大家知道,芯片是信息化武器装备的灵魂,一个国家的芯片水平直接决定武器装备的先进程度,如果按照营收收入排名,2020年,在世界十大半导体生产商的排名中,美国占6家,韩国占2家,日本占1家,小湾占1家。
世界十大半导体生产商排名
如果按照研发经费、人员规模等排名,排序又不一样,但是无一例外,都没有一家俄罗斯公司能够上榜。
从目前来看,俄罗斯的芯片科研能力并不强,和美欧相比,其芯片水平至少相差10年以上。
受制于此,大家看不到俄罗斯有什么畅销的手机、汽车和家用电器等等,俄罗斯的很多民用产品受制于芯片技术,在世界上几乎没有什么销量,当然也就没有什么存在感了。
俄罗斯的芯片技术虽然不强,但是武器装备却异常先进,这也是俄罗斯军火贸易长年位于世界第二的重要原因
根据西方媒体报道,2019年,美国覆盖在中东地区的GPS系统,曾受到神秘电磁波的干扰压制,在一个时间内全面瘫痪,这使以色列等多个国家的民用和军用通信中断了,影响的范围达到了上千平方公里。
美国军方随即进行了分析,认为此次电子干扰是俄罗斯实施的,因为俄罗斯在叙利亚有一个霍梅米姆空军基地,里面有俄军的电子战系统,美军通过距离判断,认为干扰信号就是霍梅米姆空军基地发出的。
俄军能够利用电子战系统有效干扰美军的GPS,导致美军的很多精确制导武器在俄军的干扰下失灵了,这也说明俄军的电子战装备还是异常先进的。
俄罗斯武器装备,一直给人傻大笨粗的印象,很难造出非常小巧娇贵的电子战装备,这使美国异常惊讶,对俄军也更加忌惮,不敢与俄军正面交锋。
芯片技术被美国列为关键技术,美国等西方国家不仅对俄罗斯封锁芯片技术,而且对高性能芯片实施禁运,俄罗斯芯片技术落后,没有高性能芯片的俄罗斯,但为何武器装备却异常先进?
要搞清楚这个问题,我们要搞清楚俄罗斯的芯片技术为什么落后?
俄罗斯的芯片技术与基础是继承苏联的,苏联实施的是计划经济体制,苏联对各个国家和区域进行了分工,比如东德生产精密仪器,越南种植大米,乌克兰种田养牛,哈萨克斯坦采棉花,白俄罗斯造卡车等。
当时的微电子是绝对的高技术,各加盟共和国都想发展,苏联为了平衡各个加盟共和国的利益,将微电子生产拆分分配到了各个加盟共和国,这导致苏联解体后,各个国家都有一点微电子产业,但在各个共和国都非常碎片化,形不成一个完整的产业链。
因为苏联实施计划经济体制,所有的微电子单位和企业都是国家的,当然也都是吃财政饭的,所以赚不赚钱无所谓,关键的微电子产品要能确保国防安全就行,因为没有市场竞争,所以效率不高。
在冷战刚刚开始的时候,集成电路技术刚刚兴起,集成电路有两个发展路线,即晶体管路线和电子管路线。
就电子管和晶体管而言,晶体管体积小,功耗小,使用寿命长,比电子管有明显的优势,可以说,晶体管是电子管更高级的形式。
电子管
但也因为晶体管小巧先进,所以故障也多,抗干扰和抗辐射能力弱,在核大战的条件下,电子管的抗辐射能力远强于晶体管,当时就体积而言,晶体管比电子管要小,但那时的技术小不了多少。
虽然电子管和晶体管的技术都有发展,但是晶体管技术的发展更快,尤其是晶体管的小型化,后来竟然发展到纳米级,这恐怕是俄国人没有想到的。
苏联解体给俄罗斯留下了一个烂摊子,轻重工业发展不均衡,半导体产业落后,尤其是芯片技术落后,俄罗斯想迎头赶上,但是心有余而力不足。
半导体产业和其他产业相比,需要不断进行技术迭代,既是一个技术密集型产业,也是一个资本密集型产业,不仅需要大量的投资,也需要一定的市场规模,而且需要相当长时间的积累。
俄罗斯刚成立时实行休克疗法,结果经济严重倒退,民营企业更加落后,加上车臣在闹事,俄罗斯被迫于1994年和1999年发动了两次车臣战争,虽然车臣最终被俄罗斯征服,但也耗光了俄罗斯的国库。
2000年以后,俄罗斯的经济开始复苏,但在2008年又在格鲁吉亚打了一仗,2011年经济刚好转没几年,2014年又发生了克里米亚危机,俄罗斯出兵克里米亚,又把国库掏空了。
加上美国不断地制裁,大量的科技人才流失,没有资本注入,刚刚萌芽的民营企业多数夭折。
比如俄罗斯有一家Yoga Devices手机公司,该公司生产YotaPhone系列智能手机,其发布的YotaPhone 3手机还赢得了2018年德国iF设计奖。
设计圆润的YotaPhone 2手机
但是这家公司于2019年破产了,因为俄罗斯国内市场有限,来自中国、美国和韩国的手机竞争力非常强,又没有多少资本注入,这家俄罗斯手机公司最终破产。
俄罗斯这家手机公司的夭折,只是俄罗斯电子产业发展的一个缩影。
因为俄罗斯没有多少民用电子产品,也就没有多少芯片需求,如今的俄罗斯民用电子消费品市场,只占全球份额的不到2%。
美国半导体工业协会发布了一份研究报告,在这份报告中,美国人估算俄罗斯的半导体采购量,占全球总量还不到千分之一。
如今的消费品多数需要芯片,比如手机、汽车、家电,电脑等等,正是因为俄罗斯的芯片技术落后,美国又对高性能的芯片实施严格的封锁,这造成了需要芯片的民用产品在俄罗斯发展不起来,俄罗斯的经济只能靠能源和军工支撑。
这就形成了一个恶性循环,可以预料的是,受制于芯片技术,俄罗斯的经济将会越来越困难。
俄罗斯的芯片技术落后,但是军工为什么又会发达呢?这与俄罗斯逆天的系统工程能力有关。
什么是系统工程能力呢?打一个比喻,同样一堆积木,普通人能够堆成房子,但是高手可以堆出军舰、飞机和大炮,这就是系统工程能力。
看过三国演义的人都知道,诸葛亮用普通的木材就可以造出木牛流马,这种木牛流马可以用于运输军粮,是一种超越了同时代科技水平的运输工具。诸葛亮能造出木牛流马靠的就是系统工程能力。
我们可以拿美国与俄罗斯的相控阵雷达对比,美国爱国者相控阵雷达信号处理部分用的都是先进的数字芯片,因而可以快速计算出探测目标的飞行速度。
而俄罗斯根本没有高端芯片,于是便用一种“他激晶体振荡器”来代替芯片,这种“他激晶体振荡器”是过时的模拟电路设计,其体积要比芯片大,但比一般的集成电路要小。
所以俄罗斯的防空导弹相控阵雷达,其体积要比美国的大,看起来有点傻大笨粗,但是从核心指标上来看,和美国处于同等水平,而且抗干扰性能还强于美国。
美国人专门研究了俄罗斯S300雷达,都对这种雷达的性能赞不绝口,认为这种雷达“高性能,低成本,低功耗”,评价俄罗斯人自主创新能力强。
S300地空导弹
也就是说,美国人用最先进的零部件,先进的组装技术,制造出先进的装备,而俄罗斯的零部件并不先进,但是依靠逆天的系统工程能力,同样可以造出先进的装备。
俄罗斯的装备可以说是价廉物不美,但是非常好用。
有人说,给俄罗斯人一堆破铜烂铁,美国人只能当废铁卖了,但是俄罗斯人能够变成一个横扫千军的大杀器。
1976年9月6日,苏联防空军飞行员别连科驾驶一架米格—25战机,穿过日本严密的防空网络,停落在日本函馆机场,这令日本和美国大吃一惊,在米格—25战机面前,日本的防空系统形同虚设。
美国人得到消息后,立即派出技术人员到日本,对这架米格—25战机进行研究,飞机被大卸八块运到日本中部的百里空军基地。
结果令美国技术人员非常意外的是,这架战斗机的材料非常普通,主要使用不锈钢制造,只有关键部分采用少许钛合金,焊接都是手工完成的,而且做工比较粗糙。
该机的雷达具有600千瓦的巨大功率,但主要部件却是过时的真空管元件,并不是先进的固态电子元件,所以雷达体积偏大,但更能适应极端高温,也降低了航电设备舱的冷却要求。
美国人看着这些技术落后,做工粗糙的零部件,怎么也想不出来,苏联人怎么将其变成了一架性能优异的战机。美国人根据米格—25的性能,调整了下一代重型战斗机性能参数,并最终催生出F-15式战斗机。
叛逃日本的米格—25战机
俄国人为何有如此逆天的系统工程能力,主要有两个方面的原因:
一是俄罗斯高端制造业不发达,无法像美国人那样,用最先进的芯片制造出最先进的武器,而只能用并不先进的芯片,制造出能与西方相抗衡的武器装备。
这种“巧妇难为无米之炊”的窘境,使俄国人不得不提高系统工程能力来化解难题,俄国人的系统工程能力也是被逼出来的。
如今的俄罗斯可以造出低端芯片,主要是为了满足军方需求,因为军方需求量小,无法规模化生产,当然也不能实现产业化。
实践证明,用超强的系统工程能力去解决一个特定的问题是可行的,但这毕竟不是长久之计,对于任何行业来说,都必须要考虑投资回报率,如果不能持续地赚钱,也就不能加大研发投入,不利于长期发展。
中国早期芯片发展也遇到过这个问题,要解决这个问题,只有在国家引导下实施市场化。
二是俄罗斯超强的系统工程能力,得益于俄罗斯扎实的基础理论研究水平,因为只有把基础理论知识掌握透,才能支撑系统工程的思路和设想。
比如意大利的画家达芬奇,老师总是让他重复画鸡蛋,其实老师让他打基本功,刚开始达芬奇觉得很厌烦。
老师就告诉达芬奇,天下的鸡蛋没有绝对一样的,即使是同一个鸡蛋,站在不同的角度,投射的光线也不一样,画出来也是不一样的,因此画鸡蛋是基本功,只要把基本功掌握了,画什么都可以。
很有慧根的达芬奇听了老师的话,又开始仔细耐心地画鸡蛋,最终打下了良好的绘画基础,成为了世界知名的大画家。
笔者是工科出身的,笔者有一个感觉,如果要找一篇有一定程度数学基础的论文,然后在论文里找参考文献,找到文献后再找里面的参考文献,迭代五步以内,必定是俄文文献。
别看美国的高等教育牛掰,但是具体到基础教育,尤其是数学基础教育,俄罗斯却更强,美国的基础教育连中国都赶不上。
俄罗斯学生
如果把基础理论当作起点,把产品当作终点的话,只有把基础理论搞透,才能设计出从起点到达产品终点的最佳路线。
俄罗斯在这一点上有独到之处,既值得我们学习和借鉴,也值得我们深刻反思。
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