Varför moderna avancerade vapen och utrustning alltmer förlitar sig på avancerade marker
Vad är ett avancerat chip? Det finns ingen strikt definition eller enhetlig uttalande på den internationella arenan. Numera hänvisar det folk i allmänhet kallar ett chip till en krets integrerad på ett kiselblock. Så avancerade chips hänvisar i allmänhet till ett kvalitativt steg baserat på vanliga chips, det vill säga digitala logikkretsar eller specialkretsar som kan programmeras på plats med högre integration, snabbare hastighet och starkare funktioner. Olika marker användes i stor utsträckning i moderna vapen redan på 1990 -talet.
Men sedan det nya århundradet har gått in i en tid med informationskrig och nätverkskrig har andelen elektronisk utrustning i vapensystem snabbt ökat, och efterfrågan på avancerade marker har också ökat snabbt.
Ta den femte generationens amerikanska jaktplan F-35 som ett exempel. Det är känt som världens' s första fighter utformad helt i enlighet med kraven för informerad verksamhet, eftersom det kan uppnå" sömlös kompatibilitet" med det nuvarande amerikanska militärets' s stridsystem. I strid existerar F-35 som en nod för en informationskrigföring. Det integrerade elektroniska krigföringssystemet som är utrustat ombord är utformat för att maximera pilotens' s förmåga att uppfatta hela slagfältets situation; dess elektroniska krigföringsfunktioner i ett plan kan till och med nå prestanda för professionella elektroniska krigsflygplan.
I händelse av krig kan F-35 dela information med alla amerikanska vapen och utrustning i luften och havet i den amerikanska militärens' s stridsystem. Hur gör det här? Den utländska auktoritativa" Jane' s Defense Yearbook" säger att den" har utrustats med chips över hela kroppen" ;!
Inom missiler, radarer och flyg- och rymdförsvarsvapen har de mest använda avancerade chipsen, förutom de vanliga ADC/DAC-chipsen med hög hastighet och hög precision, i allmänhet tre aspekter, en är själva vapendatorn . Speciellt för bomb-ombord- och flygdatorer är kraven på chips extremt strikta. Det andra är kommunikationschipet; det är ryggraden i många kontrollcentraler för vapenkommunikation. Till exempel C2BMC i THAAD i USA förlitar sig på det för att förverkliga globala nätverk. Den tredje är att räkna DSP (Digital Signal Processing) och FPGA (Field Programmable Gate Array) -chips som ofta används i amerikanska radar och som upprepade gånger har fått namnet av det amerikanska handelsdepartementet.
Huvuduppgiften för elektronisk utrustning i moderna vapensystem är helt enkelt att ta emot information och utmatningsinstruktioner efter bearbetning och snabb beräkning för att styra utförandekomponenterna. Ta modern radar som ett exempel, dess datahastighet är så hög som dussintals gånger per sekund, det vill säga beräkningen slutförs en gång i en bråkdel av en sekund. Därför krävs att informationsbehandlingschipet har realtids-, snabba och stora kapacitetsberäkningsfunktioner. För närvarande är de mest använda algoritmerna konvolutionsoperation och Fouriertransformation.
Dessa två operationer är ett stort antal iterativa processer för multiplikation och ackumulering, och det är det enklaste att använda moderna signalbehandlingschips. Moderna signalbehandlingschips har upplevt fem generationer av produkter sedan de lanserades 1982. Det skiljer sig mycket från tidigare höghastighetsmikroprocessorer: För det första kan det slutföra 32-bitars multiplikation och ackumulering i en instruktionscykel, och tiden är bara 1-2 nanosekunder; den andra är multifunktionell; och kan bearbetas parallellt; den tredje är den så kallade" Harvard-strukturen" ;.
Det är en minnesstruktur som skiljer programinstruktion lagring och datalagring. Den har en oberoende adressbuss och en oberoende databuss, och de två bussarna delas och delas av programminnet och dataminnet. På detta sätt övervinns flaskhalsen för dataströmöverföring och beräkningshastigheten förbättras kraftigt.
När det gäller FPGA innehåller den ett stort antal grindkretsar, vilket gör chipet mer integrerat, snabbare och mer pålitligt. I synnerhet har den förmågan att omprogrammeras (omkonfigurerbar) i systemet, inklusive programmerbara logiska block, programmerbara I/O och programmerbara interna ledningar. Som informationsbehandling har FPGA en tendens att ersätta DSP.
Majoriteten av designers är användare av chipet, naturligtvis används de &." Till exempel har FPGA eller DSP, välkända FPGA-tillverkare i USA, som Xilinx (kinesiska namnet Xilinx), Altera, etc. etablerat försäljningskontor i Kina, med tillräcklig tillgång och omfattande tjänster, och även utvecklingsverktyg är redo till dig.
Varje gång en ny modell släpps kommer vi att utbilda dig gratis, vilket underlättar ditt designarbete och kan till och med göra många "innovationer". Naturligtvis tjänar dessa företag mycket pengar, vilket är ungefär vad vissa kallar ett" win-win" ;. En senior akademiker uttryckte det bra: Många prestationer är nu baserade på användningen av utländska marker; och de hävdar ofta att de är nummer ett i världen. Detta är inte" att klä upp imorgon med vad andra gjorde igår" ;!
Vi kan se från de publicerade data och bilderna på S-300 (som S-300-2-systemet som säljs av Ryssland till Grekland) att dess brandkontrollradarsignalbehandling också använder FFT-teknik. Varje radarkanal för radarn förverkligar också Doppler -hastighetsgrenen genom FFT -drift. Men Ryssland består av småskaliga integrerade kretsar (IC).
En distanskanal måste göras till ett skåp, medan USA bara behöver en bit FPGA- eller DSP-chip (och ADC/DAC-chip med hög hastighet och hög precision) och ett kretskort. Därför känns ryska elektroniska apparater ofta dumma, stora och grova och ses ofta ned på vissa inhemska forskare. Men Ryssland har sina metoder, vilket inte hindrar hans S-300 och S-400 från att bli luftförsvarsmissilsystem i världsklass.
Varför kan vi inte göra chips som amerikaner?
Jag har aldrig arbetat med halvledare och chips. Det är inte kvalificerat att göra oansvariga kommentarer om det aktuella chipproblemet. Men det kan återspegla vissa användningsvillkor och åsikter från användarens' s synvinkel. Den 18 april 2018, andra dagen efter att USA meddelat" förbud mot försäljning&", höll Institute of Computing Technology vid Chinese Academy of Sciences ett rundabordsmöte med experter i Peking. Mötets namn var" Varför kan&inte göra chips som amerikaner?" ;. Enligt rapporten från en reporter från" Economic Observer" som deltog i mötet, diskuterade experterna under mötet en hel dag och åsikterna var olika, men de lyckades fortfarande inte komma med ett positivt svar.
Men mötet återspeglade fortfarande en del viktig information. Till exempel nämnde vissa experter Kinas &: s superdator som ett exempel. Den har vunnit första plats i internationella tävlingar många gånger med den snabbaste beräkningshastigheten.
Enligt experten användes dock amerikanska marker för de första sex gånger (författare' s notering: det bör referera till de sex på varandra följande mästerskapen i" Tianhe-2" superdator, som använde 80 000 Intel Xeons). Efter det amerikanska handelsdepartementet beslutade att förbjuda försäljning av relaterade chips till fyra relevanta kinesiska enheter i april 2015," Shenwei · Taihuzhiguang" superdator utvecklad 2016" utrustad med nationellt producerade chips" (författare' anmärkning: bör vara inhemskt producerade processorer)" Shenwei 26010" ;. Har den så kallade" bär" hänvisa till en del av det?). Slutligen vann han mästerskapet igen i den internationella tävlingen med en flytande beräkningshastighet på 930 miljoner gånger per sekund. Därför sade experten att" förbud mot försäljning" är också en katalysator, vilket ger forskare en känsla av kris, och har till viss del påskyndat utvecklingen av Kinas' s oberoende chips.
Som alla vet är chipindustrin en industri som kräver en stor mängd tidiga kapital- och talanginvesteringar, och det är en bransch med en relativt lång avkastning på investeringscykeln; det måste också överlämnas, generationer av uthållighet, hårt arbete och iterativ och innovativ ackumulering kan utvecklas till idag. Toppen.
Experter vid mötet påpekade att nästan alla världens jättelösningar inom halvledarindustrin startade på 1970- och 1980 -talen, med lång tid och enorma talanginvesteringar i utbyte mot dagens teknikackumulering. Kinas halvledarindustri missade tyvärr en guldålder. Efter reformen och öppnandet, även om vi inte spenderade mindre tid, har vi också gjort världsberömda prestationer inom området låg- och mellanklasschips. Utvecklingen av avancerade marker beror dock på marknadens konkurrensmekanism, och det är svårt att komma ikapp med nivån i USA.
Under 1990-talet förespråkade några framsynta forskare som Ni Guangnan och andra oberoende kärnteknologi och föreslog att rikta in sig på de viktigaste kärnchippen i USA (som Intel' s Xeon) för att övervinna svårigheterna med höga -änd chipteknik; och föreslog att de inte är rädda för upprepade misslyckanden. , Och kommer definitivt att vinna i slutändan.
Vissa experter och ekonomer menar dock att det är bättre att köpa chips än att göra chips, vilket är den så kallade" marknaden för teknik" teori; och de oroar sig inte för att USA lätt kommer att överge Kinas' s enorma marknad och stora vinster. Vissa ledare som förespråkar marknadsorientering är också noggranna med stora investeringar och höga risker. Detta gör att Kina' s chipindustri misslyckades med ett tillfälle igen.
Nyligen publicerade en taiwanesisk media (China Times Electronic News) en artikel med titeln" Apocalypse on Cross-Strait Semiconductors" som uttryckte en rak uppfattning om denna fråga. Huvudidén med artikeln är: Båda sidor av sundet lägger stor vikt vid halvledarindustrin, och utgångspunkten är liknande (samtidigt introducerade de produktionslinjer från NEC i Japan respektive RCA i USA). Fastlandsregeringen &: s stöd för halvledare överstiger långt Taiwans. Halvledarteknik är en kunskap som kräver hårt arbete och långsiktigt fokus. Spetsteknisk forskning kräver en hög grad av professionalism hos vetenskaplig och teknisk personal. Men nu, när det gäller tillverkningsprocesser och avancerade integrerade kretsar, är fastlandet verkligen fortfarande sämre än Taiwan (?).
En av anledningarna är att den unga vetenskapliga och tekniska personalen på fastlandet alla är i statliga företag, och de har ingen känsla av kris. Naturligtvis finns det ingen känsla av brådska, och jag är rädd för svårigheter, så jag behöver inte gå in på de esoteriska principerna och nyckelteknologierna. Vissa unga har dålig professionalism och är angelägna om att bli rika så snart som möjligt. Vissa medier har för vana att skryta och tror att de redan är nummer 1 i världen. I slutet av artikeln påpekas att" ödmjukt lärande och frågande, och långsiktig fokus och koncentration är de enda sätten att lyckas." Argumenten i denna artikel är fortfarande objektiva och värda att överväga.
När jag tittar på det aktuella chipproblemet från vapen och utrustnings perspektiv känner jag alltid att vissa experter och forskare saknar en viktig faktor i deras övervägande, vilket är" kampberedskap." Amerikanerna betraktar chippet som ett slags krigsförberedande material. Varje gång vi inför sanktioner och förbud mot försäljning använder vi ursäkten&för nationell säkerhet." USA: s stora strategi idag är att innehålla Kina. Kan det låta den kinesisk-amerikanska win-win-situationen fortsätta länge? Detta påminner oss om debatten i mitt land på 1980 -talet om huruvida Kina ska utveckla ett eget Beidou -navigationssystem eller inte.
Vissa forskare motsätter sig det, med motiveringen att världen använder USA: s GPS, och Beidou är dyrt, och även om det är byggt kommer det inte att kunna konkurrera med USA i framtiden. Dessutom kan GPS inte stängas av eller krypteras, så att USA själv inte kan använda den. Men i vissa lokala krig och militära övningar i vissa länder efter 1990-talet stängde USA av GPS-relaterade funktioner och använde krypterad störning, vilket visade att åsikterna från kamraterna som förespråkade lanseringen av Beidou var korrekta.
Orsakerna till den dåliga nivån på mikroelektronikteknik och chips i fd Sovjetunionen och Ryssland är komplicerade. Enligt den ryska litteraturen finns det dock tre huvudsakliga skäl: För det första den globala övergången från elektroniska rör till halvledare på 1960 -talet. De tidigare sovjetiska tjänstemännen på hög nivå trodde att halvledare var mycket mindre motståndskraftiga mot kärnstrålning än elektronrör och försökte sitt bästa för att förespråka utvecklingen av små elektronrör. Detta fick Sovjetunionen att missa det gyllene tillfället från början.
Det andra är att Sovjetunionen har främjat" ternary system" under en tidsperiod (det vill säga +1, 0, -1 istället för det binära 1, 0), vilket är oförenligt med det binära system som generellt främjas i världen, vilket slösar bort mycket tid och energi. Den tredje är att fd Sovjetunionen distribuerade mikroelektronikindustrin till de deltagande länderna för att balansera de deltagande ländernas intressen.
Sovjetunionens kollaps ledde till fragmentering av halvledarindustrin. Efter ett decennium av ekonomisk chock har Ryssland upplevt en långsam ekonomisk återhämtning och kan inte helt återfå sin tidigare ära. Därför, om du gör ett riktningsfel i kärntekniska frågor, är förlusten ofta enorm. Stenar från andra berg kan användas för jade, och dessa lektioner har hjälpt oss att undvika att upprepa samma misstag.
Sedan Ukraina-krisen 2014 har Ryssland upplevt sanktioner från väst, men man har kunnat lansera nya vapen i världsklass efter varandra. Till exempel, inom luft- och rymdförsvar, togs femte generationens stridsflygplan Su-57 i produktion, fjärde generationens luftförsvarssystem S-400 var i drift, femte generationens luftförsvarssystem S-500 träffade framgångsrikt mål, och den nya generationens strategiska anti-missilsystem A-235 Combat duty och så vidare.
Västra reportrar överdrivna: Ryssland" skickar ofta ut kyliga påminnelser!" ;. Därför ifrågasatte vissa läsare att Rysslands&grundläggande branschnivå är dålig, och mikroelektroniktekniken har alltid varit Rysslands': s brister. Ryssland har lanserat dessa nya vapen i världsklass, men det saknar mikroelektronikteknik i världsklass och avancerade chips. Ryssland betonar också att självförtroende i princip inte använder främmande komponenter (väst förbjuder också försäljning av avancerade elektroniska enheter). Hur löste rysk vetenskaplig och teknisk personal denna motsägelse?
Jag analyserade en gång hur Ryssland löser denna motsägelse i artikeln" Varför finns det ingen chipskris i Rysslands': s banbrytande vapenforskning och utveckling?" Kort sagt, det är att förlita sig på idén om" oberoende innovation" ;. För att vara mer specifik är man att förlita sig på den vetenskapliga och tekniska personalens' s designfilosofi om" stärka styrkorna och undvika svagheter" ;. Utnyttja fullt ut Rysslands' s grundläggande tekniska fördelar inom missilflygmekanik, tröghetsstyrningsteknik och anordningar, motorer, mikrovågsugnsteknisk vakuumteknologi och analoga kretsar, och lita på uppfinningsrikedomen hos rysk vetenskaplig och teknisk personal att göra upp för bristen på digital teknik. Denna ersättning är inte en enkel ersättning, utan en innovation.
Som författaren gav ett exempel i artikeln" Chip Crisis" använder Ryssland en heterogen kristalloscillator som en ackumulering av mellanfrekvenssignaler, och dess volym är ännu mindre än för en integrerad krets, vilket är ett typiskt framgångsrikt exempel. Rysk vetenskaplig och teknisk personal utnyttjar sina styrkor och kringgår svagheter, å ena sidan av hjälplöshet, men å andra sidan har de främjat ny utveckling och framsteg inom analog kretsteknik.
Den andra är att förlita sig på den vetenskapliga och tekniska personalen' s" systemet först" designfilosofi. Det senare hänvisar till" nivån på vapenkomponenter kan vara genomsnittlig, men systemnivån, inklusive vapensystemets prestandaindikatorer och vapentillförlitlighet, måste vara förstklassig." Till exempel inom flyg- och rymdförsvarsvapen, från ryska ledare till chefsdesigner för missilsystem, inser de tydligt att Rysslands grundindustrier är mycket sämre än USA: s, och de bör söka sanning från fakta för att utveckla sina egna flygvapen.
De har två oskrivna designriktlinjer:
Det ena är att vapensystemet inte kan krävas för att överträffa USA på ett allsidigt sätt, eller att vara det första i världen i alla indikatorer. Ryssland orkar inte konkurrera med USA på ett allsidigt sätt. Därför måste vi förstå huvudindikatorerna, lösa de viktigaste motsättningarna och få huvudindikatorerna att leda världen.
För det andra kan inte all utrustning och komponenter i systemet vara av första klass, men oberoende innovation av varje utrustning krävs för att maximera dess styrkor och undvika svagheter så mycket som möjligt. Den främsta strävan är effektivitet och stabilitet, hög tillförlitlighet, och inte medvetet driva användningen av avancerade komponenter och avancerad teknik, bryr sig inte om utseendet på lite" dumt, stort, grovt" ;. De huvudsakliga divisionerna syntetiserade sedan ett luftförsvarsmissilvapensystem i världsklass med enastående huvudprestanda och nivå. Denna oskrivna regel har hyllats av en del västerländsk litteratur som" golden rule" för Rysslands' s vapenutveckling.
Författaren tycker att detta är mycket upplysande för oss. I den föregående etappen visade mitt lands' s vetenskapliga och tekniska kretsar en viss drivande stämning, det vill säga att alla samhällsskikt måste överträffa USA på ett allsidigt sätt och hävdade att många aspekter har redan överträffat USA. Faktum är att vi tar high-end-chips som exempel, det kräver långsiktigt hårt arbete för att komma ikapp klyftan mellan oss och USA.
Även då är det omöjligt att föreställa sig att alla avancerade flisvarianter kommer att hinna med USA. Faktum är att så länge som några större sorter hamnar på eller närmar sig världsklassnivån, är den väldigt bra. Naturligtvis måste kärntekniken vara i våra egna händer. Vapenutvecklare förföljer vapen i världsklass, och han bryr sig inte' om de marker som används är världens' s första.
För att innovera självständigt måste vi ha innovationsanda. Till exempel designen av det ryska S-300-systemet, deras vågar att förnya är fortfarande värt vår referens. Det första är bandval. American Patriots använder C -bandet. De ryska teknikerna föreslog att använda ett högre X-band för att ytterligare förbättra radarens prestanda. Men det var stor risk då. Det är inte bara svårt att utveckla och leverera komponenter.
Produktion av nyckelfelsökningsutrustning" X-band stor antenn nära fälttestsystem" krävs för fasad radarradar är också osäkert (det krävs att installera en testram på ett testställ på flera meter).
När provtagningshuvudet rör sig i tre dimensioner när som helst är positioneringsnoggrannheten inte mer än en hundradel av våglängden, det vill säga 0,3 mm). Men Ryssland vågade uppta denna tekniska höjdpunkt först och var först i världen med att utveckla ett storskaligt X-band närfältstestsystem.
Dessutom har amerikanska forskare och ingenjörskretsar alltid förespråkat användning av grenmatning (via ett stort antal kablar eller vågledargrenar) med avseende på den fasade radarantennmatningsmetoden och förnekat rymdmatningen. Rysk vetenskaplig och teknisk personal har dock gjort stora genombrott och framgångar inom rymdmatning. Vid en internationell radarkonferens i början av detta århundrade lyssnade USA: s radarexpert Baden på rapporten från den ryska chefsingenjören Yevremov. När han visste att rymdfodret formellt hade antagits på S-300 berömde han den ryska vetenskapliga och tekniska personalen. Innovativ anda och uthållighet. Och höll ett så intressant tal på mötet:
Västra fasade radarutvecklare för faser har varit engagerade i grenmatningsdesign sedan 1960 och tenderar att ignorera och avvisa detta sätt att rymdmata. ……. År 1988 trodde han att rymdfodertekniken inte var tillräckligt mogen. ……. 1993-1994 nämnde den detaljerade ämnesplanen som utvecklats av IEEEE-fasad matrisantenn inte ens rymdmatningsgruppen. Denna attityd hos det västra radartekniska samhället överlämnade all utveckling av rymdfoderarrangemangsteknik till de ryska ingenjörerna, så att de kunde komma in i detta tomma utrymme energiskt.
Eftersom Rysslands' grundläggande vetenskapliga forskning är mycket gedigen, tror alla att så länge Rysslands': s ekonomi förbättras ytterligare, kommer dess mikroelektronikteknik och avancerade chipteknik säkert att få ny utveckling och ta av. Annars kan mikroelektronik på låg nivå bli en flaskhals för Rysslands &: s vidareutveckling av informatisering och nätverksvapen. Därför lär vi oss av Rysslands' s erfarenhet av utveckling av banbrytande vapen, och lär främst av andra människors' s designidéer och anda av oberoende innovation och att våga förnya, snarare än att efterlikna hans specifika metoder.
Omvägarna som görs av kärnanordningar som mikrovågsrör i mitt land visar också att vägen till att "ersätta teknik med marknaden" är obrukbar.
Faktum är att erfarenheter och lärdomar som liknar denna ZTE -incident inte är första gången. Under 1980- och 1990-talen, när USA, Sovjetunionen och andra länder gjorde stora ansträngningar för att utveckla en ny generation mikrovågsugn med hög effekt elektroniska rör för att utrusta en ny generation högeffektradar, betonade vi marknadsekonomin och spelade gongar och trummor för att stänga av olönsamma elektroniska rör. I fabriker och universitet stängs elektriska vakuumfag som inte är populära bland studenter (det sägs att mikrovågor är skadliga och elektriska vakuummaterial är skadliga).
Vissa experter oroar sig för att det inte kommer att finnas några efterträdare. Ett trovärdigt koncept har bildats hos vissa': s sinnen: elektronrör släpar efter transistorer, transistorer släpar efter integrerade kretsar och integrerade kretsar ligger efter chips. Om du behöver det kan du spendera pengar för att köpa det på utländska marknader.
Det var inte' förrän senare som västförbudet förbjöd försäljning av mikrovågsrör med hög effekt till mitt land som det kom fram. Rysk vetenskaplig och teknisk personal är smartare än oss i detta avseende. Deras mikrovågsugns elektriska vakuumteknik är mycket hög och unik. De har spelat en stor roll för att främja utvecklingen av Rysslands&avancerade vapen.
Varje år i vårt land anordnar ministeriet för industri och informationsteknik" China Integrated Circuit Industry Promotion Conference" ;. 2016 och 2017 deltog en av mina elever i det andra passet. Efter att han återvänt förmedlade han situationen för konferensen och den pinsamma situationen i mitt lands&chipsindustri. År 2017 nådde produktionsvärdet för mitt lands' s integrerade kretsindustri 500 miljarder yuan, vilket stod för cirka 11% av den globala andelen, medan mitt lands' s Taiwan stod för 16%. I kö av rörelseintäkter finns det ingen på fastlandet i världens topp 20 halvledarföretag, medan Taiwan har tre shortlistade företag inklusive TSMC.
mitt lands årliga import av amerikanska halvledarprodukter, främst avancerade chips, uppgår till 230 miljarder US-dollar, vilket är jämförbart med vår militärs utgifter på ett år. Flera amerikanska chipjättar har tjänat mycket pengar på den kinesiska marknaden utan undantag, men under årens lopp har de upprepade gånger använt nationell säkerhet som en anledning att använda den stora pinnen av immateriella rättigheter. De kommer att förbjuda försäljningen av den här ett tag och sanktionera den en stund. Det företagets' s syfte är att kväva mitt lands': s chipindustri och hålla kärntekniken i sina händer för alltid.
& quot; chip incident" är verkligen en dålig sak, men det kommer sannolikt också att bli ännu ett gyllene tillfälle för utvecklingen av mitt lands&#high-end chips. Enligt mina studenter uttryckte många vetenskapliga och tekniska personal vid det andra mötet att de ville arbeta hårt. Det fanns också en grupp återvändande vid mötet, varav några hade sysslat med chipteknologi utomlands i många år och ville använda sin expertis för att tjäna fosterlandet när de återvände hem. Och uppmanade också kollegor som fortfarande är utomlands att inte missa chansen. Vid mötet lade de också fram parollen" Patriotiska forskare kommer att arbeta tillsammans och China Chip kommer snart att stiga" ;.
I slutändan är vetenskap och teknikstrid en talangstrid. Så länge politiken är rätt värderas talanger och alla krafter som kan förenas tror jag att Kinas avancerade marker snart kommer att stiga.
