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苏联电子技术世界领先,为什么俄罗斯造不出芯片?

酷玩实验室原创作品

“喜报,喜报,我国光刻机技术取得巨大突破,可以自主生产 350nm 芯片!”

基本上所有的俄罗斯媒体,最近都在报道这个重磅消息,根据塔斯社的说法,这款350nm工艺的光刻机已经组装完成,并且通过了测试,很快就可以投产。到 2026年 ,俄罗斯有望造出 130nm 工艺的光刻机。

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图片来源:塔斯社

俄国科技博主们直接高呼“乌拉”,评论区也是集体狂欢,仿佛俄版的“轻舟已过万重山”。

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俄罗斯人在狂笑,吃瓜网友们也在狂笑。

大家严重怀疑新闻是不是多打了一个0,或者自己是不是穿越了。

哪怕不关注科技新闻,光是看看广告都知道,现在市面上主流的手机芯片,已经用上5nm或者4nm工艺,14年前的iphone,都用了45nm的工艺。您这350nm的芯片,真不是拿着放大镜手搓出来的?

再说2026年掌握130nm工艺的宏伟蓝图,虽然看起来进步神速,但是你细究下就会发现,人类开始普及130nm芯片,已经是遥远的2001年,这哪叫突破,这叫 考古 。

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2001年发布的奔腾3 130nm版

01 芯脏病大国

这种嘲讽,估计俄罗斯人已经内心毫无波澜了。

俄乌战争爆发后,俄罗斯受到了全方位制裁,各种芯片自然也是断供了。

因为电子工业非常落后,一些并不算先进的芯片,俄罗斯也难以自给自足,导致严重缺芯,不少领域都闹了笑话,之前网上就盛传,俄罗斯已经窘迫到要拆洗衣机、电冰箱,拿里面的芯片给武器用。

西方报道的真实性,可能有点存疑,但俄罗斯自己揭的短也能提供充分的笑料。从2022年开始,西方制造商停止向俄罗斯联邦储蓄银行交付银行卡芯片,为了解决危机,节约库存,俄罗斯联邦储蓄银行大量拆解用户捐出的 旧卡 以及无人认领的 遗失卡 ,把里面芯片的数据清除之后,装到新卡上。

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按俄媒说法,这种转移工艺的不良率居然高达40%。

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图片来源:cnews

比这个更窘的,可能是俄罗斯高科技公司新推出的PC产品Akinak。该产品号称使用了自研芯片,可以打破封锁。

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Mobile Inform Group生产的Akinak电脑

连宣传语都是 “来自俄罗斯,为了俄罗斯人”。

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图片来源:Mobile Inform Group官网

但媒体仔细一扒才发现,这玩意集成了4个A53核心,Cortex-A53 是ARM公司在2012年发布的微架构,也是古董级了,而且当年主要用在手机平板上,在2024年用这东西做PC,只能说勇气可嘉。

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更悲催的是,由于俄罗斯自己缺乏芯片生产能力,这个考古成果只有10000份库存,都是制裁开始前找海外工厂做的,现在还没找到新的代工厂。

02 好汉要提当年勇

俄罗斯电子工业的地狱笑话,还有很多很多,一天都未必能说完。

不过要放在几十年前,估计是没人敢笑苏联的,红色帝国的电子工业,曾经让整个西方颤抖。

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1945年,美国成功研制了世界上第一台可编程的电子通用数字计算机,埃尼阿克 。这头巨兽重量超过30吨,占地170平米,而且耗电量极大,有传闻说,它工作的时候,周围居民区的灯都会变暗,而且可靠性极差,一半的时间都在维修。

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短短五年后,苏联就推出了更为先进的MESM计算机,占地仅60平方米,却拥有埃尼阿克60%的算力,功耗还大幅降低,可靠性也远好于前者。

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MESM

苏联各大研究所又开发了众多型号的计算机,性能在当时都称得上世界一流,虽然有些老型号具体参数已经丢失,但我们仍然能从历史进程中,感受到它们的强大。

1956年12月投入使用的 Strela 计算机,为 载人航天计划 进行了大量计算,极大地缩短了准备期,最终让苏联得以抢先将尤里·加加林送入太空,在气势上力压美国。

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1975年,美苏进行太空项目合作,同样一份太空任务遥测数据,使用BESM-6的新型计算机的苏联科学家,比NASA早半小时完成处理工作。

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BESM-6

插句题外话,中国电子工业,也跟苏联息息相关。比如,我们的第一代大型计算机,103机,就是按照苏联BESM系列的图纸进行仿制改进的,它为 两弹一星工程 做了大量计算,还在化工、民用等领域大展身手。

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103计算机

苏联的电子工业之强大,并不仅仅体现在大型计算机领域。

在50年代,他们就开始大力发展移动通讯技术,沃罗涅日市通信研究所研制出了 “阿尔泰”移动电话, 把尺寸缩到一个鞋盒大小,而同时期的美国设备,大到连汽车后备箱都放不进。

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在很多国家还在拍电报的时候,苏联就已经能通过城市高处的“阿尔泰”基站,覆盖几十公里内的无线通话。

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在70年代,苏联的许多家用电器已经借助电子技术实现了自动化,比如尤里卡洗衣机,就率先实现了自动计时排水。

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苏联利沃夫工厂生产的mini便携电视,更是率先实现了走到哪看到哪的神奇体验。

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当任天堂game boy风靡全球的时候,铁幕另一侧的苏联孩子,也在玩着他们的红色游戏机,IM-02。

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苹果的Apple II电脑大卖特卖的同时,苏联也掏出了同类型的个人PC,Agat。

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03 点错科技树

看多了苏联时代的电子工业成就,再想想俄罗斯今天的惨状,你可能会更加疑惑,他们是怎么把家底败光的,并且发出全小将式感叹。

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这事情还要从底层技术讲起。

刘慈欣在《三体》中对计算机的工作原理做了非常有趣的还原,海量的士兵进行非常基础的二进制计算,通过负责挥舞两个不同颜色的旗帜来表达计算结果,传递给上层军官,从而将结果汇总整合,计算出高难度的三体问题。

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《三体》

对于现实中的计算机也是,基础单元进行简单计算,在系统中集成海量的单元,就可以得出复杂的计算结果。

在电子工业的起步阶段,各国都采用 真空电子管 作为计算单元,美国的埃尼阿克就采用了18000个电子管,苏联的MESM则使用了6000个电子管,电子管的体积非常大,这就导致了早期的计算机都是巨人级。

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这还没完,电子管的技术源头其实是灯泡,它在工作时会产生大量的废热,还会白白消耗掉大量的电,启动前甚至还需要预热。电管子本身也比较脆弱,不管是埃尼阿克还是MESM,都需要每天进行检修,替换掉损坏报废的电子管。

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埃尼阿克上的电子管

西方和苏联的科学家,都早早意识到了电子管的局限性,并且开始研究替代方案。

在1947年,三位美国科学家利用 半导体材料 制造出了 晶体管 ,这东西同样可以作为基础计算单元,而且体积小、重量轻、能耗也少。

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随后西方又攻破了晶体管小型化、平面化技术,这使得将电路集中制造在半导体晶圆表面上的,在极小的区域内,融入海量的计算单元,这就是所谓的 集成电路 ,或者通俗点,叫 芯片 。

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显微镜下的集成电路

同样是1947年,苏联科学家也在秘密实验中,掌握了晶体管的原理和基本工作。但苏联仔细斟酌后,并没有继续发展晶体管,而是当做不实用的技术搁置了起来。

其中一个很非常重要的原因是,他们发现晶体管难以承受电子脉冲,而核弹爆炸必然会产生巨大的电子脉冲,会导致晶体管失效,集成电路烧毁。

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苏联高层坚定地认为,核大战一触即发,当百万苏军在蘑菇云的陪伴下冲过铁幕,他们那些由电子管控制的武器依然坚挺,而西方那些娇贵的晶体管设备早已失效,只能束手就擒,然后在史书上留下又一个资本主义笑话。

当然这只是原因之一,另一个问题在于路径依赖。

受当时的科技所限,早期的芯片面临 半导体材料不纯 以及 工艺不达标 等等问题,大规模生产时良品率极低,性能提升也相对缓慢。

反而是成熟的电子管,还能进一步挖掘潜力。苏联是这方面是公认的龙头老大,50年代末,瓦伦丁·阿夫杰耶夫院士攻破了 电子管小型化技术 ,成功将电子管尺寸缩到原来的几分之一甚至十几分之一,可靠性也大大增强。

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这项发明不仅让苏联的大型电子管计算机性能飙升,也让战机、坦克等武器可以搭载更加复杂的电子设备,完全满足当时的需求。

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一边是遥遥领先的成熟技术,一边是不靠谱的新玩意,讲究实用主义的苏联,毫无意外地给晶体管下达了死刑判决。

“苏联以后不要搞晶体管 ,集中力量搞电子管小型化 。”——苏联最高领导人 尼基塔·赫鲁晓夫

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04 走上歪路

当苏联沉醉在自己的电子管成就中,西方正在另一条赛道上狂奔。

随着半导体材料和集成电路工艺越来越成熟,西方的芯片也以恐怖的速度进化。英特尔的创始人之一戈登·摩尔,提出了著名的 摩尔定律 ,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍,也就是芯片性能翻一倍。

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在整个20世纪,摩尔定律不断在西方电子工业应验,这对于苏联来说,是接连传来的“噩耗”。

对手的电子设备已经越来越精密和小型化,性能也越来越强悍,芯片已经在民用设备上迅速普及,军队也广泛使用,无论苏联科学家怎么改进电子管,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都使用了芯片之后,终于慌了,决心转型发展芯片。

考虑到差距太大,害怕追赶不上的苏联高层决定,把任务交给更为高效的机构,也是他们最信任的机构, 克格勃 。

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70、80年代,克格勃安插在海外的间谍,不断窃取西方科技公司的数据和资料,甚至直接将芯片和电脑样品偷运回苏联,供科学家们拆解研究。

苏联科学家也真的虎,再复杂的东西,也只需要一到两年就可以复制出来。不管是大型计算机,还是个人PC或者游戏机,又或者是芯片,苏联人摸到了,就能搞出对应的复刻版。

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气得美国工程师直接在芯片上刻俄语嘲讽, “当你足够关心偷走最好的东西,就会看到这句话”。

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克格勃和苏联科学家一起发力,让苏联和西方之间技术差距迅速缩小,从表面上看,该有的设备都能造出来。

但这只是表面,还记得摩尔定律吗?每隔两年芯片性能翻一倍。

即便苏联科学家个个都有写轮眼,这种复制模式也注定了芯片技术要落后一代,当芯片性能不断增长,“落后一代”所代表的差距还是会越来越大。

更大危机在于,很多所谓“成功复制”的产品,只是在实验室里面复刻了,苏联并没有拿到对应的生产技术,在大规模推广的时候,还是遭遇了良品率低、质量不过关等一系列问题,导致产品 又贵又不好使 。

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再加上当年苏联实行 计划经济体制 ,普通人买不起这么贵的芯片和电脑,而那些工厂机构只是被动接受分配,难用也得硬着头皮用。

研发者和生产者无法从市场中获得正面或者负面的反馈,自然就不知道改进的方向,也缺乏改进的动力。所以,苏联通过逆向工程取得的成就,始终没有转化成正向研究。

直到戈尔巴乔夫时代,苏联高层才意识到,简单的复制无法解决问题。

他们终于下定决心要在芯片领域投入巨资进行正向开发,利用苏联科研人员力量雄厚、熟练工人数目众多的优势赶上西方。

作为计划的关键,苏联决定为所有学生提供计算机教学,这可以制造高达100万台的广阔市场,解决产品无处可用的困境。学校培养出足够的人才之后,不仅有新血液加入研发队伍,各行各业也将普遍使用计算机工作,进一步增加需求。

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苏联首款大规模进入校园的电脑, BK-0010

这个计划看起来还不错,但我们站在上帝视角就知道,此时距离苏联解体已经不远了。

05 前功尽弃

1991年11月23日深夜,停泊在黑海岸边的库兹涅佐夫号航母,突然启航向着外海驶去。

船员们已经得到了“苏联即将解体”的密报,各加盟共和国正在火速瓜分家产。为了给新生的俄罗斯海军留下一点脸面,船员们驾驶这艘原定归属乌克兰的航母,逃离港口,开回了俄罗斯。

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俄罗斯能靠着军人们的忠诚,从苏联的庞大遗产中多分一艘航母,或者几百台坦克,但抢不到更重要的东西——产业。

在苏联时期,为了平衡各个加盟共和国的利益,苏联高层有意将原本可以集中的产业拆散。像电子工业,就分配一大半给了波罗的海三国去发展,也就是今天的 立陶宛 、 爱沙尼亚 以及 拉脱维亚 ,还有一部分则是给了 白俄罗斯 。

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当年下这个决策的人,可能并不觉得这有什么风险,谁又能想到 牢不可破的同盟 有朝一日会支离破碎呢?

与俄罗斯有着历史仇恨的波罗的海三国,在苏联解体后几乎立刻就翻脸不认人了,白俄罗斯也是若即若离,保持着微妙的关系。

结果是,无数研究者一觉醒来,发现跟自己对接的国内工厂,已经随着镰刀锤子旗的降下变成了海外工厂;而工厂也发现,自己本该收到的图纸和数据,已经成为了隔壁邻居的国家机密。

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原本还在奋力追赶西方的苏联电子工业,这下被彻底打断了腿,各种项目完全瘫痪。

而俄罗斯自己根本没有精力去救这个摊子,毕竟要命的事情太多,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完全付之东流,大批的科研人员失业,他们不愿意浪费自己的才华,纷纷选择到国外去发展。

这里面的典型代表就是弗拉基米尔·彭特科夫斯基,他曾获得苏联国家奖,本来主持着好几个芯片开发项目,结果苏联解体后项目全部告吹,他只能跑到了英特尔当首席工程师,开发了畅销全球的 奔腾3系列芯片 。

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讽刺的是,2001年发布的130nm版奔腾3 ,现在居然成为了俄罗斯力求在2026年实现的目标。

06.卷土重来?

苏联解体后,俄罗斯在相当长一段时间里,对于电子工业都是抱着躺平态度,绝大部分芯片依赖进口。

2005年,俄罗斯使用 进口芯片 的比例已经高达 95% ,在格洛纳斯导航卫星这种国之重器上,都只有50%的电子元器件是国产。

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少得可怜的国产芯片中,还有相当一部分,必须依靠进口的设备来生产的,比如说光刻机,俄罗斯就严重缺乏相关技术。

2014年俄乌摩擦骤起,俄罗斯与西方的关系也急剧恶化,到这个时候,他们才终于想起来要大力发展自己的电子工业。

即便如此还是没有赶上战争的时间点,如今芯片买不到了,生产设备也不给维护了,芯脏病当场发作。

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对于俄罗斯来说,已经太晚了吗?

这倒也未必。

从民用市场角度来说,现在已经不是美国一家独大的时代。

即便全世界都制裁俄罗斯,只要中国不加入对俄罗斯的制裁,它的民用汽车、电子数码、通信基建、油气炼化、小型无人机等等对国计民生至关重要的领域,就不会陷入瘫痪。

而从军用角度来说,因为军用芯片对于体积和能耗通常没有那么高的要求,哪怕是350nm的芯片,也足以支撑大部分的装备制造。

至于高端芯片领域,一方面目前的芯片技术路线正在遭遇瓶颈,俄罗斯只要能持续进步就能多少缩小与世界的差距。

另一方面来说,俄罗斯原本也不指望跟中美这样的国家去争夺全球产业链的主导权。

俄罗斯之前的问题在于,它太相信西方自由主义全球化那一套,以至于连自己保命的家伙都丢了。

现在它决定要捡起来了,这无论 如何对它都是好事。

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