俄罗斯芯片，为什么不怕卡脖子？

俄乌战争开打80个小时之后，在一个介绍乌俄两国军事力量的视频下面，我看到一个问题：俄罗斯的军事装备不用芯片吗？美国怎么不制裁他们？

答案是：

当然制裁了，而且没停过，但俄罗斯表示：根本不怕。

民用领域更好理解，因为俄罗斯对消费端高端芯片的进口量很小，本就对外不存在依赖；

军用方面则相对复杂，现代军事装备、航空航天，芯片的使用几乎无处不在，俄罗斯自有芯片产业非常落后，又面临全球一轮又一轮技术禁运，早就被制裁麻了，但偏偏还能一批又一批推出世界一流的新武器……

他们怎么做到的？

没有脖子，你卡哪？

先来说民用领域。

俄罗斯是一个非常特殊的“超级大国”——它几乎就没有成规模的民用半导体产业。

一句话：哥们儿没有脖子，你卡哪？

形成这种现状的原因是多样的。

首先是历史原因。

苏联施行的是计划经济体制，对外通过“经互会”协调小弟们的经济活动，加勒比海的古巴生产糖，经济发达的东德生产精密仪器，身处热带的越南生产大米......对内有中央计划委员会，产业都是按区分配的，乌克兰种田养牛，哈萨克斯坦采棉花，白俄罗斯造卡车......活像九年义务制教育，房子买哪了就在哪就近入学，想换个赛道发展还得先搬个家。

苏联当时为了平衡各加盟国利益，将微电子产业拆开分配到了各个加盟国。苏联解体后导致俄罗斯的半导体产业变得非常碎片化。

苏联主导的“经互会”旗帜

其次是技术路线选择的原因。

我前面说过，俄罗斯是个极为特殊的国家，由于二战、冷战的因素，和一些地缘政治原因，俄罗斯在选择技术发展路线的时候，首先考虑的一定不是“能不能赚钱”的产业化问题，而是“能不能保命”的国防安全问题。

集成电路技术的起步时期刚好也是美苏冷战时期，苏联考虑到核打击的威胁，在晶体管和电子管两个技术路线之间，优先选择了抗辐射能力更强的电子管技术。 电子管的小型化的确存在先天限制，但那个时候也的确没人想到，晶体管的小型化竟然能够发展到纳米级。

技能点有限，科技树一朝点错，后来发生的事，大家都知道了。

最后是经济原因。

俄罗斯分到了苏联的大部分遗产，但祖传的不止有产业，也有仇恨与警惕。苏联解体，北约却没打算解散，结果就是俄罗斯打从生出来，这辈子就没睡过一个好觉。一会是车臣，一会是格鲁吉亚，一会北约又要东扩。不是分家的兄弟起了领土争端，就是作妖的宿敌见缝插针给你使坏，以至于国家始终都生存在一个群狼环伺，不小心就会被生啖血肉的高压环境之下。

苏联留下的本就是一个国民经济破败不堪的局面，轻重工业发展极不均衡，高压环境致使民营经济极其落后，且很难有机会得到发展。2004-2007短暂经济复苏，2008年就和格鲁吉亚打了一仗；2011年之后经济刚有逐渐复苏的迹象，却又被和乌克兰的冲突打断，也就是我们都知道的克里米亚事件。

半导体产业是一个典型的资本密集型产业，需要大规模、长时间的持续投入，才能看到结果。 但常年的内忧外患，使得俄罗斯民营经济自己都举步维艰，更顾不上发展出手机、平板这些民用消费电子产业。前几年EDN曾报道过俄罗斯的一款智能手机Yoga phone，双面屏幕，支持电纸书阅读，后来没多久这个Yoga Devices公司营运状况不佳，就在2019年宣布破产了。

这一切的结果，就是如今俄罗斯民用和消费电子市场占全球份额还不到2%。而美国半导体工业协会（SIA）2021年的一份声明显示，俄罗斯的半导体采购量还不到全球半导体采购量的0.1%。其中民用半导体采购量占比就更是微乎其微。

工程能力的神迹

但民用微电子产业的近乎空白，并不意味着俄罗斯就完全没有半导体产业。

目前俄罗斯主要集成电路制造商为两家：Микрон和Ангстрем公司，前者提供65-250纳米制程工艺加工能力，后者提供90-250纳米制程工艺，拥有8英寸晶圆厂，两家公司主要提供军用、航天和工业领域产品。

在这方面，美国的制裁其实一直都没停过。2016年，Ангстрем在泽列诺格勒的一家工厂为了更新制程工艺，向AMD购买必要设备期间，被美国商务部加入了制裁名单，交易随即被迫中止。该公司随即陷入债务危机，濒临破产边缘。后来是前身为原苏联电子研究所的НИИМЭ与俄罗斯政府共同出手，联合Ангстрем最大债权方VEB.RF（俄罗斯国家开发集团）对其进行了破产重整，才将公司保留了下来。

俄乌开战前后的这几天，美国最先宣布落实的两轮对俄制裁手段，也是切断关键技术供货。 其中包括了半导体、计算机、信息与通信、传感器/激光、导航/航空电子、海洋、航空航天等7个领域的57项可用于军事目的的项目和技术。

欧洲几乎是同步响应的，紧接跟上来的日本、韩国、中国台湾，几乎也都是在微电子领域的先进国家和地区，其宣布的对俄制裁措施中，有相当一部分和半导体有关。但其实俄罗斯半导体最大的进口供应者，是中国。

2016年1月，俄军一架本土产海鹰-10无人侦察机在顿涅茨克地区坠毁

乌克兰人拆解后就发现了中国著名的单片机公司宏晶科技单片机

我国的芯片产业水平，我们以前深入解读过很多次了，能够出口的大部分都不是什么高精尖产品，虽然可以支撑普通的军事装备，但对尖端军事装备的研发来说肯定不够用。

基础工业水平差，微电子技术又一直是俄罗斯的短板，还要被西方一轮又一轮制裁，俄罗斯却能一批又一批推出世界一流的新武器……

这种看上去很不科学的现状，来源于俄罗斯科学家极其扎实的基础理论能力，和近乎逆天的系统工程能力。

拿美国的爱国者-3和俄罗斯的S-300-2相控雷达来说，二者都采用了先进的脉冲多普勒体制。雷达中以信号处理部分用数字芯片最多，最常用的是富利哀变换运算（FFT），可以快速算出目标信号的多普勒频率有多大，然后根据多普勒效应的公式推算出目标速度。

The S-300 (NATO reporting name SA-10 Grumble)

美国的逻辑是——给雷达装最先进的芯片，把算力堆起来解题。

而俄罗斯在没有高端芯片的时候，在雷达中使用了一种他激晶体振荡器（模拟电路）作为中频信号积累，其体积虽比芯片要大，但比一般集成电路要小，可以替FFT的基本功能。虽然由于元件的小型化有先天不足，做出来的装备比较看起来比较“傻大粗”，但从核心效果指标上来说，基本可以达到与爱国者同等水平。

美国一批雷达专家，专门喜欢研究俄罗斯雷达的优势和软肋，并积累了大量资料和数据。他们对俄罗斯S-300雷达系统设计的评价，是“高性能，低成本，低功耗”。

其中有大量让美国专家们称赞的自主创新之举，比如S-300采用了X波段（爱国者和常规雷达大部分为C波段），还利用了低损耗波导进行微波传输，加上独特的收发隔离技术，将S-300的天馈系统的总微波损耗降到了5dB左右。但爱国者雷达天馈系统的损耗可高达7-12dB。理论计算表明，微波损耗每降低1dB，,就可使雷达作用距离增加6%。

美国人的设计原则，通常是利用最先进的技术，采用最先进的元器件，达到最先进的水平。而俄罗斯人的设计原则，是只要能够达到最先进的水平就行——元器件可以不用最先进的，技术可以不要最高精尖的，我只要效果能达到最好的就行。

这就是所谓的系统工程能力。不追求使用最先进的元器件和最先进的技术，但整体系统水平和可靠性、稳定性必须一流。

用某同事的话说，俄罗斯人实在擅长把一堆破烂组合在一起，变成一个能够横扫千军的人间大杀器。

基础研究是一切工程能力的基石

俄罗斯这些曲线救国，出奇制胜的招数，大大降低了没有高端芯片给其国防军工力量带来的影响。虽然外形看上去不那么精致，却并不妨碍俄罗斯的S-300以及后来的S-400、S-500等成为世界一流的防空导弹系统。

但话说回来，这种解题思路，还是被逼出来的。而且在军事、航天上可以替代高端芯片的解题思路，也完全不适用于产业化。

要用极高的系统工程能力解决一个特定的问题是可行的。但它只适用于对单一技术问题的科研攻关，在不考虑成本和良率的军工产业可行，但在需要考量成本、良率、投资回报率、工业化生产效率等综合解决方案的产业化领域，则完全行不通。

中国也经历过这种运动式攻关半导体产业技术问题的阶段，我们在1960年成立过以中科院半导体所为代表的大批研究机构，同期还在全国建设了数十个电子厂。这些电子厂虽然初步搭建起了中国半导体工业的“研发+生产”体系，保证了“两弹一星”等一批重大军事项目的电子和计算配套，但在产业化方面的成就寥寥可数。

改革开放之后，我国的国家部委组织了三大“战役”，1986年的“531战略”，1990年的“908工程”，1995年的“909工程”，由于并不持续的投入方式，和这种专注于单一技术问题的科研攻关，最后都未能显著缩小我们和海外半导体产业的差距，反而陷入了“引进-建厂-投产-落后-再引进”的恶性循环。

很多事情，最终还是要交给市场来做。

俄罗斯军事工业对高端芯片功能的替代方式，真正值得我们借鉴的，是系统解决问题的思路，以及背后支撑了这种解题思路的，强大的基础理论研究水平。

知乎有个答主自述，其接触到的任何一个工科学科，找一篇有一定程度数学基础的论文，然后找到它的参考文献里，理论性最重要的一篇，然后再找这篇的参考文献，一次迭代，五步以内，必是俄文。

一个学科的基础理论，是一通百通的，这才是一切系统工程能力的根源，也是一切人间大杀器无法跳脱的起点。

参考资料：

环球网《从武器装备的观点看当前芯片问题》

环球网《俄罗斯的"他激晶体振荡器"是如何替代芯片功能的？》

Ангстрем公司公告，俄罗斯电视台报道等

首款基于新型神经网络的雷达芯片诞生

来源：内容编译自「newelectronics」，谢谢。

近期，欧洲研究与创新中心Imec推出了世界上第一个使用尖峰递归神经网络处理雷达信号的芯片。

通过模仿生物神经元群操作来识别时间模式的方式，imec的芯片功耗比传统实现方案少100倍，同时延迟减少了十倍，几乎可以立即做出决策。例如，可以仅使用30 mW的功率对微型多普勒雷达信号进行分类。

该芯片可以调整体系结构和算法，以处理各种传感器数据（包括心电图，语音，声纳，雷达和激光雷达流），它的第一个用例将包括创建低功耗、高度智能的防碰撞系统，如无人机雷达，它可以对接近的物体做出更有效的反应。

人工神经网络（ANN）已被证明可在广泛的应用领域中使用，例如，已被用于汽车工业中常用的基于雷达的防撞系统。但是，人工神经网络有其自身的局限性——它们消耗的功率过多，无法集成到越来越受约束的（传感器）设备中。此外，人工神经网络的基础架构和数据格式要求数据在做出决定之前要经历从传感器设备到AI推理算法的耗时过程。因此，Imec决定使用尖峰神经网络（SNN，spiking neural networks）。

imec的神经形态感应程序经理Ilja Ocket表示：“这是世界上第一个使用递归尖峰神经网络处理雷达信号的芯片。SNN的运行与生物神经网络非常相似，在该过程中，仅当感觉输入发生变化时，神经元才会随时间稀疏地发射电脉冲。这样，可以显着降低能耗。此外，该芯片上的尖刺神经元可以循环连接，即将SNN变成一个学习和记忆时间模式的动态系统。该技术是自学系统研发的重大飞跃。”

该芯片最初设计为在功率受限的设备中支持心电图（ECG）和语音处理。由于其通用架构具有全新的数字硬件。在设计上，还可以轻松地对其进行重新配置，以处理各种其他传感输入信号，例如声纳，雷达和激光雷达数据。

与模拟SNN相反，imec的事件驱动数字设计使该芯片能够像神经网络仿真工具所预测的那样精确且重复地运行。

imec描述了一个涉及无人机行业的用例，该应用甚至比汽车行业还要多，它与受约束的设备（例如容量有限的电池）一起工作，这些设备需要对环境的变化迅速做出反应，以便对接近的障碍物做出适当的反应。

“我们这款新芯片的旗舰用例包括为无人机创建低延迟、低功耗的防撞系统。在靠近雷达传感器的地方进行处理，我们的芯片可使雷达传感系统更快、更准确地区分正在接近的物体。反过来，这将使无人机几乎可以立即对潜在的危险情况做出反应。” Ocket解释说。“目前，我们正在探索一种方案，该方案以自主无人机为基础，这些无人机依靠其车载摄像头和雷达传感器系统进行仓库内导航，在执行复杂任务时与墙壁和架子保持安全距离。这项技术还可以用于许多其他用例，从机器人方案到自动导引车（AGV）的部署，甚至健康监控。”

“该芯片可以满足业界对真正从数据中学习并实现个性化AI的超低功耗神经网络的需求。在创建过程中，我们召集了来自imec各个领域的专家，从培训算法的开发和以神经科学为基础的尖峰神经网络架构到生物医学和雷达信号处理，以及超低功耗数字芯片设计。imec做了大量研究工作，”imec物联网认知感知程序总监Kathleen Philips 总结道。

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