“好消息,好消息,我国光刻技术取得巨大突破,可以自主生产350纳米芯片了!”
几乎所有俄罗斯媒体最近都报道了这则重磅消息。据塔斯社报道,这台350纳米工艺光刻机已经组装完毕并通过测试,即将投入生产。到2026年,俄罗斯有望生产出130纳米工艺光刻机。
俄罗斯科技博主直接高呼“Ura”,评论区也是集体狂欢,仿佛是俄罗斯版的《舟车劳顿已过千重山》。
俄罗斯人狂笑不已,观看节目的网友们也是狂笑不已。
大家都严重怀疑新闻里多了一个零,或者是他们穿越了时间。
就算你不关注科技新闻,光看广告也能看出来,现在市面上主流的手机芯片都用的是5nm或者4nm工艺,而14年前的iPhone用的是45nm工艺,你真的没用放大镜擦过你的350nm芯片吗?
至于2026年掌握130nm工艺的宏伟蓝图,虽然看似进展神速,但如果仔细观察就会发现,人类早在2001年便开始普及130nm芯片,这不是突破,而是考古。
1. 心脏病高发国家
我想俄罗斯人已经不再介意这种嘲笑了。
俄乌冲突爆发之后,俄罗斯遭受全面制裁,各种芯片的供应自然也被断绝。
由于电子工业非常落后,俄罗斯在一些并不先进的芯片上很难自给自足,导致芯片短缺现象严重,很多地区都成了笑话,之前网上就盛传俄罗斯尴尬到要拆开洗衣机、冰箱,把里面的芯片拿来做武器。
西方报道的真实性或许有些值得怀疑,但俄罗斯自己的爆料也能提供不少笑料。从2022年开始,西方厂商停止向俄罗斯联邦储蓄银行交付银行卡芯片。为了化解危机、节省库存,俄罗斯联邦储蓄银行拆解了大量用户捐赠的旧卡和无人认领的遗失卡,清除芯片内的数据,并安装到新卡上。
据俄媒称,这一转运过程的缺陷率高达40%。
比这更尴尬的,或许是俄罗斯高科技公司推出的全新PC产品Akinak,该产品号称采用自主研发的芯片,可以突破封锁。
连口号都是“源自俄罗斯,为俄罗斯人”。
但媒体仔细调查后发现,这东西集成了4个A53核心,Cortex-A53是ARM在2012年发布的微架构,也算是古董了,当时主要用在手机、平板上,2024年用这东西做PC,只能说是胆大包天了。
更为悲惨的是,由于俄罗斯自身缺乏芯片生产能力,这一考古发现的库存仅有1万片,全部由制裁前海外工厂生产,现在也没有找到新的代工厂。
2. 英雄应该提及他过去的成就
有关俄罗斯电子行业的笑话实在太多了,要讲完它们得花上一天以上的时间。
但如果是几十年前,大概没人敢嘲笑苏联,红色帝国的电子工业一度让整个西方为之颤抖。
1945年,美国成功研制出世界上第一台可编程电子通用数字计算机——ENIAC。这个庞然大物重达30多吨,占地170平方米,耗电量巨大,传言它工作时,周边居民区的灯光都会变暗。它也极其不可靠,一半时间都在维修。
仅仅5年后,苏联就推出了更为先进的MESM计算机,其占地面积仅为60平方米,却拥有ENIAC60%的计算能力,功耗大大降低,可靠性也远胜前者。
苏联各大科研机构研制了多款计算机,其性能在当时都属于世界一流水平,虽然一些老型号的具体参数已经丢失,但从历史的进程中我们依然能感受到它们的强大。
1956年12月投入使用的“箭形”计算机为载人航天计划进行了大量的计算,大大缩短了准备时间,最终使苏联能够率先将尤里·加加林送入太空,势头上压倒了美国。
1975年,美国与苏联合作开展航天项目,对同一组航天任务遥测数据,使用新型BESM-6计算机的苏联科学家比NASA早半个小时完成处理。
顺便说一句,我国的电子工业也和苏联有着密切的关系。比如我们第一代大型计算机103机就是根据苏联BESM系列的图纸仿制改进的。它为两弹一星项目做了很多计算,也在化工、民用等领域发挥了很大作用。
苏联电子工业的强大不仅仅体现在大型计算机领域。
20世纪50年代,他们开始大力发展移动通讯技术,沃罗涅日通信研究所研制出“阿尔泰”手机,体积缩小到鞋盒大小,而当时美国的设备体积太大,甚至无法放进汽车后备箱。
当许多国家还在使用电报的时候,苏联已经能够通过城市高处的“阿尔泰”基站,实现几十公里范围内的无线通话覆盖。
20世纪70年代,苏联很多家用电器已借助电子技术实现了自动化,如尤里卡洗衣机率先实现了自动定时排水。
苏联利沃夫工厂生产的微型便携式电视,首次实现了无论走到哪里都能看电视的神奇体验。
当任天堂Game Boy风靡全球的时候,铁幕另一边的苏联儿童也在玩着他们的红色游戏机IM-02。
在苹果公司的Apple II电脑热销的同时,苏联也推出了类似的个人电脑——Agat。
3. 点击错误的科技树
在看过苏联时代电子工业的成就,再想想俄罗斯如今的悲惨境况后,你或许会更加不解,他们是如何挥霍掉所有财富的,并像年轻人一样叹息。
这件事情还得从底层技术说起。
刘慈欣在《三体》中对计算机的工作原理做了很有意思的还原,大批士兵进行着很基本的二进制计算,并负责挥舞两面不同颜色的旗帜来表示计算结果,传递给高级军官,高级军官再将结果进行总结、综合,计算出高难度的三体问题。
现实计算机也是如此,基本单元进行简单的计算,通过系统内大量单元的集成,才能得到复杂的计算结果。
在电子工业发展的早期,各国都采用真空管作为计算单位,美国的ENIAC使用了18000个真空管,苏联的MESM使用了6000个真空管,真空管的体积非常庞大,导致早期的计算机都是巨型机。
这还不算完,电子管技术的源头其实就是灯泡,工作时会产生大量废热,白白消耗大量电能,甚至开机前还需要预热,电子管本身也比较脆弱,无论是ENIAC还是MESM,都需要每天检查、更换。
西方和苏联的科学家很早就认识到了真空管的局限性,并开始研究替代材料。
1947年,三位美国科学家利用半导体材料制成晶体管,晶体管也可作为基本计算单元,体积小、重量轻、能耗低。
后来西方掌握了晶体管的微型化、平坦化技术,使得电路可以集中在半导体晶圆表面,把大量的计算单元集成到很小的面积上,这就是所谓的集成电路,通俗地说就是芯片。
同样是在1947年,苏联科学家在秘密实验中掌握了晶体管的原理和基本工作原理。但苏联经过深思熟虑后,没有继续发展晶体管,而是将其作为不实用的技术搁置起来。
其中很重要的一个原因是他们发现晶体管无法承受电子脉冲,而核弹爆炸必然会产生巨大的电子脉冲,这会导致晶体管失效、集成电路烧坏。
苏联高层坚信核战争一触即发,当数百万苏联大军伴着蘑菇云冲过铁幕时,他们的真空管控制武器依然坚固,而西方精巧的晶体管设备早已失效,苏联只能投降,在历史上留下又一个资本主义的笑话。
当然这只是原因之一,另外一个问题就是路径依赖。
受限于当时技术水平,早期芯片存在半导体材料不纯、工艺不达标等问题,大规模生产时良品率极低,性能提升也比较缓慢。
相反,成熟的电子管还可以进一步挖掘其潜力。苏联是这一领域公认的领导者。20世纪50年代末,瓦伦丁·阿夫杰耶夫院士突破了电子管小型化技术,成功地将电子管的体积缩小到原来的几倍甚至十几倍,并且大大增强了可靠性。
这项发明不仅使苏联大型真空管计算机的性能大增,而且使战斗机、坦克等武器能够配备更为复杂的电子设备,完全满足了当时的需要。
一边是遥遥领先的成熟技术,一边是靠不住的新手玩意,务实的苏联毫无意外地判了晶体管死刑。
“苏联应该停止发展晶体管,而专注于电子管的小型化。”——苏联最高领导人尼基塔·赫鲁晓夫
4. 误入歧途
当苏联陶醉于真空管领域的成就时,西方却在另一条轨道上驰骋。
随着半导体材料和集成电路技术的日趋成熟,西方的芯片也在以恐怖的速度进化,英特尔创始人之一戈登·摩尔提出了著名的摩尔定律,该定律指出集成电路上可容纳的晶体管数量大约每两年就会翻一番,也就是说芯片性能会提高一倍。
整个20世纪,摩尔定律在西方电子行业不断得到应验,而对于苏联来说,则是一系列的“坏消息”。
敌方的电子设备越来越精密、小型化,性能也越来越强大。芯片在民用设备中迅速普及,并被军方广泛使用。无论苏联科学家如何改进电子管,都无法达到同样的效果。当苏联高层得知美国在洲际导弹上使用芯片后,终于慌了,决定改造研制芯片。
考虑到巨大的差距,又担心自己无法迎头赶上,苏联高层决定把这个任务交给效率更高,也是他们最信任的机构——克格勃。
20世纪七八十年代,驻扎在海外的克格勃间谍不断窃取西方科技公司的数据和情报,甚至把芯片和计算机样品直接偷运回苏联供科学家拆解研究。
苏联科学家非常擅长复制任何东西,无论它有多复杂,只需一到两年的时间。无论是大型计算机、个人电脑、游戏机还是芯片,只要苏联人拿到手,他们就能复制。
美国工程师气得直接在芯片上刻上了俄罗斯人的嘲讽:“当你在意到去偷最好的东西的时候,你就会看到这句话。”
克格勃和苏联科学家通力合作,迅速缩小了苏联与西方的技术差距,表面上看,所需要的设备都能生产出来。
但这只是表面现象。还记得摩尔定律吗?芯片性能每两年翻一番。
即便苏联科学家都拥有写轮眼,这种复制模式也意味着芯片技术会落后一代,而随着芯片性能的不断提升,“落后一代”所代表的差距会越来越大。
更大的危机是,很多所谓“复制成功”的产品只是在实验室里简单复制,苏联并没有获得相应的生产技术,在大规模推广时,依然遭遇了成品率低、质量差等一系列问题,导致产品价格昂贵,使用效果不佳。
再加上当时苏联实行的是计划经济体制,普通百姓根本用不起那么昂贵的芯片和计算机,那些工厂、机关事业单位也只能被动接受分配,尽管很难用,也不得不用。
由于科研人员和制造厂商无法从市场获得正向或负向的反馈,自然不知道改进的方向,也缺乏改进的动力,因此苏联通过逆向工程取得的成果始终没有转化为正向研究。
直到戈尔巴乔夫时代,苏联领导层才意识到简单的照搬并不能解决问题。
他们最终下定决心,投入巨额资金向芯片领域正向发展,利用苏联强大的科研力量和大量技术工人,赶超西方。
作为计划的关键,苏联决定对全体学生提供计算机教育,这将创造高达100万台的庞大市场,解决产品缺货的问题。学校培养出足够多的人才后,不仅会有新鲜血液加入研发队伍,各行各业也会普遍使用计算机工作,进一步增加需求。
这个计划看上去不错,但是从上帝的角度来看我们知道苏联距离解体已经不远了。
5. 之前的努力全都白费了
1991年11月23日深夜,停泊在黑海沿岸的库兹涅佐夫号航空母舰突然起航驶向公海。
船员们接到了苏联即将解体的密报,各加盟共和国正在迅速瓜分资产,为了给新成立的俄罗斯海军留点面子,船员们把这艘原本打算归乌克兰所有的航母驶离港口,返回俄罗斯。
俄罗斯可以依靠军人的忠诚,从苏联庞大的遗产中多获得一艘航空母舰或者几百辆坦克,但却无法攫取更重要的东西——工业。
苏联时期,为了平衡各加盟共和国的利益,苏联领导层刻意将原本可以集中的产业分割,例如电子产业一半以上分配给波罗的海三国,即今天的立陶宛、爱沙尼亚和拉脱维亚,另一半则分配给白俄罗斯。
当时做这个决定的人大概也没有想到会有什么风险,谁能想到牢不可破的联盟,有一天会土崩瓦解?
波罗的海三国历史上对俄罗斯怀有仇恨,苏联解体后几乎立刻与俄罗斯反目,白俄罗斯与俄罗斯的关系也十分微妙。
于是,无数科研人员一觉醒来发现,随着镰刀锤子旗帜的降下,自己正在合作的国内工厂已经变成了海外工厂;而工厂也发现,自己本该获得的图纸和数据,已经成为隔壁邻居的国家机密。
奋力追赶西方的苏联电子工业彻底被击垮,各项项目彻底陷入瘫痪。
俄罗斯本身已经没有精力去挽救局面,毕竟要担心的事情太多了:休克疗法、经济危机、寡头崛起、北约东扩……
就这样,苏联宏伟的电子工业计划彻底浪费了,大批科研人员失业,他们不愿浪费自己的才华,选择到国外发展。
典型代表是弗拉基米尔·潘特科夫斯基,他曾获苏联国家奖,负责多个芯片开发项目,但苏联解体后,所有项目都泡汤了,他只好到英特尔当总工程师,开发出畅销全球的奔腾3系列芯片。
讽刺的是,2001年发布的130纳米版奔腾3,如今却成了俄罗斯要在2026年实现的目标。
6. 卷土重来?
苏联解体后,俄罗斯在相当长的一段时间内对电子工业采取了松懈的态度,大部分芯片依赖进口。
2005年,俄罗斯采用的进口芯片比例已高达95%,即便是格洛纳斯导航卫星等该国重要设备中,国产电子元器件比例也仅有50%。
在国产芯片数量少得可怜的情况下,相当一部分必须依赖进口光刻机等设备进行生产,而俄罗斯严重缺乏相关技术。
2014年,俄乌摩擦突然爆发,俄罗斯与西方关系急剧恶化,这时他们才想起要大力发展自己的电子产业。
即使如此,还是赶不上战争,现在芯片没了,生产设备没了,核心病又爆发了。
对于俄罗斯来说是否已经太晚了?
但事实并非如此。
从民用市场来看,这已经不再是一个由美国一统天下的时代。
即便全世界对俄罗斯实施制裁,只要中国不加入对俄制裁,俄罗斯的民用汽车、电子数码设备、通讯基础设施、油气提炼、小型无人机等事关国计民生的领域就不会陷入瘫痪。
从军事角度来看,由于军用芯片通常对尺寸和能耗没有那么高的要求,即使是350nm的芯片也足以支撑绝大多数装备的制造。
至于高端芯片领域,一方面,目前的芯片技术路线遭遇瓶颈,只要俄罗斯能够不断进步,就一定能够在一定程度上缩小与世界的差距。
另一方面,俄罗斯原本也没有想到要与中美等国家争夺全球产业链主导权。
俄罗斯以前的问题是过于相信西方自由主义全球化,甚至失去了可以拯救自己生命的武器。
现在它决定捡起它,这对它来说无论如何都是一件好事。