過度依賴規劃，效率降低，研究成果無法及時轉化為商品。摩爾定律説，芯片上集成晶體管的數目，每18個月翻一番。顯然，這一理論不適合所有情況。

80年代，對外開放，老一輩科學家辛苦積累的技術遇到挑戰。西方的經濟理論，衝擊着中國人的思維。“造不如買，買不如租”風氣盛行。計算機、半導體技術剛打下基礎，又面臨科研經費不斷削減的困境。1987年，中科院計算所的大規模集成電路研究室都被撤銷了。

這一時期，國內計算機市場看似繁榮，實際上是建立在外國核心技術上。企業成了組裝廠，停止技術升級，依靠進口硬件維持生存。“市場換技術”，換來的卻是組裝技術。1994年，中國計算機企業超過8000家，絕大多數是搞銷售服務的，從事硬件生產的不到300家。在北京的高科技市場中關村，貨架上擺滿了外國產品，大家爭當“洋代理”。“x86”電腦像潮水般湧入中國，英特爾發展一代處理器，我們就更新一代。

當時有國內媒體評論道：“想以市場換來所有的技術，既沒有可能，也沒有必要”、“中國生產的計算機，一律是‘中國臉蛋，外國心臟’”、“CPU芯片技術被英特爾壟斷，從事研究開發、批量生產需要投入幾十億美元，這種技術是換不來的，即使換來了，也吃不下，在這方面，中國正量力而行”。

進入新世紀，數字產業大爆發。它的結構類似倒三角，最上層是網絡、電商、傳媒、大數據、雲計算，年產值高達十幾萬億美元。支撐這個產業的下一層是數碼電子系統，小到電子玩具、手機、電腦，大到超算，年產值大概有幾萬億美元。數碼電子的下層是芯片設計與製造，年產值4000多億美元。最底層是半導體設備，這是地基，產值最小，最難掌控。沒有精密的加工設備，就製造不了芯片，沒有芯片，就失去數字產業的話語權。國內互聯網巨頭，不懂芯片，不懂設備，達到幾千億市值，靠的是市場模式和商業機制。抽去芯片產業這層地基，再高的摩天大樓都要崩塌。

製造芯片有三類最重要的設備：光刻機、等離子體刻蝕機、化學薄膜設備。用它們在芯片內部雕刻，就好比在裏面蓋房子，一層一層的蓋，現在蓋了多少層呢？差不多六七十層。這座高樓柱子的尺度，就是現在所説的芯片製程，28納米、14納米、7納米。人的頭髮絲平均直徑0.07毫米，7納米恰好是頭髮絲的萬分之一。在這樣的尺度上雕刻非常困難。

現在要做光刻機，必須用德國蔡司的鏡頭或反光碗，這種反光碗有多難做呢？相當於把德國國土這麼大的面積，平整到正負一毫米。蔡司是百年老店，德國的精密加工世界第一。荷蘭ASML公司最先進的EUV極紫外光刻機，用的就是德國的反光碗。這樣的設備，我們有錢也買不到。1996年，西方國家聯合制定的《瓦森納協定》規定，出售給中國的技術設備，按N-2原則審批，什麼意思呢？中國能拿到的技術設備必須發達國家晚兩代以上。2015年，中微半導體公司研製的等離子體刻蝕機，達到世界先進水平，美國商務部立馬解除對這類設備的出口管制。

芯片能做到今天這樣的精度，是全世界所有科學家努力的結果。如果哪個國家想把它據為己有，不切實際，也做不到。美國在芯片技術的開發上，確實起步早。但近30年來，半導體技術和產業一直向亞洲移動，75%的芯片都是在亞洲生產。美國要想建立一條芯片生產線，也要購買其他國家的設備和材料。

雖然不能完全掌控半導體制造，但美國憑藉先發優勢，在全球市場，搶先建立了Wintel體系和AA體系，主導數字產業。前者是英特爾的處理器（CPU）和微軟的Windows操作系統聯合，霸佔個人PC和服務器市場。後者是ARM公司的處理器和谷歌的Android操作系統結盟，壟斷移動智能機市場。其他的軟硬件廠商，要想生存，必須依賴這一生態，在美國公司搭建的地基上，推出自己的產品，代價是失去自主權。

可是，有一批中國人卻想要突破這一壟斷體系。2001年，北京市在政府採購計劃中，選擇了國產Linux操作系統，放棄了微軟Windows XP。負責這次採購任務的是俞慈聲，她當時是北京市科委副主任，堅決支持國產軟件。本來北京市考慮微軟的產品和國產的，都採購一部分。但在和微軟的談判中，它們態度十分囂張，操作系統和office軟件捆綁銷售，單獨買，價格更高。而且Windows XP系統必須網上激活，連接到微軟的服務器，這是巨大的安全隱患，之前不用網上激活的Windows 2000，它們不賣。微軟不給一絲商量的餘地，俞慈聲和採購團隊決定將訂單全部交給國內企業。後來的政府採購中，國產軟件的比例不斷提高，而微軟也主動降價。

在“華為”、“中興”事件發生前，美國早就在芯片領域，卡中國脖子。2015年，美國商務部發布公告，將國防科技大學、長沙超算中心、天津超算中心、廣州超算中心列入出口管制名單，理由是：中國研究機構用超算模擬核爆炸，危害美國國家安全。在此之前，中國超算“天河二號”的計算速度，連續四次獲得世界第一。美國為什麼有底氣實施制裁？“天河二號”使用了近十萬顆英特爾“至強”處理器。可惜制裁並沒有起到效果，一年剛過，中國超算“神威•太湖之光”，又排名世界第一，它安裝的“申威26010”處理器，純國產。

Wintel和AA體系壟斷全球市場，但沒有徹底剿滅國產芯片製造企業。80年代後，國防、信息安全曾面臨近20年“無芯可用”的問題。但中國人並沒有放棄研製自己的芯片。無錫江南計算所，2003年開始研究高性能芯片，“申威26010”就是該所的成果，這家機構還有另外一個名字，“總參謀部第五十六研究所”，曾參與中國第一代電子計算機的研製工作。

除了無錫江南計算所，國產處理器研究領域，還有一家重要企業，“龍芯中科”，它起步於中科院。2001年，中科院計算所的幾十名年輕人，在缺少經費的支持下，日夜奮戰，研製出中國首款通用處理器“龍芯1號”。之後，該團隊不斷推出性能更好的處理器，如今已經逼近國際主流水平。2015年3月30日，第17顆北斗衞星成功發射，使用了中國製造的“龍芯”處理器，它在太空的抗輻射能力，已經接近美國高端抗輻射芯片的水平，而且價格更便宜。去年的國慶70週年大閲兵中，天上的飛機、地上的雷達，都使用了國產的“龍芯”。

上週，華為啓動“南泥灣”項目，目的是，規避美國技術，製造筆記本電腦。華為官方並沒有透露細節。“南泥灣”一詞源於“南泥灣大生產運動”，抗日戰爭期間，先輩們在南泥灣開展大規模生產運動，克服經濟困難，自給自足。前面提到Wintel體系，PC端的軟硬件一直被微軟、英特爾聯合霸佔，其他廠商只能依附生存。華為的“南泥灣”項目，是否能打破該壟斷體系，值得期待。

50年代的封鎖、80年代的壟斷、近期的制裁，並沒有嚇唬到所有人，總有一批中國人不服輸、不投降。好了，如果你喜歡我的節目，請給我個一鍵三連，或者是輕輕點個贊。我們的微博、微信、頭條號、B站都叫“科工力量”，歡迎大家關注，那裏會有更多的科技工業資訊和觀點分享，我們下期再見。

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