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中国的芯片和发动机为啥还是没有突破?因为人们都向钱看了?

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  当中兴被一刀秒杀、华为被全面围堵后,我们终于认识到自己空有全球最大的芯片消费市场,却没有生产先进芯片的能力。

  当白宫施压赛峰国际断供C919发动机的传闻曝出时,我们才想起国产大飞机的心脏依然是Made in America,人家真要断供你连个替代品都找不到。


  ▲C919使用美制LEAP-1C

  心脏仍受制于人

  我们在这两个领域的缺失有多大呢?

  小米、OPPO使用的芯片来自美国高通,民航客机引擎依赖CFM,几种主力战机的发动机技术源自俄罗斯,就连航母、大驱的舰用燃汽轮机也仿自美国通用动力、德国MTU和乌克兰的设计。


  ▲仿自通用LM-2500的

  国产QC-280燃气轮机

  左手芯片右手发动机,这两手兔子都不够硬,所以种花家的各位亲要做好准备,被“掐脖子”的切肤之痛还会继续存在相当长的时间。

  中国与先进水平到底相差多少?

  今年3月,成飞宣布新下线的歼-10C开始装配量产型涡扇-10B“太行”发动机,其核心机结构仿自1984年服役的俄制AL-31,性能与美国通用电气在1992年推出的F110-GE-129较为接近。


  也就是说,可批量装备的国产战斗机用涡扇发动机的性能,仅相当于美国90年代初的水平,别说与F-119、F-135这样的顶级大推相差甚远,就连中端F110系列的最新型号都追不上。


  ▲ F-16使用的F110-GE-129发动机

  当我们还在艰难提高发动机寿命与可靠性的时候,隔壁俄罗斯早已把三元矢量和飞火推一体化玩到炉火纯青,并开始为新一代izdeliye 30发动机研发电子自检系统、等离子点火、高空无氧启动等尖端技术。


  ▲ izdeliye 30发动机

  在先进航空发动机领域,中国仍处在基础理论与制造工艺的原始积累阶段,成品性能落后美俄30年以上,可靠性、全时寿命、大修间隔也多有不足。

  如果发动机还只是性能无法与一流水准媲美,那芯片就是连商业应用都没有解决的特困户。

  就说被国人寄予厚望的中芯国际吧,他只有通过进口荷兰ASML公司的DUV光刻机才能实现14纳米制程芯片的量产,而自产芯片的极限已经卡在28纳米制程7年之久。


  ▲中芯国际正在攻克14纳米制程的生产技术

  但迟迟没有突破

  相比之下,英特尔、台积电的10纳米和7纳米制程已经非常成熟,后者为iPhone12代工的A14仿生芯片更是达到了惊人的5纳米制程,差距明显。

  不是烧钱那么简单

  截至2012年,中国研发经费支出相继超过韩国、英国、法国、德国和日本成为世界第二,2019年全国研发支出已达2.17万亿元人民币,其投入占GDP比重为2.19%,比当年军费占比还高出0.9%,投入资金量之巨大令人咋舌。

  但即便如此,我们的科研经费还是只有美国的一半,且两国增长率基本相当。以资本投入的角度来说,我们并没有比美国下了更大功夫,这是由两国资本规模、科研实力和人才储备的差距所决定的。


  更麻烦的是,想发展高端芯片和发动机不是光烧钱就行了。

  以CPU领域的霸主英特尔为例,其2019年的研发经费超过130亿美元,而华为本年度的研发经费预计为1316.6亿元人民币(约合199.2亿美元),总投入比英特尔还高出53%,是高通的4倍、台积电的9倍、联发科的13倍。


  ▲英特尔将在2021年发售使用

  极紫外(EUV)光刻技术生产的7纳米制程芯片

  如此巨额的资金投入让麒麟芯片的设计水平迅速提高,从8系开始迈入国际主流的7纳米制程,性能表现完全不逊于高通骁龙,但我们的痛点在于只能设计,生产制造还是得找台积电代工。


  ▲麒麟990已达到国际主流的7纳米制程

  但我们自己造不出来

  不过华为也在寻找摆脱困境的办法,英国《金融时报》在本月初透露,华为可能在上海建厂,从45纳米制程开始制造芯片,2021年底开始28纳米制程的量产,2022开始28纳米制程的量产。

  即便这个目标达成,华为的自产芯片暂时只能用于卫星、机顶盒、汽车等设备,还无法满足智能手机的算力需要。毕竟在这个领域,制造比研发难得多,整体工艺水平的提高绝非一朝一夕之功。


  ▲华为在5G领域领先全球

  就是苦于无法自产芯片

  不同于一般制造业,制造芯片的每一环都要用到尖端的精密设备和材料,我们常说的光刻机、单晶炉、键合机、氧化扩散等设备,国产率不超过20%。

  用于显影、蚀刻的光刻胶等制造原材料,国产化程度同样只有20%,给超大规模硅片抛光的CMP抛光垫更是连5%都没有,用料完全依赖进口,买不到就得断粮。


  ▲荷兰ASML公司新研制的EUV光刻机

  我们一直想要进口

  所以事实很清楚,就算华为一家企业能够投入巨资进行产品设计,也无力让整个芯片制造行业达到与设计水平相同的高度。

  全世界既能设计又能生产的,也无非是英特尔、台积电、三星、高通这几家一、二线的巨头和大厂。

  这其中台积电是个例外,他本身是全球最顶尖的芯片代工生产商,苹果、AMD都要找他代工,只不过出于商业协作模式和分工需要没有推出自己的芯片,但他绝对有这个实力。


  ▲ 上个月AMD发布了采用

  新一代Zen3架构的锐龙处理器

  性能反超英特尔,但也要找台积电代工生产

  芯片和发动机,哪个更容易取得突破?

  小兵兵觉得,发动机先取得突破的概率更大。

  就资金量而言,航空发动机的研发投入跟芯片相比要小得多,通用电气、普惠、罗·罗几个大厂全年的研发费用加起来也只有30多亿美元,跟芯片所需的资金规模根本不是一个数量级,国家和企业感受到的压力是截然不同的。


  ▲英国罗·罗公司的Trent 1000系发动机

  研发成本为1亿英镑左右

  跟芯片相比已经非常便宜了

  较之高速换代的芯片,发动机的迭代速度要慢很多,一款设计成熟的核心机左改右改能用上几十年,有充分的时间去追赶和消化,比如F-15、F-16和苏-27这种主力四代机所用的发动机都是上世纪80年代的产品,再用个十几年问题也不大。


  ▲苏-35使用的AL-41F1发动机

  仍属国际先进水平

  但芯片不行,制程数位在摩尔定律的魔咒下每两年都要翻新一次,一步跟不上就会被市场淘汰,这也是为什么上述芯片大厂每年都要持续投入巨量研发资金以保持产品优势的原因,今年你还领先,明年可就未必了。


  ▲当我们还在攻克14纳米制程时

  台积电已开始2纳米工艺的试制

  不过最主要的原因,还是发动机所需的配套产业和生产工具没有芯片那么复杂和高级,说白了就是难度不一样。如果把发动机比喻为高中代数,那芯片就是大学微积分。

  对于中国来说,芯片产业是一个循序渐进的巨大工程,相比之下发动机突围的难度相对较低。

  经费在燃烧,成效在哪里?

  相信许多小伙伴都有这样的疑惑,既然中央已经下了不计代价的决心,为什么我们的芯片和发动机还是没有取得关键突破呢?这个问题恐怕比制造业本身的升级更为复杂。

  任正非面对采访时曾说过一句话:“我们国家修桥、修路、修房子……已经习惯了只要砸钱就行。

  但是芯片砸钱不行,得砸数学家、物理学家、化学家……”


  经过几十年发展,中国的科学技术已有长足进步,但基础科学依然薄弱,相关的教育和科研都存在严重的趋利轻质、学风浮躁、急功近利等现象。

  更令人担忧的是,有很多在高考中杀出血路进入清北交复的最强大脑,并没有投身于科学探索,而是更倾向于赚钱多来钱快的其它行业,导致研究基础科学的人才严重缺失。

  大家都想着怎么赚钱,很少有人愿意蹲在实验室里十年如一日的研究材料,这也是为什么我兔发动机叶片、封圈等零部件耐热性提高缓慢的原因之一,基础理论实在跟不上。



  ▲要想提高航发性能

  就必须提高材料的耐热性

  而那些有志于此的高材生进入科研单位后,硬把中国国际科学论文的数量搞到了世界第一,结果成果转化率只有10%,而本来就有优势的发达国家却高达40%。

  人才不聚集、企业骗补贴,还没等智子来封科技树,自己就先把基础研究玩废了。


  刘慈欣在《三体》中描绘了基础科学被封锁的人类是如何被困死的,如果我们的基础科学不进步,同样要被困死

  站在这个角度上看,你就更能体会到华为的伟大之处。

  结语

  在科技封锁这件事上,胖兵不讨厌鹰酱,反而还挺感谢他。

  每当我们取得一些成就时,他会第一时间赶来啪啪打脸,让我们看清楚自己的差距还有多大,短板还有多少。


  如果不是芯片危机,恐怕我们还认识不到国内一些手机大厂、互联网巨头根本不是高科技公司,而是严重依赖外部技术支撑的劳动密集型企业。

  要想完全解决“心脏病”和“脑休克”,我们还有很长的路要走,而这条路要汇集全社会的科学家、企业家和无数奋斗者的力量才能实现,任重而道远啊!

  参考资料:

  第三代半导体产业或写进“十四五”规划 半导体产业十四五前瞻——中商产业研究院

  航空发动机VS高端芯片,哪个更难突破?——东兴军工

  From Sand to Circuits——Intel technology

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