中美芯片戰，輕舟已過萬重山（下）_風聞

接上篇中美芯片戰，輕舟已過萬重山（中））

目 錄：

序言

一、中美芯片戰已經接近結束

二、什麼是高端產品？

三、我最擔心的事情還是要出現了——上千年來十船九空格局將重現

四、剖析一篇博士水平的專業文章錯在哪裏？

五、科學傳統與工匠傳統——中國科技體制缺什麼？

六、系統介紹一下清華的光源和光刻機——SSMB-EUV需要的是商業模式的創新

七、華為Mate 60 Pro真正令人震撼的是準6G功能

七、華為Mate 60 Pro真正令人震撼的是準6G功能

1. 不要再關注幾納米的問題了

如果你是電子電路領域真正內行的話就該明白，數字電路遠比模擬電路容易得多。因為數字電路的晶體管只是工作在飽和區和截止區，它的線性特性、噪聲等指標無關緊要。所以，你看日本、韓國、中國台灣等都能生產出數字芯片，中國大陸也一樣。我在過去的文章中一再説過中國大陸突破這些技術太容易了。只是因為過去實在不願意幹這些工作，產品技術上有很多缺口，涉及的產品技術門類也比較多，受到美國製裁一時有點困難而已。

2. 本文不討論華為麒麟9000S芯片在哪裏生產的問題

太多人討論華為麒麟9000S芯片到底是在哪裏生產的。但是，既然人家華為不願説，我們就不該去追究。這裏我只想説一個營銷領域的故事：

土豆剛傳入歐洲時，有一個歐洲王國的國王想推廣土豆這個農作物，以提高糧食產量。可是派出去搞推廣的人説了無數好話，就是沒人願意幹這個新品種。後來有個大臣想了一個辦法，先在國王自己的田地種土豆，並且派出全副武裝的士兵重兵看守，貼出嚴禁入內的告示。土豆收穫以後同樣派出重兵看護倉庫，在最隆重的宴請中拿出少量土豆待客。這麼嚴格禁止、重兵看護的結果是引起王國裏無數人好奇。肯定是有特別值錢的寶貝才會如此對不對？有人就受不了誘惑進倉庫裏把土豆偷走了，居然還在倉庫裏發現如何種土豆和吃土豆的操作説明。然後呢？土豆就非常成功地傳開了。

那我到底是否真的知道麒麟9000S芯片是在哪裏生產的？我不能説，你猜我是不是真的知道。

3. 為什麼衞星通話功能才是真正震撼和遙遙領先之處？

先順便提一下，我還是在20世紀80年代中期參加了中國第一批民用通信衞星地面站的建設工作。當時的郵電部建設了第一批四個衞星通信地面站：北京、廣州、烏魯木齊、拉薩，我參加了烏魯木齊（在郊區一個叫八所的地方）和廣州（在華南植物園往東幾公里的地方）兩個站的建設。這四個站使用的是加拿大一家叫“SPAR”公司（現在已經沒了）設備，上海郵電一所的衞星射頻放大部分，用的是磁控管技術，西安郵電工程公司施工，原鄭州郵電部設計院進行的設計，我是去參加開通聯調測試。後來又參加過很多這類衞星地面站的選址和開通測試。

衞星通信有兩種應用模式，一個是作為骨幹通信網，需要衞星地面站進行轉發。你可以把這種衞星鏈路看作就是一段光纜線路。從廣州到北京的骨幹通信線路可以通過光纜連接起來，也可以通過衞星線路連接。這種地面站很大，我當年參加的衞星地面站就是這種應用。地面站的拋物面天線（俗稱“鍋”）很大，直徑都有6米，是用很多小的扇面拼起來的。這些小扇面俗稱“西瓜皮”，僅説專業術語只表明你懂這個專業，能説“黑話”才表明你是這個圈子裏的行家。使用的都是赤道上空36000公里同步軌道或稱靜止軌道的衞星。

另一種模式是作為網絡接入，就是直接與用户終端進行連接。你可以把這種衞星看作就是一個移動基站。因為同步軌道衞星距離地面太遠了，信號衰減很大。要直接與終端連接技術上是比較困難的。因此，原來這種通信方式一般就採用低軌衞星。最初是當年美國的通信巨頭MOTO（現在這個公司還健在，只是已經退出公共通信領域了）主導的銥星、現在馬斯克搞的星鏈等都是這種模式。因為低軌衞星與地球轉速不同步，很快就會繞地球轉一圈（一般也就一個多小時），所以要想與終端保持順暢的聯接就得很多衞星不斷接力才行。銥星最初設計時是77顆，而星鏈居然設計了4萬多顆衞星。

銥星的衞星電話終端。可以看到手機上有一個大天線。

支持星鏈衞星通信的特斯拉Modelπ手機，與普通智能手機幾乎一樣。看不到外置的天線。這個一點都不令人意外，與低軌衞星直接聯接進行通信的手機做到這種程度並不需要特別難的射頻技術。真正專業的人員都明白，用現在的射頻器件來做，可以説一點技術含量都沒有。

那麼靜止軌道衞星是否可以直接與終端進行通信呢？答案當然是可以的。這也就是一個無線通信的能力問題。1982年就開始投入使用的海事衞星通信系統（Inmarsat），就是直接將靜止軌道衞星當成接入設備，直接與終端用户進行通信。另外還有瑟拉亞衞星（Thuraya）系統和中國的天通衞星系統。這種方式的好處是一個靜止軌道衞星的覆蓋範圍非常廣，因為它位置高。理論上三顆靜止軌道衞星可以覆蓋全球。問題只是兩個。一個是信號衰減的補償問題，另一個是通信容量問題。下面先來談第一個：

因為靜止軌道衞星距離地球太遠，中間信號衰減極大，因此需要整個系統通過信號放大來進行補償。實現這一點的途徑從純粹理論上説有這麼8個：

(1) 衞星發射無源放大能力——通過發射天線實現

(2) 衞星接收無源放大能力——通過接收天線實現

(3) 衞星發射有源放大能力

(4) 衞星接收有源放大能力

(5) 終端發射無源放大能力——通過終端手機天線實現

(6) 終端接收無源放大能力——通過終端手機天線實現

(7) 終端發射有源放大能力

(8) 終端接收有源放大能力

無論衞星還是終端，一般發射和接收天線都是共用一套的。所以上面實現途徑可以簡化成這樣6個：

(1) 衞星天線放大能力

(2) 衞星發射有源放大能力

(3) 衞星接收有源放大能力

(4) 終端天線放大能力

(5) 終端發射有源放大能力

(6) 終端接收有源放大能力

無論衞星還是終端，要增加無源放大能力怎麼辦？原理其實很簡單，天線越大放大能力越強。因為天線越大，接收到的信號越多，這種聚集型放大才能獲得更大的放大能力。但無論衞星還是終端的天線要做大都會受某些限制。衞星天線要做大，火箭發射成本會升高。終端如果要拿在手上的，天線做大就會帶來攜帶方便性和美觀上的問題。

下面是海事衞星電話的終端。可以看到有一個比較大的天線。

通話時天線展開了是這樣的效果

靜止軌道衞星還常用來進行衞星電視廣播業務，直接與家用衞星電視接收終端通信。

家用衞星電視接收機天線的尺寸大概直徑在45公分左右。這種天線因為是固定在家庭住房外面的某個位置，所以稍大一點沒關係。但要隨身攜帶肯定就極為困難。我在五年前從事過數字電視產品業務，做過很多與這種衞星電視接收器相關的技術和市場項目。

如果要縮小天線，就意味着天線放大能力減低，那麼不僅需要對天線進行更精細地設計以儘可能減小放大能力的衰減，更重要的是需要有源放大能力的提升來進行彌補，同時還要使衞星射頻器件大幅度地小型化，以使其能裝進現在流行的非常薄的智能手機裏。

這個是華為Mate 60 Pro的外觀，與一個普通智能手機大致是一樣的。我從開始幹衞星通信已經快40年了，從最初6米天線和大塊頭的衞星電話終端，到現在居然把天線完全埋進智能手機裏面。衞星通信終端要做到這個程度，在低軌衞星系統裏一點都不令人奇怪，但靜止軌道衞星居然也幹到這種程度，的確讓人有點驚訝。很多搞無線通信的資深專業人士與我都是類似的感覺。

雖然從技術上説道理其實也很簡單——終端天線做小了，即使再怎麼精心設計，也難免使天線放大能力減小，那一定得靠上面6個途徑中的其他5個途徑來補償。華為這個手機使用的是中國天通衞星系統的靜止軌道衞星。所以，我們並不能簡單地把這個技術進步功勞全歸到華為頭上，天通衞星系統的技術進步也是重要原因。當然，話又説回來，Mate 60 Pro能做到這個水平也是值得讚揚的，現在其他天通衞星通信的終端還是有一個大天線露在外面。

目前市場上其他的天通衞星通信終端

天通衞星的發展過程是這樣的。2008年7月，受汶川地震的刺激，孫家棟、沈榮駿等院士聯名上書，呼籲加快我國自主衞星移動通信系統建設，填補國家在衞星移動通信領域的空白。經過三年多的論證，我國首個衞星移動通信系統——天通一號衞星移動通信系統工程於2012年正式啓動。

2016年8月6日零時22分，在西昌衞星發射中心用長征三號乙運載火箭成功將地天通一號01星發射入軌。天通移動衞星通信系統由中國衞通集團有限公司所屬，中國航天科技集團所屬中國空間技術研究院為主，基於東方紅四號平台研製，地面業務由中國電信集團公司負責運營，與中國電信的地面蜂窩移動通信系統共同構成一個整體的移動通信網絡。這個事實上已經是準6G的業務了。所以，不要説Mate 60 Pro是5G這樣的外行話，它是準6G的手機。

2018年5月15日報道，天通衞星移動通信業務首次由中國電信面向商用市場放號。目前天通在軌衞星有三顆。天通-01號主要覆蓋中國領土和領海，天通-02、天通-03星分別在天通-01星東西兩側設置，形成對太平洋中東部、印度洋海域及“一帶一路”區域的常態化覆蓋。

從前面分析來看，Mate 60 Pro如果天線的放大能力的確減弱了的話，需要靠手機的發射器和接收器的有源放大能力來進行補償。這個主要是靠手機裏的射頻放大芯片來實現的，主要就是氮化鎵芯片。

説到這裏，是否和前段時間中國限制鎵出口聯繫起來了？所以，不要去瞎拆機。如果是真正內行的話，要想看看Mate 60 Pro不同的地方到底在哪裏，宣傳“遙遙領先”的到底是什麼，就不要去關心麒麟9000S芯片。就算它做到5納米顯然也算不上遙遙領先。也不用去關心它是不是真的達到5G，就算它實現5G了，中國最早的5G手機2019年就上市了，現在實現5G功能怎麼能算“遙遙領先”呢？真正算得上“遙遙領先”的，就是看它衞星天線是怎麼設計、怎麼安放的，在2G頻點的天線無源放大倍數是多（用户發送頻段：S波段：1980MHz-2010MHz；用户接收頻段：S波段：2170MHz-2200MHz），射頻接收和發射器件用的是什麼芯片，性能如何。理解了嗎？

當然，除了以上直接通過信號放大進行衰減的補償以外，也有可能借用現在5G的射頻直接數字化，通過數字濾波來實現更好的信噪比，以此減少終端天線放大能力的需要，最終實現看不到手機天線的效果。

4. 為什麼説Mate 60 Pro的出現意味着馬斯克的星鏈徹底完蛋了？——衞星移動通信的本質只是一個保險業務

前面我們討論了靜止軌道衞星作為接入的第一個放大能力的問題。另一個問題是在獲得覆蓋範圍非常廣這個優點的同時，也伴隨着信道容量的限制。海事衞星系統只提供15萬的用户容量。天通衞星移動通信系統容量更大，其通信容量為一顆衞星可同時支持5000個話音信道，滿足100萬用户使用要求。業務速率為1.2kb/s～384kb/s。這麼一看，數據業務速率屬於2.5G時代的EDGE業務的速率，好像不算先進。但這個並不重要，一定要理解到，衞星移動通信本質上其實是一個保險業務，一般是用不上的。海事衞星主要就是用於應急通信和海上、荒漠地區的通信。一般在有人地區都有地面蜂窩移動通信系統支持，網速就是現在的5G速率。

衞星通信在通信容量上不可能與地面的蜂窩移動通信系統相競爭，馬斯克的星鏈也差太遠。所謂應急和保險業務，也就是在特殊情況下用它來救命的。5G那麼高的碼率主要是用於“無聊業務”類的，比如刷抖音視頻。都要救命的時候了你還刷什麼抖音視頻？

但是，如果是以業內被稱為“專網”的商業模式運營的應急衞星移動通信系統，存在一個分擔成本的用户量太少的問題。這樣每個用户的業務成本就會比較高。但中國電信將天通衞星業務與地面的蜂窩移動通信融合在一起將會帶來什麼好處？既然衞星通信只是一個保險業務，絕大多數人用10塊錢的月租費申請了這個業務也就是買個保險，平時是完全處於休眠狀態的。

如果用過去電話通信時代的愛爾蘭話務理論（雖然它不太適合描述數據業務）來描述會更顯專業一點。這是一個用户通話業務量的愛爾蘭數極低、甚至近似等於零，這樣用户接入側的收斂比近似於無窮大的業務模型。這種業務模型，理論上可以用極小的通信能力，去支持極大數量的用户。

但是，這樣的業務模型在過去大多以“專網”的模式運營，就是無論通信網、終端還是用户運營都是自成體系。無論銥星系統，海事衞星通信系統還是現在馬斯克的星鏈系統，本質上都是衞星專網。專網會帶來什麼問題？就是無法充分利用其用户接入側可以有近似無窮大的收斂比這個特性。只有經常要使用這個業務，並且用得起的人才能申請成為正式客户。終端都是定製的，銷量極小，價格也必然會很高，同時品種也會很少。

中國電信、中國移動和中國聯通等被稱為是“公網”，所有人都可以使用，用户量極大，終端品種選擇極多。中國電信融合了天通系統，就相當於提供了準6G業務。這樣衞星移動通信就變成只是公網的一個新業務品種而不再是衞星專網，這樣無窮大的收斂比業務模型就可以實現。所以，無論星鏈系統技術上多麼忽悠人，至少在商業模式上都是一個落後的專網概念的東西。

既然衞星移動通信必然是一個保險性質的、收斂比接近無窮大的業務，就應當用儘可能經濟簡單的衞星通信系統，並與公網融合來實現。全球可以發展數以十億計的用户，但任何時間段真正在網的用户也就幾百萬，同時在進行通信的用户也就幾千。99.9%以上的用户是處於休眠或離線狀態。

每年120塊錢的業務租金，中國可以有幾億人不會太在意。真遇到洪水、地震等造成地面移動基站不通了，你有這個業務就可以最起碼向外界發個短信告知你的狀況、你的位置，這樣可以通知人來救你。用衞星電話打110（報警）、120（急救中心）等救急的電話和公網一樣也是免費的。如果在荒漠去旅遊，大家都能有這個業務的話，就不會出現前段時間4個人死在去無人區旅遊路上這種悲劇了。有了更多人通過本質上是保險的極低租費來分擔成本，實際使用這個業務的資費也就可以大大降低。

靜止軌道衞星的好處是因為軌道很高，是真空程度極高的環境，壽命較長。天通衞星的設計壽命是12-15年。相比之下，低軌衞星因為所處環境有極稀薄的空氣，會不斷降低衞星運行速度，導致星鏈的衞星壽命一般很難超過5年。這意味着4.2萬顆星鏈衞星系統要想長久保持其數目的話，每年就得補發8000多顆衞星。這個成本實在是太高了，無論火箭技術怎麼改進，通過可回收來降低成本都沒用，難以平衡成本。

現在再回過頭來看，最初的銥星之所以失敗，就是因為它的成本實在是太高，能支持的用户量太少，從而無法分擔成本。星鏈的業務質量本質上是絕對不可能與蜂窩移動通信系統競爭的，而業務資費又必然遠遠高於中國電信的天通融合移動通信系統（準6G通信）。

是不是勝負已經完全註定了？也不一定。中國很不擅長的一點就是如何把暫時領先的技術變成國際標準，從而長期佔據一個領域的技術優勢。如果我們迅速把這種準6G變成事實標準，先成為中國的事實標準，推廣到所有公網運營商，並且成為所有手機用户的標配（無論多少G都融合天通衞星業務），而後迅速變成國際的事實標準？迅速搶佔靜止軌道衞星資源（這個遠比低軌衞星的軌道資源稀缺得多），暫時的技術優勢就會固定下來成為長期的系統和標準優勢。

那樣的話，使用馬斯克星鏈的理由還有什麼？馬斯克怎麼也不會想到他的星鏈會敗給保險業務吧？

完了，一切都完了！

當然，有人肯定會想到，星鏈也可以與公網融合啊！但是，要融合不是星鏈一方一廂情願的事情，得公網運營者也願意。如果公網要去融合一個衞星業務的話，為什麼不融合一個成本和運營儘可能簡單和經濟的？反正平時根本用不上，只是用來救命的。並且，未來靜止軌道衞星的通信容量要提升也不是難事，無非就是多增加頻率資源。但是，星鏈最初的設計目標是要在通信容量上也儘可能具備與公網一較高下的能力，那成本肯定就是這種方案裏面極大化的 —— 一開始的錯誤戰略目標和落後的專網商業模式就註定了最終的結局。現在星鏈整體技術方案已經基本固定，已經發射的星鏈在軌衞星數量都已經超過4000顆了，怎麼回頭？

晚了，一切都晚了！！

延伸閲讀：（見純科學公眾號）

中美芯片戰，輕舟已過萬重山（上），

中美芯片戰，輕舟已過萬重山（中），

中美關係——輕舟已過萬重山(上)

中美關係——輕舟已過萬重山(下)

網上最權威的芯片戰分析——反芯片制裁戰略研究（上）

網上最權威的芯片戰分析——反芯片制裁戰略研究（下）

中美大變局已經到來

中美關係未來百年大戰略

中美進入終極較量階段

中西方戰略格局已發生根本性轉變

戰略決戰：中國科技如何領導世界——最權威分析

參考文獻：

[1]Deng, X., Chao, A., Feikes, J. et al. Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching. Nature 590, 576–579 (2021). https://www.nature.com/articles/s41586-021-03203-0

[2]Ratner D F, Chao A W 2010 Phys. Rev. Lett. 105 154801

[3] 唐傳祥,鄧秀傑.穩態微聚束加速器光源[J].物理學報,2022,71(15):80-94.

[4] 解讀國產光刻機困局（九）：哈工大的EUV光刻機光源。

https://www.toutiao.com/article/6987973883420819972

[5] BSRF簡介[OL]. (2023-05-11) 北京同步輻射裝置.

http://bsrf.ihep.cas.cn/guanyuwomen/bsrfjianjie/201107/t20110706_3301836.html 。

[6] BSRF大事件[OL]. (2009-11-20) 北京同步輻射裝置.

http://bsrf.ihep.cas.cn/guanyuwomen/dashijian/200911/t20091120_2672444.html

[7]清華工物系在新型加速器光源 “穩態微聚束”研究中取得重大進展[OL]. (2021-02-25) 清華大學.

https://www.tsinghua.edu.cn/info/1370/79646.htm

[8]温興煜. 清華工物系在新型加速器光源“穩態微聚束”研究中取得重大進展，“清華大學技術轉移”公眾號，2021-02-25 12:08 發表於北京。

[9]趙午.一種新型的光源加速器——穩態微聚束 SSMB 機制[OL]. (2021-09-23) 清華大學.https://www.koushare.com/video/videodetail/16180