芯片是工業體系的三座皇冠之一,而生產芯片是搭在另外兩座皇冠(精密機床、精細化工)肩膀上才能崛起的皇冠。作者從70年代靠巧手回天發展的中國計算機工業說起,從點到面解釋了為何中國明明知道芯片不行,幾十年前為什么不發展芯片的原因。
1
巧手回天的中國計算機工業
從1969年開始,國外DG NOVA系列生產了五萬多臺,而中國仿制NOVA系列一共生產了多少?大概一千多臺。
從1971年開始,國外DEC PDP-11系列生產了二十多萬臺,中國仿制DEC PDP系列生產了多少?還不到二百臺。
從1978年開始,IBM PC(INTEL 8080/8086CPU)生產了一百多萬臺和二百多萬臺。中國仿制的IBM PC(INTEL X86CPU)系列生產了多少?總共十幾個型號大概三十多臺。越是晚出的越先進的型號,我們產量得越少。
人家從幾萬到幾十萬到幾百萬的量產規模,而我們是從千到百到十的不斷減少,從量產規模就越來越跟不上了。這個時候還要用個位數產量的面子工程討論什么“并不落后”,“縮小到僅落后X年”,難道不是滑稽嗎?
DEC PDP-11
到了80年代,通用芯片發展部門被砍掉的根本原因在于:美國從8080到80286的飛躍,所以我們當時連面子工程仿制的能力都沒有了,更不用說仿制品量產替代進口了。
芯片是工業體系的三座皇冠之一,而生產芯片是搭在另外兩座皇冠(精密機床、精細化工)肩膀上才能崛起的皇冠。
想一想中國的精密機床、精細化工都是什么時代才勉強追趕上世界第一梯隊水平的?也就這幾年而已。
70年代的中國計算機“工業”,還真有人相信神棍那些瞎編的什么“并不落后”,你知道是怎么一個“并不落后”法嗎?“機器不行靠巧手回天”都維持不下去了。
2
被降維打擊的工業水平
1979年,中國研制成功了一種完全由中國制造的大型計算機HDS-9,就已經是自力更生的頂峰了。每秒運算能力只有300萬次/秒,另外雙機并聯模式也只有500萬次/秒,而且不用進口部件不能穩定量產。
我們先不說克雷巨型機1975年就1億次/秒,1979年美國解禁允許向中國出售微機,INTEL的8086運算速度是800萬次/秒。
(注意以上都是只計算加法指令的情況下的數值)
真正的問題在這里:
中國自己制造的部件,停留在手工調校的直接接觸式光刻的作坊式生產,“機器不行靠巧手回天”,已經連量產百萬次水平的芯片都做不到,只能一年個位數的象征性產出。
后來干脆全部使用外國部件、中國自己設計制造,卻可以在1983年造出銀河億次計算機。(雖然剛剛過了1億次/秒,注意是真1億次浮點,氣象、地質、核物理等等高端領域都需要浮點性能,不是只要加法器湊數就行的)。
雖然那時候美國已經在量產5億次浮點速度的克雷巨型機了,但是中國至少證明了自己拋開基礎芯片工業水平,本身的系統設計水平并不低。銀河億次計算機能夠勉強滿足國防、科學、和工業生產需要。
克雷巨型機
但最大的打擊在于,龜兔賽跑中兔子并不會停下來睡大覺,當80年代中期美國芯片巨頭們開始引入步進掩膜***,引入計算機輔助布線設計、生產多層互聯結構的芯片的時候,中國發現,山寨不出來不說,更可怕的是,看不懂了!
步進曝光***,是基于工業體系的另外兩座皇冠(精密機床、精細化工)巔峰之作,對中國過去依靠科學家和頂級技工協助進行實驗室手工仿制是致命打擊。工業水平的降維打擊,完全摧毀了中國企圖“機器不行、靠巧手回天”的可能性。
3
守得云開不一定能見到月明
為什么中科院計算機所的大規模集成電路組解散?
芯片行業的發展,芯片的生產過程,越來越集合了整個工業體系中的每一個工業門類的最高精尖成果。
芯片行業的發展再也不是初期那種,召集幾個有獻身精神的科學家,一組心靈手巧的頂級技工師傅,就可以磨時間磨出一兩塊還算不落后的芯片,對內對外宣傳“中國也能行”了。磨再多力氣也手工不出來了,打腫臉充胖子也沒機會充下去了,那當然不應該把人力物力投入充面子都充不了的面子工程。
引入計算機輔助布線設計、生產多層互聯結構的芯片,讓過去靠刨片子、抄布線,逆向學習知其然不知其所以然的路也走到盡頭了。當你搞懂這一代芯片每一個部分起什么作用、為什么要這樣設計、要花的時間,人家已經推陳出新拿出下下下代產品了,把你甩到不知道多少后面去了。
中國芯片設計后來是追趕上來了,但是知其然知其所以然,主要原因是美國自相殘殺太厲害。
中國第一牛逼的計算機神威系列(神威太湖之光拿了超算TOP1),靠的是什么?90年代末在計算機領域牛逼了幾十年的DEC因為經營不善,破產了。而他們破產之前抱著跟大家(指IBM/INTEL)同歸于盡的想法,把技術上超級牛逼的Alpha 21164的全套資料給公開了!于是,申威一代又一代的學習、擴展,吃透,以及青出于藍。
神威系列計算機
但說實話,DEC的巨巨們1992年推出Alpha系列時那個自信滿滿的25年產品生命周期的路線展望圖,也只是截止到2017年。申威靠自己的努力在2016年突破舊資料的格局,實現了吃透再進化,進入異構眾核時代,是追上了大師的水平,但也還是得承認我們和DEC那群牛逼的距離還是很大的。
天河一號用的飛騰系列,靠的是什么?SUN的Sparc系列經營不善,破產之前把舊的各系列都給開源了。天河一號用的FT1000,在內核結構上就是SUN UltraSparc T2的開源數據的子孫后代。
SUN被Oracle收購以后繼續發展了兩代Sparc系列(T3/T4),沒開源。飛騰發現沒得抄了,于是干脆轉投ARM去了。飛騰/航天科工還有一個Sparc V8 32位系列的產品,對外叫天睿X-1000系,改走衛星平臺專用路線,不過這個倒是還在發展。
天河一號
華為麒麟系列,就是基于ARM核授權。現在也還沒解決ARM核的知識問題,生產也依靠***省的臺積電代工廠。例如最新的麒麟970也還是ARM的Cortex-A73核。
而且說實話,中國芯片設計業,有誰能不依靠美國那些芯片設計輔助軟件,包括軟件的布線數據庫?頂多是我們用的盜版不讓美國知道罷了。
華為麒麟芯片
龜兔賽跑,兔子不停下,烏龜不進化,是永遠也追不上的。但是當兔子里某幾只自殺了,舍己為人幫烏龜點化了一下,烏龜知其然而且知其所以然的程度越高,進化的程度也就越高,DEC公開的最徹底,申威系列也發展的最強。
就是現在***也趕不上,***里面的精密步進、精準光柵定位,都是直接從精密機床的技術轉化過來的,光源、掩膜,反射鏡,涉及如何生產精密光學產品的專用精密機床;光刻膠幾十種,全都是精細化工的頂級產品,中國剛剛才突破了幾十種里面的幾種。
不把數以百計的大坑都填平然后立起柱子來,你怎么發展芯片業?空中樓閣是建不了的。
還有些不明真相的奇葩前輩和不肯思考的奇葩后輩,每到這種事就跳出來硬說沒給科研投錢等等。去查一下就知道了,1985年科研三項經費總額有262億好不好,比1975年的39億多了何止一點點?
業內也談論過這個問題,最后得出的結論挺沉痛的。就算當初堅持下來,也只不過是多蹉跎十年,然后等張汝京來大陸創辦中芯國際的時候,除了帶來的那一百多***同胞作為可以打下手的骨干之外,我們也只有那么區區三五個人可以當打下手骨干而已。
如果多堅持十年二十年能守得云開見月明,倒也有資格在今天吃后悔藥。問題是多蹉跎十年也只是有資格當個打下手罷了,哪還輪得到吃后悔藥的?
4
結語
今天中國的問題恰恰不是“一個小小的芯片”,而是每年一萬多種、三十多億塊各種芯片的消費總和問題。
對于中國來說,一是都還沒有占到全球一半GDP,二是也沒有全球一半的科技人員,這就想一家吊打全球了?
幾十年前,全世界只有兩三億人口比我們窮,我們在全世界都是貧困的倒數國家。經過四十年不懈努力,今天我們趕超上去了,讓四十億人從原本比我們富有,變成比我們窮,被我們踩在腳下了。但是,諸位想想,我們中國才吃幾天飽飯。
今天能在電腦、手機屏幕前吃飽了撐著扯淡,那也是過去四十年努力的結果,在這個唯物主義世界,你并沒有主角的命,也沒有一個作者大神來為主角保送世界巔峰。
今天,中國從山腳下已經走到山峰上部,能夠趕超的國家已經差不多都趕超了。上面都是發達了幾百年的老牌資本主義強國,我們還是需要加倍努力攀登,打敗他們,使中華民族屹立于世界民族之巔!
不要扯淡說后悔藥,編造出虛假的過去的榮光,意淫自己有主角的命運,妄想有輕松省力從山腳直接保送世界巔峰的捷徑。
最后,與天下諸同志勉之。
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原文標題:中國明明知道芯片不行,幾十年前為什么不發展芯片?
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