最快的国产芯片（科工力量搞出国产芯片）

【文/科工力量 柳叶刀】

微软收购TikTok的谈判仍在进行。8月5日，CNBC的报道说：如果交易成功，TikTok运营的全部代码，将从中国转移至美国，包括1500多万行人工智能代码。短视频风口，美国科技巨头的反应慢了半拍。中国各类短视频应用野蛮生长时，Instagram还在享受着图片社交的霸主地位，YouTube垄断PC端，没想过改朝换代。脸书曾尝试推出Lasso、Reels，可惜都失败了。如今，围猎TikTok成了最佳的选择。

制裁、禁运、封锁，都是西方国家的优秀传统。1950年，在法国巴黎，由美国牵头，联合欧洲各国，建立“巴黎统筹委员会”，也被叫做“巴统”。委员会明面上，对30多个社会主义国家，实行出口管制，实际上就是不想让苏联和中国，拿到最先进的技术。禁运物资名单中，电子计算机是重要的一项。

七十年前的计算机跟今天的笔记本可不一样，大得能塞满整个屋子。1946年，美国第一个研制出电子计算机，名叫“ENIAC”，占地170平方米，重达30吨。它采用电子管，控制电流的开和关，输送0、1信号，比起之前使用老式继电器，这是重要的技术升级。

新中国刚成立时，一穷二白。军事和科研项目，都急需电子计算机支持。国内既没有计算机科学研究，也没有计算专家，怎么办？两条路子，一是在高校开设专业训练班，招收有数学基础的学生，二是把尖子生送到苏联进修。

50年代，美苏的计算机研究水平几乎是同步的，美国搞出ENIAC后，苏联人马上拿出了MESM，虽然算力差一点，但体积更小，耗电量更少，皮实耐用。1956年，他们甚至研制出了三进制计算机。能有这样的科技水平，美国帮了很大的忙。苏联施行第一个五年计划时，还仅是个农业国，但恰好赶上全球经济危机，欧美的技术和设备产能过剩，一个有需求，一个要输出。1931年，美国出口的机器设备，一半卖给了苏联。斯大林格勒拖拉机厂里面的机器，基本上是从美国的拖拉机厂拆运过来的。

中国的电子计算机，是在仿制中学习技术。1954年，国家选拔100名学生到苏联学习，苏方只接受了30人。为了尽快掌握技术，留学生废寝忘食，省下生活费，购买书籍资料。1958年，中国研究人员，利用苏联提供的计算机图纸，成功研制出103、104电子计算机。正当中国有所突破时，不好的消息传来。双边关系恶化，苏联不再提供援助。西方禁运、苏联撤走专家，中国开始尝试自主设计计算机。

60年代初，美苏两国都研制出晶体管计算机，与电子管相比，晶体管体积小、重量轻、运行更稳定，但技术要求更高。西方国家认为，凭中国这点水平，不可能搞出晶体管计算机。咱们的研究人员，并没有因此放弃，为解决晶体管的稳定性问题，成功研发“隔离-阻塞振荡器”，也被叫作“康鹏电路”，以发明者的名字命名。1964年，中国哈军工成功研制全晶体管计算机441B-I，比美国仅仅晚了5年。

单从理论认识层面考虑，前三十年，中国的计算机与半导体研究水平，与美国的差距并不大。1974年，英特尔发布了大名鼎鼎的8080微处理器，指甲盖大的硅片上，集成了6000多个晶体管，奠定了英特尔电脑芯片的霸主地位。德州仪器、AMD、西门子纷纷仿制。这些后来者中，还有中国厂商。1979年，上海元件五厂和上海无线电十四厂联合，成功仿制8080处理器。研究人员，在缺乏精密仪器的条件下，通过“刨片子”方法，逆向工程，拆开芯片，用显微镜观察里面的布局，再依葫芦画瓢，复制一份。靠这种“土办法”，中国比日本和德国提前一年，实现仿制。在芯片设备制造领域，我们与欧美相比，也并非0和1的差距。同样在1979年，上海劳动仪表厂成功研制JKG-2光刻机，两年后，又研制了JKG-3，这系列光刻机至今仍在市场销售。中科院上海冶金所开发的离子注入机，还出口到了日本。

无论是50年代，引进苏联的技术资料，还是70年代，通过特殊渠道购买欧美先进设备，我们走得都是“消化吸收、融会贯通，推陈出新，举一反三”的路线，不仅没有对自主技术造成冲击，反而融入自己的工业体系。但与国外最先进的技术相比，差距确实存在。以集成电路为例，良品率低，故障频发。这是时代的局限性。1981年，日本集成电路的产量是中国的260倍，市场需求量高，厂家竞争激烈，逼迫产品质量提升，他们制造的集成电路自然比我们好。在那个年代，国内市场小，技术迭代失去动力。国家底子薄，只靠科研机构逆向工程，很难形成竞争力。

另外，经济过度依赖规划，效率降低，研究成果无法及时转化为商品。摩尔定律说，芯片上集成晶体管的数目，每18个月翻一番。显然，这一理论不适合所有情况。

80年代，对外开放，老一辈科学家辛苦积累的技术遇到挑战。西方的经济理论，冲击着中国人的思维。“造不如买，买不如租”风气盛行。计算机、半导体技术刚打下基础，又面临科研经费不断削减的困境。1987年，中科院计算所的大规模集成电路研究室都被撤销了。

这一时期，国内计算机市场看似繁荣，实际上是建立在外国核心技术上。企业成了组装厂，停止技术升级，依靠进口硬件维持生存。“市场换技术”，换来的却是组装技术。1994年，中国计算机企业超过8000家，绝大多数是搞销售服务的，从事硬件生产的不到300家。在北京的高科技市场中关村，货架上摆满了外国产品，大家争当“洋代理”。“x86”电脑像潮水般涌入中国，英特尔发展一代处理器，我们就更新一代。

当时有国内媒体评论道：“想以市场换来所有的技术，既没有可能，也没有必要”、“中国生产的计算机，一律是‘中国脸蛋，外国心脏’”、“CPU芯片技术被英特尔垄断，从事研究开发、批量生产需要投入几十亿美元，这种技术是换不来的，即使换来了，也吃不下，在这方面，中国正量力而行”。

进入新世纪，数字产业大爆发。它的结构类似倒三角，最上层是网络、电商、传媒、大数据、云计算，年产值高达十几万亿美元。支撑这个产业的下一层是数码电子系统，小到电子玩具、手机、电脑，大到超算，年产值大概有几万亿美元。数码电子的下层是芯片设计与制造，年产值4000多亿美元。最底层是半导体设备，这是地基，产值最小，最难掌控。没有精密的加工设备，就制造不了芯片，没有芯片，就失去数字产业的话语权。国内互联网巨头，不懂芯片，不懂设备，达到几千亿市值，靠的是市场模式和商业机制。抽去芯片产业这层地基，再高的摩天大楼都要崩塌。

制造芯片有三类最重要的设备：光刻机、等离子体刻蚀机、化学薄膜设备。用它们在芯片内部雕刻，就好比在里面盖房子，一层一层的盖，现在盖了多少层呢？差不多六七十层。这座高楼柱子的尺度，就是现在所说的芯片制程，28纳米、14纳米、7纳米。人的头发丝平均直径0.07毫米，7纳米恰好是头发丝的万分之一。在这样的尺度上雕刻非常困难。

现在要做光刻机，必须用德国蔡司的镜头或反光碗，这种反光碗有多难做呢？相当于把德国国土这么大的面积，平整到正负一毫米。蔡司是百年老店，德国的精密加工世界第一。荷兰ASML公司最先进的EUV极紫外光刻机，用的就是德国的反光碗。这样的设备，我们有钱也买不到。1996年，西方国家联合制定的《瓦森纳协定》规定，出售给中国的技术设备，按N-2原则审批，什么意思呢？中国能拿到的技术设备必须发达国家晚两代以上。2015年，中微半导体公司研制的等离子体刻蚀机，达到世界先进水平，美国商务部立马解除对这类设备的出口管制。

芯片能做到今天这样的精度，是全世界所有科学家努力的结果。如果哪个国家想把它据为己有，不切实际，也做不到。美国在芯片技术的开发上，确实起步早。但近30年来，半导体技术和产业一直向亚洲移动，75%的芯片都是在亚洲生产。美国要想建立一条芯片生产线，也要购买其他国家的设备和材料。

虽然不能完全掌控半导体制造，但美国凭借先发优势，在全球市场，抢先建立了Wintel体系和AA体系，主导数字产业。前者是英特尔的处理器（CPU）和微软的Windows操作系统联合，霸占个人PC和服务器市场。后者是ARM公司的处理器和谷歌的Android操作系统结盟，垄断移动智能机市场。其他的软硬件厂商，要想生存，必须依赖这一生态，在美国公司搭建的地基上，推出自己的产品，代价是失去自主权。

可是，有一批中国人却想要突破这一垄断体系。2001年，北京市在政府采购计划中，选择了国产Linux操作系统，放弃了微软Windows XP。负责这次采购任务的是俞慈声，她当时是北京市科委副主任，坚决支持国产软件。本来北京市考虑微软的产品和国产的，都采购一部分。但在和微软的谈判中，它们态度十分嚣张，操作系统和office软件捆绑销售，单独买，价格更高。而且Windows XP系统必须网上激活，连接到微软的服务器，这是巨大的安全隐患，之前不用网上激活的Windows 2000，它们不卖。微软不给一丝商量的余地，俞慈声和采购团队决定将订单全部交给国内企业。后来的政府采购中，国产软件的比例不断提高，而微软也主动降价。

在“华为”、“中兴”事件发生前，美国早就在芯片领域，卡中国脖子。2015年，美国商务部发布公告，将国防科技大学、长沙超算中心、天津超算中心、广州超算中心列入出口管制名单，理由是：中国研究机构用超算模拟核爆炸，危害美国国家安全。在此之前，中国超算“天河二号”的计算速度，连续四次获得世界第一。美国为什么有底气实施制裁？“天河二号”使用了近十万颗英特尔“至强”处理器。可惜制裁并没有起到效果，一年刚过，中国超算“神威•太湖之光”，又排名世界第一，它安装的“申威26010”处理器，纯国产。

Wintel和AA体系垄断全球市场，但没有彻底剿灭国产芯片制造企业。80年代后，国防、信息安全曾面临近20年“无芯可用”的问题。但中国人并没有放弃研制自己的芯片。无锡江南计算所，2003年开始研究高性能芯片，“申威26010”就是该所的成果，这家机构还有另外一个名字，“总参谋部第五十六研究所”，曾参与中国第一代电子计算机的研制工作。

除了无锡江南计算所，国产处理器研究领域，还有一家重要企业，“龙芯中科”，它起步于中科院。2001年，中科院计算所的几十名年轻人，在缺少经费的支持下，日夜奋战，研制出中国首款通用处理器“龙芯1号”。之后，该团队不断推出性能更好的处理器，如今已经逼近国际主流水平。2015年3月30日，第17颗北斗卫星成功发射，使用了中国制造的“龙芯”处理器，它在太空的抗辐射能力，已经接近美国高端抗辐射芯片的水平，而且价格更便宜。去年的国庆70周年大阅兵中，天上的飞机、地上的雷达，都使用了国产的“龙芯”。

上周，华为启动“南泥湾”项目，目的是，规避美国技术，制造笔记本电脑。华为官方并没有透露细节。“南泥湾”一词源于“南泥湾大生产运动”，抗日战争期间，先辈们在南泥湾开展大规模生产运动，克服经济困难，自给自足。前面提到Wintel体系，PC端的软硬件一直被微软、英特尔联合霸占，其他厂商只能依附生存。华为的“南泥湾”项目，是否能打破该垄断体系，值得期待。

50年代的封锁、80年代的垄断、近期的制裁，并没有吓唬到所有人，总有一批中国人不服输、不投降。好了，如果你喜欢我的节目，请给我个一键三连，或者是轻轻点个赞。我们的微博、微信、头条号、B站都叫“科工力量”，欢迎大家关注，那里会有更多的科技工业资讯和观点分享，我们下期再见。

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