隨著科技的發展,我國開始涉足高科技產業,其中最引人注目的就是晶片產業。為什麼晶片產業最受關注,因為無論是手機還是電腦還是其他的電子產品,晶片都是它們的大腦,是向系統發號施令的指戰員,沒有晶片我們的高新技術就會受到制約。
Tips:晶片,半導體元件產品的統稱。電路製造在半導體晶片表面上的積體電路又稱薄膜thin-film積體電路。
華為的5G制裁事件之後,美國霸道張狂的限芯令更是讓我們意識到要自主發展自己的晶片產業,才能不被別國卡脖子,斷後路。在5G制裁事件之前,普羅大眾並未如此關注過晶片產業的發展,但是美國屢次以此向我們施壓後,國人都明白了晶片對國家的重要性。
Tips:第五代移動通訊技術5th Generation Mobile Communication Technology簡稱5G,是具有高速率、低時延和大連線特點的新一代寬頻移動通訊技術,是實現人機物互聯的網路基礎設施。
在我們深陷於美國的限芯令的圍追堵截中,我們的鄰國俄羅斯,一個全國晶片90%都依賴於進口的國家卻並不懼怕美國的禁令,這是為什麼呢?
晶片發展史
上個世紀是一個風起雲湧、波濤壯闊的時代,誕生了飛機、火車、電話、電報、電腦等影響人類社會發展的劃時代的發明。多種多樣的電子產品,改變了人們的生活方式,拉近了人們的距離,人與人之間的溝通便捷,地球村的設想逐漸成為現實。這些電子產品執行的奧秘,就在於一塊小小的晶片。
Tips:電子產品是以電能為工作基礎的相關產品。電子產品在二十世紀發展最迅速,應用最廣泛,成為近代科學技術發展的一個重要標誌。
晶片的學名叫做積體電路,英文叫integrated circuit,簡稱IC,也稱微電路或微晶片。在電子學中,這是一種將電路,主要是半導體裝置集中裝載在半導體晶片表面上的小型化方式。積體電路是在電晶體和電子管的基礎上出現的一種新的方式。電晶體與電子管是早期的電子元件。
1883年,發明大王愛迪生正在為他的新發明電燈泡尋找最佳的燈絲材料,為了驗證那種銅絲是否能用作燈絲,他設計了一個小小的實驗來檢驗。但事與願違,銅絲並不是當燈絲的好材料,但是在這個過程中,他發現了一個特別的現象沒有通電的銅絲,卻在接受了碳絲的發出的熱電子後產生了微弱的電流。
TTips:托馬斯·阿爾瓦·愛迪生,世界著名的發明家、物理學家、企業家,被譽為“世界發明大王”。擁有眾多知名重要的發明專利超過2000項,被傳媒授予門洛帕克的奇才稱號!
但是當時他正在全力攻關電燈的燈絲,所以沒把這個現象當回事。不過出於有棗沒棗打三杆子的心態,他還是將這個效應命名為“愛迪生效應”,並註冊了專利。果不其然,這個不起眼的現象在後來成為,電子管發明的重要理論依據。
1904年,英國科學家弗萊明根據“愛迪生效應”發明了世界上第一隻電子管,也就是最原始的電子二極體。此後電子管的發明就如過江之鯽層出不窮。兩年之後就出現了它的升級版真空三極體,功能比電子管更多,且集震盪、檢波、放大三種功能於一身,推動了電子工業的蓬勃發展。
Tips:真空管Vacuum Tube,代表玻璃瓶內部抽真空,以利於遊離電子的流動,也可有效降低燈絲的氧化損耗;真空管被廣泛運用於生活中的各個角落。
收音機、電話等電子產品透過電子管的運用來到千家萬戶之中,豐富人們的精神生活。甚至連雷達、飛機等的發明都有電子管的一臂之力。但是隨著時代的發展,電子管在生產運用中暴露出體積大、易碎、能耗大、壽命短等缺點,人們迫切希望有更小、更快、使用壽命更長的電子器件來代替笨重的電子管。於是在社會迫切的需求中,電子管的升級版本電晶體就在萬眾期待下誕生了。
1947年三位美國科學家在實驗室中,成功設計出了一個只有三個支點的半導體固體元件,也就是電晶體。相對於電子管,電晶體的體積更小、耗能少、壽命長、耐衝擊耐振動、不易損壞等等優良特性,於是一經問世就成為電子工業的寵兒,幾乎是全面取代了電子管的地位。但是隨著電子技術的深入應用和電子產品的複雜化,單個電晶體已經不能滿足我們的需求了。
Tips:收音機是一種能收到電波運載來的聲音的電子機械發明把訊號載在電波上進行電信傳輸的人是義大利電氣技師馬可尼。
比如說,二戰末出現的那些轟炸機上就裝有成千上萬個電子管,而電子計算機所裝備的電子元件就更多,上世紀60年代的上市的通用型電子計算機中有10萬個二極體和2.5萬個電晶體。體積龐大的裝置,在焊接和組裝上十分困難,稍不留神就會出現事故。所以為了保證裝置的穩定執行,就需要給它減負、甩脫身上的“肥肉”。
上個世紀美蘇之間發生了一場不見硝煙的冷戰,正是這場戰爭促成了新技術的誕生。為了能夠超越蘇聯,美國投入了海量的金錢在電子裝置的小型化和輕量化上,最終在冷戰的刺激下,一種基於電晶體的新技術誕生,這就是深入日常生活的積體電路技術。積體電路技術誕生後,改善了原來電子器件沉重的、笨拙的印象,電腦、電視機等電子產品瘦身成功,不僅顏值更高了,功能還更齊全了,給人們提供了更舒適簡便的服務。
Tips:轟炸機是一座空中堡壘,除了投常規炸彈外,它還能投擲核彈、核巡航導彈或發射空對地導彈。轟炸機可以分為戰術轟炸機、戰役轟炸機和戰略轟炸機三種類型。
積體電路的出現使電子工業邁上了一個新臺階,如果說電子管是電子工業的形成期,電晶體是成熟期、那麼積體電路就是繁榮期,它開啟了一個新的時代。21世紀,隨著手機、電腦、平板等電子產品的普及,我們已經進入了一個高度發展的資訊化時代,晶片在社會發展中的地位也更上一層樓。
全球晶片發展
據統計,2020年全球半導體晶片的銷售額為4390億美元,比2019年增長了6.5%。其中美國作為晶片龍頭國家,他的銷售額佔全球的一半,約為2080億美元。美國晶片大製造商美光科技的執行副總裁Sumit Sadana還預測,2021年全球半導體市場將繼續擴大規模,全球銷售額將上漲到5000億美元。
Tips:大衛 科波菲爾是上世紀末美國最出名的魔術師,而克里斯 安琪兒是本世紀初美國最出名的魔術師。
根據我國海關的資料,2020年我國晶片進口額超過3500億美元,同比增長14.6%,創歷史新高,超過日本成為全球第二大晶片消費市場。
但是由於美國“限芯令”的簽發,我國用於高階技術的晶片十分稀缺,讓華為、中興等大型企業面臨無米下鍋的窘境。就目前而言,美國這一波降維打擊是擊中了我國在5G等高階技術的痛點,倒逼我們去研發自己的高階晶片,但這需要時間,於是美國就能從容佔領5G 市場份額,趕超我們,手段不可謂不狠辣。
Tips:華為手機支援遠端操控,遠端控制是利用無線或電訊號對遠端的裝置進行操作的一種能力,遠端控制通常透過網路才能進行。
但是我們的鄰國,俄羅斯面臨和我們一樣的窘境,並且他們對外國晶片的依賴性比我們還強,幾乎90%的晶片都要進口,卻對美國的“封殺”絲毫不懼,這是為什麼呢?
俄羅斯的晶片產業
眾所周知,俄羅斯是曾經的超級大國蘇聯的繼任者,繼承了蘇聯的精華部分,是一個老牌強國。前蘇聯在上個世紀是如日中天,鼎盛時期風頭蓋過了美國,不僅發射了世界上第一顆人造衛星還將加加林送上了太空,圍繞著地球旅行了一圈,一度登上世界老大的寶座,可謂是鮮花著錦,烈火烹油。但是登高易跌重,蘇聯這個巨人終究還是倒在了腐敗和政治傾軋中,
Tips:尤里·阿列克謝耶維奇·加加林,蘇聯航天員,蘇聯英雄,蘇聯紅軍上校飛行員,是第一個進入太空的人類,也是第一個從太空中看到地球全貌的人。
前蘇聯時期的輝煌成果也隨之煙消雲散,其中就有晶片產業。前蘇聯時期,積體電路技術還沒有出現,當時普遍應用的還是電子管和電晶體這兩種電子元件。當時的美國,為了獲取更大的經濟利益,使用了體型更小,建造工序簡便能快速量產的電晶體。
於是隨著電晶體的運用,美國的電視、收音機的娛樂產業更加興盛繁榮,直接推動了電子產業的發展。而蘇聯則使用的是體型巨大、壽命短、工序複雜的電子管。有的人可能會問,為什麼蘇聯放著更簡便,使用壽命更長的,效能更優異的電晶體不用,反而使用電子管呢?
Tips:電晶體transistor,是一種固體半導體器件,具有檢波、整流、放大、開關、穩壓、訊號調製等多種功能。電晶體作為一種可變電流開關,能夠基於輸入電壓控制輸出電流。
答案是,為了軍事需要。蘇聯這個國家是在戰火中誕生的國家,軍事力量是他們追求的目標,所以他們選了電子管。那電子管在軍事上有什麼優點?當時的背景是二戰結束後不久,美國的核彈一出,加快了戰局的進度。一定層面上,可以說是這兩顆投放在日本的核彈終結了戰局。這種世界級的毀滅性武器一出,蘇聯人震驚了,他們想如果在和美國人戰鬥中也來一發核彈,以目前的實力完全不能匹敵。於是他們開始針對核彈佈局,電子管就是其中的一環。
當核彈爆炸時會產生強烈的電磁脈衝,形象來講就是一場電子地震,在震源範圍內的一切無線電產品都或被它摧毀,整個城市的電力設施幾乎全部癱瘓,晶體管制成的電子產品在它面前一文不值。反而是體型大、壽命長、耗能高的電子管能夠在其中倖存下來,雖然工作效率是慢了點但也不至於全體癱瘓,於是基於此蘇聯就選擇了更能適應惡劣環境的電子管。
Tips:核彈是指利用爆炸性核反應釋放出的巨大能量對目標造成殺傷破壞作用的武器。核彈是一種具有極大的破壞性,現作為國力強大的表現和底蘊威懾。
前蘇聯時期,依靠電子管制成的電子產品,蘇聯成功地發射了人類首顆人造衛星,並實現了載人航空,在美國人面前秀了一把肌肉。可想而知,當時蘇聯的電子產業有多麼發達,但是這一切都隨著蘇聯的解體而消失了。以前分散在各地的電子產業的工廠現在是分散到各個國家之中,導致每個國家的電子行業都不成體系七零八落的,即使是繼承了蘇聯精華的俄羅斯也會是束手無策。
Tips:人造地球衛星指環繞地球飛行並在空間軌道執行一圈以上的無人航天器。簡稱人造衛星。人造衛星是發射數量最多,用途最廣,發展最快的航天器。
於是只能從頭開始建造電子產業,接著前蘇聯的電子管道路走下去,恰逢當時晶片這一新技術問世,於是俄羅斯也開始攻關晶片產業。
為什麼不怕美國卡脖子
俄羅斯在重啟電子產業的同時,為了不受制於人自己研發了軍用晶片,對他們而言只要軍事能保持世界領先地位,那麼他們的國際地位就不會下降。軍用晶片不需要高製成的晶片,因為軍用晶片裝載的武器,要適應多元的環境,保證在高溫、高壓、高輻射的環境下仍能正常工作,所以身嬌肉貴的高製成晶片就被淘汰了。
Tips:軍用晶片很大程度影響資訊化裝備的作戰效能,已成為我軍資訊化作戰能力發展瓶頸,將得到優先和快速發展。
反之,穩定性強、抗輻射、抗高溫、可控性好的抵制成形晶片更能適應惡劣的環境。並且低製程晶片所用的工藝也比較簡單,雖然做出來的晶片比較大,但是軍用武器內部的空間也比較大,散熱效能好,與低製程的晶片可謂是天生一對。
在俄羅斯以軍事為先的政策下,俄羅斯的民用晶片產業就是個孩子,發展潛力大,但是現狀難以改變。俄羅斯國內的智慧手機普及率相當低,國內使用最多的還是直板機、翻蓋機。比較出名的智慧手機制造公司yoga devices在釋出了新一代智慧手機Yoga phone之後沒多久就倒閉了,可見國內市場的蕭條。
Tips:熱壓彈是一種軍事武器,指在爆炸後產生高熱量和高壓力的炸彈。這種炸彈不是靠彈藥爆炸後產生的碎片和衝擊波摧毀目標,而是依靠彈藥爆炸時產生的巨大熱量和氣壓達到殺傷目的。
所以雖然俄羅斯每年都要從國外進口90%的晶片,但基本都是進入了民用市場,軍用市場是自產自銷的,完全不用進口貨,美國的禁令完全限制不到俄羅斯的軍工發展。其國內的民用市場還處在發展之中,需求量龐大,美國不賣,有的是國家賣,畢竟俄羅斯的市場就是塊肥肉呢,完全就是東邊不亮西邊亮的典型。美國晶片限制令的出臺,雖然讓我國的高科技發展受到掣肘,但是這也使我國自主研發晶片的速度更快,這是一個挑戰也是機遇,相信在不遠的未來我們能成功研製出自己的晶片,不再被別人卡脖子。