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“芯片危机”会卷土重来吗?再论“俄尖端武器缘何没有芯片危机”_乐鱼体育登陆

时间:2021-08-23
本文摘要:“芯片危機”会重新来过吗?——再论“俄顶尖武器装备为何沒有芯片危機?”郭衍莹序言我于2018年8月9日曾在中国新闻网上发布了“从武器的见解看当今芯片难题”一文(后有好几家网址转截;有的将题型改成“俄顶尖武器装备为何沒有芯片危機?”),遭受许多阅读者的关心。许多 阅读者觉得,俄罗斯经济实力弱,电子信息技术落伍,又欠缺高端芯片,现又受北约成员国封禁和压力,但仍能持续发布一批又一批全球一流的武器装备;虽然中国俄罗斯体系不一样,但俄罗斯的成功经验仍有很多非常值得大家效仿之处。

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“芯片危機”会重新来过吗?——再论“俄顶尖武器装备为何沒有芯片危機?”郭衍莹序言我于2018年8月9日曾在中国新闻网上发布了“从武器的见解看当今芯片难题”一文(后有好几家网址转截;有的将题型改成“俄顶尖武器装备为何沒有芯片危機?”),遭受许多阅读者的关心。许多 阅读者觉得,俄罗斯经济实力弱,电子信息技术落伍,又欠缺高端芯片,现又受北约成员国封禁和压力,但仍能持续发布一批又一批全球一流的武器装备;虽然中国俄罗斯体系不一样,但俄罗斯的成功经验仍有很多非常值得大家效仿之处。

这一年多来,尽管从表层上看芯片危機好像有一定的缓解,但中美贸易摩擦磨擦仍未获得实际性处理。川普一再放话:“本次貿易封禁并不是完毕,只是开始!”。近期虽然新冠病毒仍在美国和全球席卷,美国抵制我国的妄图一刻都没有停止。一些政治家还持续制造舆论,放话要在疫情过后谋取中国与美国经济发展上彻底挂钩。

能够预料,新一轮的磨擦和更严格的芯片封禁或在没多久再一次开演。而新的封禁将更侧重于军工用高端芯片(由于美国商品更具备行业垄断)。因此我依据阅读者建议又干了些调查。

这篇“再论”,便是想在全文基本上和大伙儿作些进一步讨论;力求把一些基础难题搞清楚(如沒有高端芯片对武器装备创新性危害多少?俄采用什么关键对策填补沒有高端芯片产生的缺点?发展趋势军工用高端芯片产业链难题在那里?这些)。原文中所举个例子虽以海外相控阵雷达(俄S-300雷达和美国爱国者雷达)为例子,但它有一定象征性。由于顶尖武器装备(巡航导弹、战斗机等)中电子产品的比例越来越大。

阅读者能够融会贯通。一、美国顶尖武器装备(以雷达为例子)中应用高端芯片状况以美国爱国者防空导弹系统软件中的相控阵雷达为例子。美国人的设计原理,便是运用最优秀的技术性,选用最优秀的电子器件,做到最优秀的水准。

它用一部雷达(智能相控阵雷达)进行检索、追踪、直射、具体指导、火控等多种多样作用。而在雷达选用了很多高端芯片。

除开天馈系统软件中的R/S(收/发)微波加热芯片外,视頻下列电源电路大部分都选用高端数据芯片。除开务必用的髙速高精密ADC/DAC芯片外,大概也有三层面,一是电子计算机芯片,大多数是生产厂家设计方案的专用型ASIC。二是通信芯片;是许多 武器装备通讯监测中心的支撑。

相近美国部署萨德中的C2BMC,靠它完成与其他爱国者雷达连接网络。第三应算微波加热下列信号分析一部分很多聚集选用的,美国家商务部曾屡次训话的DSP(数据信号分析)和FPGA(当场可编程控制器门阵列)一类芯片了。雷达选用高端芯片后显著益处最先是体积重量大大的缓解,使武器装备更轻便、灵便。

这对一些武器是尤为重要的。次之,运作速率进一步提高,使性能参数大大提高。

最终,使武器装备更便于捡测、检修;进而提升 了武器装备整体特性。雷达中以信号分析一部分用数字芯片数最多。

说白了信号分析便是将接到的总体目标数据信号从噪音中获取出去,测到它的间距、视角和速率,随后向巡航导弹传出操纵数据信号(命令)。大伙儿了解,以往老雷达的信号分析是运用很多间距安全通道和数量诸多的速率安全通道(多谱勒过滤器),接受到的总体目标数据信号掉入哪一个间距安全通道和哪一个速率过滤器中,就能了解总体目标的部位和速率。

老方式不但机器设备负累,且速率比较慢,精密度比较有限。当代雷达的信号分析改成数字运算方式。而最常见的优化算法是和富利哀转换(FFT)计算,能够迅速算出总体目标数据信号的多谱勒頻率有多大,随后依据多普勒效应的公式计算计算出来总体目标速率。

这类计算实际上便是很多的乘积和累积的迭代更新全过程。现阶段一些优秀雷达的数据信息率达到每秒钟数十次,也就是不上零点一秒整个机械就需要进行一次计算和操纵。因而规定信息资源管理芯片具备即时,迅速,大空间测算作用。

用当代信号分析芯片最简单但是了。海外的数据信号分析芯片(DSP芯片)水准首先推荐美国企业商品。从1982年面世迄今,已历经五代商品,它与以往髙速微控制器有实质的不一样:一是它能在一个指令周期内进行32位系统加法和累积计算,時间还不上1纳秒;二是智能;且可并行计算;三是选用说白了“哈佛结构”。它具备一条单独的地址总线和一条单独的系统总线,且都有各的储存器。

那样也就摆脱了数据流分析传送的短板,巨大提升 计算速率。近些年DSP芯片技术性持续提升 (最大数字时钟达到2GBHz),商品不断创新。比如全新材料,某海外企业的商品,在100MHz实际操作命令下,进行32位系统1024FFT所有计算,仅需50细微。对于上世纪八十年代末盛行的新式FPGA,它包括很多可编程控制器的逻辑门(可以多至20000门之上),使芯片更一体化,速率更快,可信性高些。

尤其是具备系统软件内可再程序编写(可重设)的工作能力,包含可编程逻辑块,可编程控制器I/O和可编程控制器內部联线。做为信息资源管理,DSP许多 主要用途被FPGA所替代。从运用视角看来,DSP适用系统软件较低抽样速度、低数据信息率、多标准实际操作和繁杂的多优化算法每日任务;系统软件应用浮点。

而FPAG适用系统软件髙速抽样速度、高数据信息率、框架图方法程序编写、解决每日任务固定不动或反复。系统软件应用指定。因此 二者功效能够相辅相成。

事实上现阶段常见的软件系统便是FPGA DSP构造。FPGA关键对高速数据开展预备处理,减少数据信息的速度,随后将数据信息赠给DSP,去完成繁杂的优化算法。

二、俄罗斯雷达沒有高端芯片对武器装备创新性的危害。美国的爱国者-3和俄罗斯的S-300-2相控雷达都选用优秀的单脉冲多谱勒体系。

大家从已公布的材料和照片中见到(比如俄罗斯售给古希腊的S-300-2系统),二者的信号分析也都普遍选用FFT技术性。雷达每一间距安全通道也是根据FFT计算来完成多谱勒速率环路。但美国用的是DSP或FPGA芯片,每一个间距安全通道只要用一片FPGA或DSP芯片和一块pcb电路板(上面有髙速ADC/DAC芯片和开关电源操纵)。

而俄罗斯的雷达则关键有二种方法,一种是用小规模纳税人集成电路芯片(IC)来组成FFT电源电路;另一种是高频累积电源电路再加上数字模拟过滤器构成(基础理论证实这二者是等效电路的)。不管哪一种方法,它的一个间距安全通道就得制成一个很大的服务器机柜。

因此 俄罗斯沒有高端芯片,虽也可以作出技术设备,但给人形象化最先是“傻大粗”。有些人粗略地测算,因S-300-2的间距安全通道最少有24个,(每一个间距安全通道又有很多速率安全通道),只此一项,假如用芯片来完成FFT,相比俄罗斯的方法,最少可变小容积三分之一。但是在整体性能参数层面,因为俄罗斯科研人员的聪明智慧和勤奋,包含采用科技创新,取长补短等对策,在关键层面大部分已摆脱了沒有高端芯片产生的缺点,从整体言大部分做到与爱国者同样水准。

三、 俄罗斯采用什么对策填补因为沒有高端芯片(及其电子信息技术落伍)产生的缺点?大家都知道,自前苏联解体后,俄罗斯经济发展一直算不上形势;他的GDP已持续很多年沒有进到全球排名前十位。在军用层面,电子信息技术和精细控制系统一直是俄罗斯的薄弱点。并且从前苏联起一直注重武器装备中大部分不应用国外的电子器件(客观事实是西方国家也严禁向俄售卖高端电子元器件)。

俄罗斯欠缺全球一流高端芯片和数字集成电路,却能不断发布全球一流的新武器装备,俄罗斯科研人员是如何解决这一分歧的?大家从很多材料中见到,她们便是借助“科技创新”的观念。实际说,一是靠科研人员“取长补短”的设计方案观念。

灵活运用俄自身在微波加热电源电路、模拟电路、微波加热电真空设备、惯性制导技术性和元器件等基本技术性层面优点,借助俄科研人员聪明智慧,填补电子信息技术的不够。这类填补并不是简易的取代,而经常是一种自主创新。创作者将在下面举一个典型性的取得成功事例:俄在S-300雷达中谢用他激晶振电路(模拟电路)做为高频数据信号累积,其容积虽比芯片要大,但比一般集成电路芯片要小,能够替FFT的基本要素。

不难看出,俄科研人员采用取长补短战略方针,一方面虽然是处于没办法,但另层面却促进它的模拟电路技术性做到前所沒有的高质量。二是靠俄罗斯有一支全球一流的控制系统设计团队。她们的设计方案观念是“系统软件第一”;实际说是指“武器装备中各构件的水准能够一般(某些乃至能够较弱),但系统软件水准,包含武器装备关键的系统软件性能参数和武器装备可信性务必一流”。

例如在空天防御力武器装备行业,她们的设计方案规则是:1,不可以规定战斗部指标值全方位超出美国,或是项项指标值世界第一。俄沒有能量全方位和美国拼比。

但能够把握住关键指标值,处理基本矛盾,使关键指标值技术领先。2,不可以规定战斗部中全部机器设备和构件全是一流的,但规定每个机器设备尽可能保证取长补短。

要追求完美成效尤其是高平稳、高靠谱,而不强加于人选用优秀电子器件和优秀技术性,不必在意容貌 “傻、大、粗”。最终由总师们综合性出关键特性突显,水准全球一流的防空导弹战斗部。

美国有那麼一批雷达权威专家(包含几个知名老权威专家)专业科学研究俄罗斯雷达的优点和软助,并累积很多材料和数据信息。她们觉得,俄罗斯S-300雷达系统软件是一个“性能卓越,降低成本,功耗”的设计方案。它最少在下列四个控制系统设计层面,胆大采用的科技创新的措施:(1)选用X波段(爱国者为C波段),要敢立在夯实基础。

使系统软件性能参数的提升 有非常大发展潜力。(2)用好几部雷达,而不是像爱国者用一部雷达进行检索、追踪、直射、具体指导、火控等智能。那样可使每一集雷达都达到最佳特性。

如检索雷达能够将无线天线方向图放低,并将无线天线搭建于船头上,进一步提高检索超低空飞行总体目标的工作能力(最少功效间距能致5米,称世界第一)。自然缺陷是系统软件较“负累”。(3)打破經典雷达基础理论的圈圈,胆大选用单脉冲反复頻率很高(达到好几百千HZ)的单脉冲多谱勒体系。使其雷达能在大航线内应对髙速机动性总体目标和杂讯影响的工作能力。

(4)采取一定的有效措施勤奋减少系统软件频射耗损,如微波加热传送用无耗光波导入的,天馈系统软件选用与众不同的收取和发送隔离技术等。美国权威专家可能,其天馈系统软件总的微波加热耗损约为5dB。这一5dB的定义就是指天馈系统软件要耗费总的微波加热输出功率的三分之二,仅有三分之一的输出功率散播至室内空间,变成合理输出功率。

但爱国者雷达天馈系统软件的耗损能高达7-12dB。基础理论测算说明,微波加热耗损每减少1dB,,就可使雷达功效间距提升6%。俄罗斯这种出其不意的伎俩,大幅度降低因为沒有高端芯片产生的缺点。俄武器装备机器设备虽傻大粗,并不防碍他的S-300及其之后的S-400、S-500等变成全球一流的防空导弹系统软件。

这也使普京大帝美国总统讲话拥有自信。如上年9月14日,沙特阿拉伯的化工厂遭到也门武裝的无人飞机和巡航导弹围攻,布署在周边的好几套爱国者PAC-2和-3系统竟然连总体目标也没有发觉。因此普京大帝亲自出去讲话,還是买我的S—400吧,可保证你一切顺利!国际性上一些权威专家也认可,普京大帝常说并不是谎话。

四、俄罗斯武器装备热销全球的窍门:好用,靠谱,降低成本,高效率,便于检修。美国一位军用权威专家甘斯勒专家教授在《21世纪国防工业军备竞技场》一书上说过:“俄罗斯先进武器具备降低成本,高效率的突显优势。

它在应用中尤其便于维护保养和检修,可信性高。具备优秀的规范化水准,这已不可动摇根植俄罗斯文化艺术中,并持续到二十一世纪的武器装备发展趋势中”。有的参考文献还大谈俄罗斯武器装备的风采,具体来说是:好用,靠谱,降低成本,高效率,便于检修。

俄罗斯科研人员富有刻苦钻研精神实质。为了更好地扬长避短,她们在模拟电路设计方案层面通常有一些恰当设计构思。下边举个典型性事例。俄罗斯雷达要完成单脉冲多谱勒,又沒有高端芯片,她们就自主创新用较简易的模拟电路-高频积分器来完成高频相参累积(理论上等效电路FFT)。

这类高频积分器事实上是一个外激晶振电路,它平常不震荡,而本身串联谐振则自动调谐在高频頻率;要是键入高频数据信号,它便会被鼓励而震荡。假如另加的是高频单脉冲,在单脉冲不断期内,晶振电路工作中并且做好增长幅度震荡。而在高频单脉冲间歇性期内,晶振电路停止工作,但因为它的Q值十分高,輸出能保持在等幅震荡值不会改变。待下一个单脉冲来临时,震荡力度再进一步扩大。

随后又保持在高些的等幅震荡值。这般晶振电路輸出伴随着单脉冲持续来临而持续升高,这就完成了高频单脉冲累积(图1)。这类高频积分器的关键性能参数(速率、精密度等)可与数据累积比美。

据报道,即便 是俄罗斯的S-400、S-500仍保存许多分立元件组成的模拟电路和控制模块。她们注重“承继中渐近改革创新”路面。

原形号的一些非核心部件,要是平稳靠谱,就不必随便升级换代。自然对重要一部分,她们還是甘愿花些气力,不断完善和升级。

针对模拟电路技术性,我总觉得中国特别是在高校教师们有一些误会;一是模拟电路早已落伍,因此 有的高等院校早已撤消这门基础课。二是模拟电路可信性一定比数字电路设计差。事实上我觉得,模拟电路做为一种基本技术性,在非常长一段时间内不容易“山穷水尽”。如今中国大学毕业学生到企业工作中后经常碰到很多模拟电路难题,而这种大学毕业生处理具体难题的工作能力很差,更别说有一定的自主创新,有一定的创造发明了。

五、发展趋势高端芯片产业链(以FPGA和DSP为例子)的难题在哪儿?先从FPGA谈起。美国知名的FPGA生产商有Xili nx(中文名字赛灵思公司,商品称Virtex系列)、Altera(商品称Stratix系列产品)、Actel(商品称PROAsic系列产品)三大伙儿,垄断全球90%之上市场。前二者都在我国开设市场销售组织,供应充裕,服务项目全面,连开发环境都给你准备好。

每发布一个新式号还完全免费给你学习培训,大大的便捷你的设计方案工作中。现阶段FPGA技术性仍在持续发展趋势。据Xilinx公司称,全新发售的kintex,选用16nm芯片;生产厂家还可依据你的要求在一片芯片上集成化几万个逻辑性列阵块,上百个18×18位加法,收取和发送頻率达到几十个GHz。

乃至能够帮你作出许多 “自主创新”。自然这种公司赚得盆满钵盈。而众多的设计方案工作人员是芯片的客户,她们自然是“拿来主义”;乃至还觉得是“互利共赢”。FPGA芯片即然在雷达探测等运用中至关重要,必定存有安全风险,更何况美国国家商务部早就对它点过名。

保禁止哪天出現“芯片危機”,此话并不是骇人听闻。那麼为什么不很早完成国内生产制造的。据专业人士说,在其中有许多因难。

最先是国际性市场彻底被Xilinx、Altera等二三家公司所垄断。因而它的专利权技术要求很高。迄今为止,这种公司现有9000多种专利权,搭建了一道牢靠的专利权碉堡,大大的地堵住了别的公司追逐和谋取共享资源之途。

比如当初intel也曾想挤进这一领域,它斥资了167亿美金回收阿尔特拉,但最终发觉只是是得到 进到FPGA领域的门票。尤其是Xilinx,它从上世纪八十年代刚开始,花销了30很多年的時间累积FPGA技术性和工作经验,才可以在该领域留有丰富的技术性和专业知识积淀。并把别的公司遥远抛在后面。第二 ,虽然FPGA在国防领域中应用前景宽阔,但民用型市场却很比较有限。

一般民用产品非常少必须那样很多而又髙速的计算。因而它总的市场偏小:据材料全世界半导体材料的市场总金额为4000亿美金/年,而FPGA还不上100亿美元/年。并且客户选购这般便捷,使创业者们和相关法律法规单位感觉不值投巨资去开拓新市场。

改革开放前在我国在军用界有一基础理论,叫“造船业比不上买船,买船比不上船舶租赁”。如今某些人看待FPGA等高档芯片的心态很象这类“船舶租赁论”的翻板! 再聊DSP状况。它和FPGA状况很相近,当今国际性上DSP芯片产业链基本上被美国几个公司所垄断。所不一样的,是这种公司大多数是美国的大公司。

如德州仪器公司(TI),它占有全球市场45%。它的TMS320C系列产品芯片热销世界各国。次之是AT&T公司,占有全球市场的29%。

再其次是AD公司,占有全球市场11%,虽是第三位,但在我国危害非常大。它ADSP系列产品和Tiger SHARC系列产品(在我国外号叫“沙虎”),因为设计方案上一些优势,多方面较高的特性价格对比,备受客户热烈欢迎。另一有别于FPGA的状况是,DSP芯片有很大的民用型市场,要比FPGA芯片宽阔得多。据二零一六年海外行业分析报告称,当初DSP芯片56%运用于通信领域,电子计算机占21%,国防上只占5%。

但是通信领域的56%中,非常大一块是作军工用的。总结1、由于海外对DSP和FPGA等高档芯片产业链的垄断,从国防安全安全性视角考虑到,应势在必行发展趋势自身的FPGA、DSP等高档芯片产业链。

这种武器必须的核心部件,不可以像民用产品那像彻底从市场经济效益考虑考虑到难题。最重要的是安全防范意识。2、一些基本技术性,比如数字集成电路技术性的文化教育不能取消,乃至也要提升。上世纪大家电真空泵下码的经验教训应当记取。

基本高新科技是不可以临阵磨枪的。


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