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中國航母實現雷達、資料鏈、指揮系統核心電子元件100%國產化

日前,俄羅斯貝加爾電子公司正式啟動了貝加爾-T1晶片大批量產,產量規模為10萬片。俄羅斯軟體協會專家對貝加爾電子公司及貝加爾-T1晶片做出了評價,認為貝加爾電子公司是俄羅斯國內第一家基於微電子處理器系統的生產商。

該公司在工程樣本發佈後一年時間裡就實現了貝加爾-T1晶片的量產,並且晶片性能絲毫不遜於外國類似產品。俄羅斯目前電子元器件進口依賴程度已高達99%,包括關鍵領域的應用,微處理器的首批量產對於俄羅斯來說是一件具有非常重要意義的事。

從蘇聯時代曾經的輝煌,到如今的電子工業整體衰退。即便俄羅斯目前積極發展本國處理器以及半導體產業。但在如今的國際格局下,中國半導體產業茁壯成長,俄羅斯半導體產業走向沒落已經是定局。

貝加爾-T1性能有限且受制於人

雖然俄羅斯軟體協會專家對貝加爾-T1晶片的評價比較高,但這款晶片的俄羅斯血統其實非常有限,

而且晶片的性能也比較有限。具體來說,貝加爾-T1其實是集成了兩個MIPS P5600 CPU核的SoC,由台積電代工。

本質上,和國內ARM陣營IC設計公司購買ARM的IP授權集成SoC類似,真正由貝加爾電子完成的工作只有一系列的集成工作,由於設計CPU的過程中80%的功夫都花在研發CPU核上,這種從MIPS購買IP授權集成SoC做出來的晶片,其俄羅斯血統就非常有限了,而且還不能保障從MIPS購買的P5600 CPU核絕對沒有後門。

在性能上,貝加爾-T1也非常有限,其主頻只有1.2G,而且P5600也是性能比較一般的CPU核,是Imagination收購了MIPS之後,在2013年發佈的一款產品,根據有限的資訊判斷,P5600與ARM Cortex A15、龍芯GS232e大致處於同一水準,是一款嵌入式產品。

而從用途上,其實也能看出來貝加爾-T1晶片性能有限——主要用於路由器、IP電話、資料存儲、工業自動化、車載系統等方面。

因此,貝加爾-T1顯然達不到桌面CPU的性能,即便是T-Platforms(該公司是俄羅斯有名的超算廠商,其生產的超算羅曼諾夫2號是目前俄羅斯性能最好的超算)推出的搭載貝加爾-T1晶片的Tavolga Terminal TB-T22BT,其實也是一台精簡型用戶端。

對於貝加爾-T1這款晶片,

俄羅斯官方顯然是比較重視的,否則也無法獲得《2008-2015年電子元器件和廣播電子發展規劃》聯邦專項規劃的支持。但就意義而言,更多的在於解決有無問題,哪怕這款晶片是買IP做集成的產物。

就如俄羅斯Axitech公司在對晶片進行測試後的評價:它使俄羅斯在遠離進口依賴的道路上邁出了一大步,國家有必要對公司和產品進行進一步的保護,以減少對俄制裁帶來的負面影響......

俄羅斯軍用電子元件大量依靠進口

俄羅斯民用電子產品大量進口早已不是新聞,即便是軍用電子元件,俄羅斯也很大程度上依賴進口,比如俄羅斯最新服役的蘇35戰機上就有3000種外國元件,當中就有很多進口電子元件。再比如T-90等不少坦克的火控系統中就曾經集成法國的熱成像儀,而且原裝的俄國產熱成像儀連印度都嫌棄,印度在引進T-90主戰坦克的過程中,換裝了法國泰利斯公司的凱薩琳熱成像儀。

(法國泰利斯公司的凱薩琳熱成像儀)

塔斯社援引俄羅斯聯合造船公司進口產品替代部主管Alexander Navotolsky的話稱,在電子元件和模組方面俄羅斯船廠對外國元件的依存度大約為70%。

在烏克蘭以及克裡米亞事件之後,西方制裁促使俄羅斯無法從美國採購電子零部件。俄羅斯航太政策研究所所長莫伊謝耶夫表示:“美國此舉也可以迫使我們走自己發展之路。我們的‘格洛納斯-M’衛星75%-80%使用的是西方國家的電子元件。其他航天器中所占的比例也基本類似。”

(抗輻照晶片)

俄羅斯官方媒體引述俄羅斯宇航局消息來源的話說:俄羅斯宇航局目前同中國航太科工集團(CASIC)合作,中方下屬的一些研究所已向俄羅斯方面提供了幾十種電子零部件樣品,這些配件或是能全部,或是經過少許改動後可替代美國進口貨。在向中國大規模採購電子零部件前,俄方正在翻譯有關這些配件的技術資料,並對這些配件進行測試。由於在宇航級CPU上歐洲對俄斷貨,俄羅斯已經向中國採購了不少宇航級CPU。

772所研製的抗輻照晶片出口俄羅斯

在2014年,俄羅斯電子股份公司的總裁安德列·茲韋列夫表示:“我們首要的任務是建立起國有電子元器件生產基地,這對滿足我國國防所需的關鍵能力非常有必要......在核彈領域,俄羅斯已經完全決定不再使用國外電子元器件(就是說曾經在核彈領域使用國外電子元器件)。其所需的電子元器件將100%在俄羅斯境內研發和生產(注意是“將”)。

從中可以看出,進口電子元件已經深入俄羅斯國防軍工的方方面面,從坦克到飛機,再到軍艦,甚至連與核彈有關的電子元器件都不同程度上依賴進口,俄羅斯電子工業衰退的著實令人目瞪口呆。

蘇聯時代電子工業實力僅次於美國

雖然當今俄羅斯電子工業衰退的很厲害,但蘇聯時期家底還是比較厚實的。中國建國初期電腦技術從無到有,很大程度上就得益于蘇聯的技術,103電腦是根據蘇聯提供的M-3設計圖紙進行局部修改後研發的,運算速度達每秒3000次,該電腦共生產36台。104電腦根據蘇聯БЭСМ-II電腦為範本研發,每秒運行1萬次,共生產7台,在原子彈的研製過程中發揮了重要作用。

有一些觀點認為,是蘇聯的體制問題影響電子工業的發展,比如搞三進制和電子管小型化等等。

(採用超小型電子管的耐火箱)

但其實,這種解讀是片面的。蘇聯在50、60年代確實做過三進制電腦,只不過後續工作沒能得到上級的支持,導致三進制電腦研專案擱淺。

事實上,三進制電腦確實有其獨到之處,美國也研究過三進制電腦。如果把蘇聯研發三進制電腦歸結為體制問題,那麼美國也研究三進制電腦,這是不是也意味著美國的體制也有問題?

(真空管電子管)

同樣的,關於電子管小型化蘇聯取得了不小的成績,真空電子管雖然具有壽命短、容易碎裂、容易燒壞、體積比電晶體大的缺點,但優點在於工作穩定,而且抗干擾能力非常強悍,非常適合在軍用設備中使用。

特別是在冷戰中核大戰的陰影下(在核大戰環境下,存在大量的電磁脈衝,電子管基本不受干擾,而電晶體就呵呵了),蘇聯在軍用電子設備上選擇電子管也就合情合理了。

蘇聯科學家亞歷山大·克拉斯洛夫

而且,蘇聯在發展電子管小型化的同時,並沒有放棄電晶體的研發。在1948年,蘇聯科學家亞歷山大·克拉斯洛夫與莫斯科化工學院蘇珊娜·馬多婭發表了蘇聯第一篇關於電晶體的文章。後來亞歷山大·克拉斯洛夫因在半導體電晶體研製方面的傑出貢獻榮獲列寧勳章。

1950年,蘇聯多家單位分別完成了類似的電晶體樣品研製。

(蘇聯第一個矽電晶體П104 )

1953年,時任國防部副部長的蘇聯科學院院士А.И伯格起草了一封上書蘇共中央委員會的信,建議開展對電晶體的開發工作。到1957年,已經有晶體管收音機進入蘇聯百姓家庭之中。

P-353“質子”電臺,採用了超小型電子管,裝備蘇軍傘兵和克格勃特種部隊

不過,由於核大戰的陰影,60-70年代,超小型電子管和電晶體並存是蘇軍裝備的一個特點,比如蘇軍裝備的無線電臺基本上都是超小型電子管和電晶體並存,這樣可以充分發揮各自的優點。

到80年代,蘇聯的半導體工業進一步成長,進入了大型積體電路時代,微型機年產量突破60萬台,有5家大型工廠生產大型積體電路和微機,這些微型機被用於180多種工業設備和生活用品上。

特別是在超高速積體電路和積體電路抗衝擊方面,蘇聯具有很高的技術水準。在其他方面,即便相對於美國,局部的差距最多不過5年。必須指出的是,蘇聯建立起了從原材料、設備、設計、製造等一整套完整的半導體工業體系,而且這整套工業體系是完整而獨立的,當時僅有美國和蘇聯具備這種實力。

俄羅斯無法效法中國發展產業

導致當今俄羅斯電子工業一蹶不振的原因並非是蘇聯體制問題。恰恰是蘇聯的舉國體制、高效的理工科教育和龐大人才儲備使蘇聯在半導體工業上得以快速發展。而蘇聯解體才是俄羅斯電子工業衰退的罪魁禍首。

戈巴契夫

在蘇聯的經濟佈局之初,史達林為了加強各個加盟國的聯繫,就結合各地實際情況,把產業佈局按照上下游關係分配到各個加盟國。根據產業佈局,烏克蘭是蘇聯的電子資訊工業基地,白俄羅斯是蘇聯的半導體工業和微電子工業基地,即便是波羅的海三國,蘇聯也曾經佈局半導體工廠。

器件

而隨著蘇聯解體,直接導致蘇聯時代的完整的工業體系破碎化。加上俄羅斯寡頭和西方國家用非戰爭的方式洗劫了蘇聯人民的財產,導致原蘇聯各加盟國軍工領域許多專家、教授失業,大量一流的工程師陷入赤貧。

恰逢此時,美國、西歐和日本、韓國、中國不遺餘力的從蘇聯挖掘人才。

不過,在人才搶奪中最大的受益者自然是美國。美國從蘇聯挖走了不少出色的架構師,比如彼得希洛科夫,他是超標量之父,在英特爾期間提出了simd的概念,參與p3的核顯設計和英特爾3d工藝的預設。

正是因為蘇聯解體之後造成的經濟困難和人才斷檔,導致如今俄羅斯半導體工業實力有限。即便和昔日的小兄弟中國相比,差距都非常明顯。

(KJ500指揮預警系統的核心元件已100%實現國產化)

就以軍用電子設備來說,中國在軍用電子元件上的自主化程度要比俄羅斯高得多,以某型預警機為例,其CPU、DSP、T/R元件等關鍵電子元件全部國產化;某坦克火控系統和很多導彈的關鍵電子元件也實現國產化;

北斗導航衛星國產化率達到98%,“神舟”、“天宮”裡大多都是國產電子元件。可以說,中國在武器裝備電子元件自主化方面已經遠遠超越昔日的老大哥了。

俄羅斯聯合造船公司進口產品替代部主管Alexander Navotolsky稱,“在電子元件和模組方面俄羅斯船廠對外國元件的依存度大約為70%”相對于昔日的老大哥連兩栖攻擊艦都要從法國購買,以及在電子元件和模組方面俄羅斯船廠對外國元件的依存度大約為70%,中國在軍艦發展上已經領先於俄羅斯了。雷達、資料鏈、指揮系統早已實現了國產化。

雷達、電腦等設備是怎麼被搬上軍艦的

軍艦在問世之初,僅僅是一個海上飛機起降平臺,在二戰前,如今的海上霸佔航空母艦也僅僅是戰列艦的配角,艦載機更多是執行偵查、巡邏、艦炮校射任務。

二戰中,軍艦逐漸取代了戰列艦,成為海戰的主角。而在雷達問世之後,美國和英國先後將雷達搬上了戰列艦等海軍艦船,搜索雷達可以探測上百公里外來襲的飛機,而火控雷達相對於光學測距設備具有全天候任務能力的優勢,而且不像光學測距具有誤差,使艦炮射擊更加精准。相比之下,日本對雷達重要性的認識就遜色許多,在太平洋戰爭中後期才給戰艦戰艦安裝雷達。不過,由於日本在技術上和英美存在一定差距,日本雷達的性能也遜色一些。這使得日本海軍在很多時候因為雷達的因素在局部戰鬥中比較被動。

密集陣

在二戰後,隨著戰機進入噴氣式時代,以及電子管、電晶體電腦的發明,為了能夠發現、識別、跟蹤速度越來越快的戰機,雷達技術和電腦技術結合了起來,而這使雷達和電腦被一同搬上了戰艦。

隨著艦載機性能的提升和各種高速反艦導彈的出現,對戰艦艦載雷達的分辨能力、抗干擾能力和快速反映能力提出了更高的要求。加上雷達技術的發展和戰艦使用中的實際需要,大型相控陣雷達、空中管制雷達、著陸輔助雷達、密集陣等近防武器的火控雷達等都被搬上了戰艦。

隨著航空工業的進步和資訊化時代的到來,艦載機的種類和性能也與日俱增,為了將航母上所搭載的艦載機如臂使指,就必須有完善的艦載指揮引導控制系統。這套指揮控制系統將雷達和各種感測器傳回的資訊進行處理,掌握航母上以及周邊艦載機的實際狀態和飛行參數,然後根據這些資料進行指揮。

最初,指揮控制系統中間一些環節需要人工作業,這不僅降低了效率,還增加了出錯率。隨著資訊技術的進步和戰場資料鏈的完善,從雷達發現目標到資料傳輸和處理都可以實現全過程自動化,這種自動化指揮控制系統大幅提升了航母的作戰效能。

有源相控陣雷達可以實現國產化

航母上最主要的電子設備莫過於指揮系統、通信系統和雷達系統。在雷達系統中,除了對空/平面追蹤雷達、空中管制雷達,著陸輔助雷達、近防武器火控雷達之外,最引人矚目的莫過於大型相控陣雷達。

裝備相控陣雷達的052D

有源相控陣雷達上擁有大量T/R組件。而得益于近年來迅速進步的MOCVD工藝(還記得去年中資曾經試圖收購德國企業愛思強公司,最後被美國前總統奧巴馬以國家安全風險為由否決的收購案麼,愛思強公司的主營業務就是MOCVD設備),T/R元件本身已經實現材料和工藝的國產化,如中國電科某所在2015年推出的氮化鎵T/R組件系列產品。

(中電集團下屬14所生產的KLJ-7A相控陣雷達,安裝有多達1000多個T/R元件)

幾個T/R元件組成一個小單位被稱為子陣,每一個子陣會搭配一個FPGA做資料預處理,一般情況下這種FPGA不需要特別高的性能,商業市場上中低端的2000萬門級或者3200萬門級的FPGA就行了。不過,有些情況下會要求更高性能的FPGA。

在後端的資料匯總處理過程中就需要DSP。必須說明的是,有些對性能要求不是太高的雷達,可以不採用FPGA對資料初步處理,直接匯總到後端的DSP陣列進行資料處理。CPU則發揮著類似指揮官的作用,承擔任務管理職能。

就各種軍用晶片而言,軍民融合的現象比較普遍,很多軍用晶片都是已成熟的民用產品做修改開發而成的。在這方面,美國有著非常豐富的經驗,比如曾經被應用於軍用電子設備的486DX,再比如美國國防後勤局就曾採購過賽靈思的FPGA用於監視、偵察和火控系統中紅外感測器的資料處理。

其實,這種例子在中國也不是沒有。根據媒體報導,全軍武器裝備採購資訊網發佈競標消息,面對軍隊採購方提出的產品指標,有同行給出了2億元的報價,龍芯表示只需2000萬元。龍芯方面解釋了其中的原因:“這項技術,我們民品已經做成熟了,按軍用要求修改即可,自然比從頭做起要省錢得多。”

國內自主設計的CPU首推龍芯和申威,雖然不確定首艘國產航母是否會採用這兩種CPU,但就CPU性能和穩定性、可靠性,以及以往在類似裝備上的使用經驗而言,就承擔有源相控陣雷達任務管理職能的CPU而言,龍芯和申威是完全能頂上去的。

就DSP而言,國內有魂芯和華睿。中電38所研製的“魂芯一號”被授予“國防科技工業軍民融合發展”技術創新獎,並在很多方面有所應用。

華睿2號是基於龍芯3B修改的,龍芯3B是一款向量CPU,雖然通用性能有限,但這款向量CPU在很多特殊領域頗具潛力。中電14所對龍芯3B進行修改成為華睿2號。華睿2號將雷達信號處理演算法提煉成FFT、FIR、相關、矩陣求逆等17種基本計算構件,通過計算構件的邏輯組合實現複雜演算法,較好地解決了雷達系統大頻寬、高吞吐的應用需求。該技術成功應用于面向先進雷達的高性能數位訊號處理器研發及應用中。

就FPGA而言,國內有國微電子、智多晶微電子、同創國芯、高雲半導體、京微雅格、771所和772所等公司或單位。這些單位或公司中有體制內單位、也有由美國歸來的技術人員創辦的公司,比如智多晶微電子的團隊來自美國FPGA廠商萊迪思(就是去年有中資背景基金試圖收購,被20餘位美國國會議員的聯合阻撓的那家)。據小道消息,國內有一些反向設計的產品供國防軍工需要。

KJ500指揮預警系統的核心元件已100%實現國產化

正是中國電子工業的進步,使得中國完全有能力實現航母搭載的大型相控陣雷達的國產化。其實,在最近問世的某款預警機上,指揮預警系統的核心元件已經100%實現國產化。

資料鏈和通信系統、軍事指揮系統也能國產化

除了有源相控陣雷達的核心元器件能夠實現完全國產化,資料鏈和通信系統、軍事指揮系統在上世紀90年代末或本世紀初就解決了國產化的問題。隨著國內技術進步,這些系統的基礎軟硬體也隨著技術進步而更新。

指揮系統主要由CPU、DSP和作業系統輔以一些其他元器件構成。而且使用了自主CPU之後,經過系統優化,實際表現一點不遜色於國外CPU,比如龍芯首席科學家曾經介紹:某指揮系統應用,X86 i7平臺每秒20幀,龍芯平臺優化前每秒3幀,優化後每秒30幀。雖然不清楚國產首艘航母的指揮系統會採用什麼CPU,但自主CPU完全能勝任這項工作,而且經過系統優化後可以表現的比X86 i7更好。

資料鏈

至於戰場資料鏈和通信系統,其實就是更高端的民用通信系統,或者說現在大家使用的無線通訊系統其實就是戰場資料鏈玩剩下的。主要由CPU、DSP、ADC(類比數位轉換器)、DAC(數位類比轉換器)、射頻、天線等組成。CPU、DSP、天線不用多介紹了。

射頻晶片具有射頻收發和功率放大等功能,ADC是將數位信號轉化為類比信號,而ADC則反過來,將類比信號轉化為數位信號。由於資料鏈和通信系統中要涉及類比信號和數位信號的轉換,因此在接收端和發射端就需要有ADC/DAC。此外,超高速ADC/DAC是雷達的重要器件,在電子戰中,頻率捷變也必須仰仗超高速ADC/DAC。

ADC/DAC

在資料鏈和通信系統上,其實軟體的難度比硬體更大,對於硬體而言,基本不超過工控產品的要求,但在軟體上就要下一些功夫了。

總而言之,中國戰艦上的指揮系統、通信系統和雷達系統,中國是完全有能力實現國產化的。

俄羅斯軍用電子元件大量依靠進口

俄羅斯民用電子產品大量進口早已不是新聞,即便是軍用電子元件,俄羅斯也很大程度上依賴進口,比如俄羅斯最新服役的蘇35戰機上就有3000種外國元件,當中就有很多進口電子元件。再比如T-90等不少坦克的火控系統中就曾經集成法國的熱成像儀,而且原裝的俄國產熱成像儀連印度都嫌棄,印度在引進T-90主戰坦克的過程中,換裝了法國泰利斯公司的凱薩琳熱成像儀。

(法國泰利斯公司的凱薩琳熱成像儀)

塔斯社援引俄羅斯聯合造船公司進口產品替代部主管Alexander Navotolsky的話稱,在電子元件和模組方面俄羅斯船廠對外國元件的依存度大約為70%。

在烏克蘭以及克裡米亞事件之後,西方制裁促使俄羅斯無法從美國採購電子零部件。俄羅斯航太政策研究所所長莫伊謝耶夫表示:“美國此舉也可以迫使我們走自己發展之路。我們的‘格洛納斯-M’衛星75%-80%使用的是西方國家的電子元件。其他航天器中所占的比例也基本類似。”

(抗輻照晶片)

俄羅斯官方媒體引述俄羅斯宇航局消息來源的話說:俄羅斯宇航局目前同中國航太科工集團(CASIC)合作,中方下屬的一些研究所已向俄羅斯方面提供了幾十種電子零部件樣品,這些配件或是能全部,或是經過少許改動後可替代美國進口貨。在向中國大規模採購電子零部件前,俄方正在翻譯有關這些配件的技術資料,並對這些配件進行測試。由於在宇航級CPU上歐洲對俄斷貨,俄羅斯已經向中國採購了不少宇航級CPU。

772所研製的抗輻照晶片出口俄羅斯

在2014年,俄羅斯電子股份公司的總裁安德列·茲韋列夫表示:“我們首要的任務是建立起國有電子元器件生產基地,這對滿足我國國防所需的關鍵能力非常有必要......在核彈領域,俄羅斯已經完全決定不再使用國外電子元器件(就是說曾經在核彈領域使用國外電子元器件)。其所需的電子元器件將100%在俄羅斯境內研發和生產(注意是“將”)。

從中可以看出,進口電子元件已經深入俄羅斯國防軍工的方方面面,從坦克到飛機,再到軍艦,甚至連與核彈有關的電子元器件都不同程度上依賴進口,俄羅斯電子工業衰退的著實令人目瞪口呆。

蘇聯時代電子工業實力僅次於美國

雖然當今俄羅斯電子工業衰退的很厲害,但蘇聯時期家底還是比較厚實的。中國建國初期電腦技術從無到有,很大程度上就得益于蘇聯的技術,103電腦是根據蘇聯提供的M-3設計圖紙進行局部修改後研發的,運算速度達每秒3000次,該電腦共生產36台。104電腦根據蘇聯БЭСМ-II電腦為範本研發,每秒運行1萬次,共生產7台,在原子彈的研製過程中發揮了重要作用。

有一些觀點認為,是蘇聯的體制問題影響電子工業的發展,比如搞三進制和電子管小型化等等。

(採用超小型電子管的耐火箱)

但其實,這種解讀是片面的。蘇聯在50、60年代確實做過三進制電腦,只不過後續工作沒能得到上級的支持,導致三進制電腦研專案擱淺。

事實上,三進制電腦確實有其獨到之處,美國也研究過三進制電腦。如果把蘇聯研發三進制電腦歸結為體制問題,那麼美國也研究三進制電腦,這是不是也意味著美國的體制也有問題?

(真空管電子管)

同樣的,關於電子管小型化蘇聯取得了不小的成績,真空電子管雖然具有壽命短、容易碎裂、容易燒壞、體積比電晶體大的缺點,但優點在於工作穩定,而且抗干擾能力非常強悍,非常適合在軍用設備中使用。

特別是在冷戰中核大戰的陰影下(在核大戰環境下,存在大量的電磁脈衝,電子管基本不受干擾,而電晶體就呵呵了),蘇聯在軍用電子設備上選擇電子管也就合情合理了。

蘇聯科學家亞歷山大·克拉斯洛夫

而且,蘇聯在發展電子管小型化的同時,並沒有放棄電晶體的研發。在1948年,蘇聯科學家亞歷山大·克拉斯洛夫與莫斯科化工學院蘇珊娜·馬多婭發表了蘇聯第一篇關於電晶體的文章。後來亞歷山大·克拉斯洛夫因在半導體電晶體研製方面的傑出貢獻榮獲列寧勳章。

1950年,蘇聯多家單位分別完成了類似的電晶體樣品研製。

(蘇聯第一個矽電晶體П104 )

1953年,時任國防部副部長的蘇聯科學院院士А.И伯格起草了一封上書蘇共中央委員會的信,建議開展對電晶體的開發工作。到1957年,已經有晶體管收音機進入蘇聯百姓家庭之中。

P-353“質子”電臺,採用了超小型電子管,裝備蘇軍傘兵和克格勃特種部隊

不過,由於核大戰的陰影,60-70年代,超小型電子管和電晶體並存是蘇軍裝備的一個特點,比如蘇軍裝備的無線電臺基本上都是超小型電子管和電晶體並存,這樣可以充分發揮各自的優點。

到80年代,蘇聯的半導體工業進一步成長,進入了大型積體電路時代,微型機年產量突破60萬台,有5家大型工廠生產大型積體電路和微機,這些微型機被用於180多種工業設備和生活用品上。

特別是在超高速積體電路和積體電路抗衝擊方面,蘇聯具有很高的技術水準。在其他方面,即便相對於美國,局部的差距最多不過5年。必須指出的是,蘇聯建立起了從原材料、設備、設計、製造等一整套完整的半導體工業體系,而且這整套工業體系是完整而獨立的,當時僅有美國和蘇聯具備這種實力。

俄羅斯無法效法中國發展產業

導致當今俄羅斯電子工業一蹶不振的原因並非是蘇聯體制問題。恰恰是蘇聯的舉國體制、高效的理工科教育和龐大人才儲備使蘇聯在半導體工業上得以快速發展。而蘇聯解體才是俄羅斯電子工業衰退的罪魁禍首。

戈巴契夫

在蘇聯的經濟佈局之初,史達林為了加強各個加盟國的聯繫,就結合各地實際情況,把產業佈局按照上下游關係分配到各個加盟國。根據產業佈局,烏克蘭是蘇聯的電子資訊工業基地,白俄羅斯是蘇聯的半導體工業和微電子工業基地,即便是波羅的海三國,蘇聯也曾經佈局半導體工廠。

器件

而隨著蘇聯解體,直接導致蘇聯時代的完整的工業體系破碎化。加上俄羅斯寡頭和西方國家用非戰爭的方式洗劫了蘇聯人民的財產,導致原蘇聯各加盟國軍工領域許多專家、教授失業,大量一流的工程師陷入赤貧。

恰逢此時,美國、西歐和日本、韓國、中國不遺餘力的從蘇聯挖掘人才。

不過,在人才搶奪中最大的受益者自然是美國。美國從蘇聯挖走了不少出色的架構師,比如彼得希洛科夫,他是超標量之父,在英特爾期間提出了simd的概念,參與p3的核顯設計和英特爾3d工藝的預設。

正是因為蘇聯解體之後造成的經濟困難和人才斷檔,導致如今俄羅斯半導體工業實力有限。即便和昔日的小兄弟中國相比,差距都非常明顯。

(KJ500指揮預警系統的核心元件已100%實現國產化)

就以軍用電子設備來說,中國在軍用電子元件上的自主化程度要比俄羅斯高得多,以某型預警機為例,其CPU、DSP、T/R元件等關鍵電子元件全部國產化;某坦克火控系統和很多導彈的關鍵電子元件也實現國產化;

北斗導航衛星國產化率達到98%,“神舟”、“天宮”裡大多都是國產電子元件。可以說,中國在武器裝備電子元件自主化方面已經遠遠超越昔日的老大哥了。

俄羅斯聯合造船公司進口產品替代部主管Alexander Navotolsky稱,“在電子元件和模組方面俄羅斯船廠對外國元件的依存度大約為70%”相對于昔日的老大哥連兩栖攻擊艦都要從法國購買,以及在電子元件和模組方面俄羅斯船廠對外國元件的依存度大約為70%,中國在軍艦發展上已經領先於俄羅斯了。雷達、資料鏈、指揮系統早已實現了國產化。

雷達、電腦等設備是怎麼被搬上軍艦的

軍艦在問世之初,僅僅是一個海上飛機起降平臺,在二戰前,如今的海上霸佔航空母艦也僅僅是戰列艦的配角,艦載機更多是執行偵查、巡邏、艦炮校射任務。

二戰中,軍艦逐漸取代了戰列艦,成為海戰的主角。而在雷達問世之後,美國和英國先後將雷達搬上了戰列艦等海軍艦船,搜索雷達可以探測上百公里外來襲的飛機,而火控雷達相對於光學測距設備具有全天候任務能力的優勢,而且不像光學測距具有誤差,使艦炮射擊更加精准。相比之下,日本對雷達重要性的認識就遜色許多,在太平洋戰爭中後期才給戰艦戰艦安裝雷達。不過,由於日本在技術上和英美存在一定差距,日本雷達的性能也遜色一些。這使得日本海軍在很多時候因為雷達的因素在局部戰鬥中比較被動。

密集陣

在二戰後,隨著戰機進入噴氣式時代,以及電子管、電晶體電腦的發明,為了能夠發現、識別、跟蹤速度越來越快的戰機,雷達技術和電腦技術結合了起來,而這使雷達和電腦被一同搬上了戰艦。

隨著艦載機性能的提升和各種高速反艦導彈的出現,對戰艦艦載雷達的分辨能力、抗干擾能力和快速反映能力提出了更高的要求。加上雷達技術的發展和戰艦使用中的實際需要,大型相控陣雷達、空中管制雷達、著陸輔助雷達、密集陣等近防武器的火控雷達等都被搬上了戰艦。

隨著航空工業的進步和資訊化時代的到來,艦載機的種類和性能也與日俱增,為了將航母上所搭載的艦載機如臂使指,就必須有完善的艦載指揮引導控制系統。這套指揮控制系統將雷達和各種感測器傳回的資訊進行處理,掌握航母上以及周邊艦載機的實際狀態和飛行參數,然後根據這些資料進行指揮。

最初,指揮控制系統中間一些環節需要人工作業,這不僅降低了效率,還增加了出錯率。隨著資訊技術的進步和戰場資料鏈的完善,從雷達發現目標到資料傳輸和處理都可以實現全過程自動化,這種自動化指揮控制系統大幅提升了航母的作戰效能。

有源相控陣雷達可以實現國產化

航母上最主要的電子設備莫過於指揮系統、通信系統和雷達系統。在雷達系統中,除了對空/平面追蹤雷達、空中管制雷達,著陸輔助雷達、近防武器火控雷達之外,最引人矚目的莫過於大型相控陣雷達。

裝備相控陣雷達的052D

有源相控陣雷達上擁有大量T/R組件。而得益于近年來迅速進步的MOCVD工藝(還記得去年中資曾經試圖收購德國企業愛思強公司,最後被美國前總統奧巴馬以國家安全風險為由否決的收購案麼,愛思強公司的主營業務就是MOCVD設備),T/R元件本身已經實現材料和工藝的國產化,如中國電科某所在2015年推出的氮化鎵T/R組件系列產品。

(中電集團下屬14所生產的KLJ-7A相控陣雷達,安裝有多達1000多個T/R元件)

幾個T/R元件組成一個小單位被稱為子陣,每一個子陣會搭配一個FPGA做資料預處理,一般情況下這種FPGA不需要特別高的性能,商業市場上中低端的2000萬門級或者3200萬門級的FPGA就行了。不過,有些情況下會要求更高性能的FPGA。

在後端的資料匯總處理過程中就需要DSP。必須說明的是,有些對性能要求不是太高的雷達,可以不採用FPGA對資料初步處理,直接匯總到後端的DSP陣列進行資料處理。CPU則發揮著類似指揮官的作用,承擔任務管理職能。

就各種軍用晶片而言,軍民融合的現象比較普遍,很多軍用晶片都是已成熟的民用產品做修改開發而成的。在這方面,美國有著非常豐富的經驗,比如曾經被應用於軍用電子設備的486DX,再比如美國國防後勤局就曾採購過賽靈思的FPGA用於監視、偵察和火控系統中紅外感測器的資料處理。

其實,這種例子在中國也不是沒有。根據媒體報導,全軍武器裝備採購資訊網發佈競標消息,面對軍隊採購方提出的產品指標,有同行給出了2億元的報價,龍芯表示只需2000萬元。龍芯方面解釋了其中的原因:“這項技術,我們民品已經做成熟了,按軍用要求修改即可,自然比從頭做起要省錢得多。”

國內自主設計的CPU首推龍芯和申威,雖然不確定首艘國產航母是否會採用這兩種CPU,但就CPU性能和穩定性、可靠性,以及以往在類似裝備上的使用經驗而言,就承擔有源相控陣雷達任務管理職能的CPU而言,龍芯和申威是完全能頂上去的。

就DSP而言,國內有魂芯和華睿。中電38所研製的“魂芯一號”被授予“國防科技工業軍民融合發展”技術創新獎,並在很多方面有所應用。

華睿2號是基於龍芯3B修改的,龍芯3B是一款向量CPU,雖然通用性能有限,但這款向量CPU在很多特殊領域頗具潛力。中電14所對龍芯3B進行修改成為華睿2號。華睿2號將雷達信號處理演算法提煉成FFT、FIR、相關、矩陣求逆等17種基本計算構件,通過計算構件的邏輯組合實現複雜演算法,較好地解決了雷達系統大頻寬、高吞吐的應用需求。該技術成功應用于面向先進雷達的高性能數位訊號處理器研發及應用中。

就FPGA而言,國內有國微電子、智多晶微電子、同創國芯、高雲半導體、京微雅格、771所和772所等公司或單位。這些單位或公司中有體制內單位、也有由美國歸來的技術人員創辦的公司,比如智多晶微電子的團隊來自美國FPGA廠商萊迪思(就是去年有中資背景基金試圖收購,被20餘位美國國會議員的聯合阻撓的那家)。據小道消息,國內有一些反向設計的產品供國防軍工需要。

KJ500指揮預警系統的核心元件已100%實現國產化

正是中國電子工業的進步,使得中國完全有能力實現航母搭載的大型相控陣雷達的國產化。其實,在最近問世的某款預警機上,指揮預警系統的核心元件已經100%實現國產化。

資料鏈和通信系統、軍事指揮系統也能國產化

除了有源相控陣雷達的核心元器件能夠實現完全國產化,資料鏈和通信系統、軍事指揮系統在上世紀90年代末或本世紀初就解決了國產化的問題。隨著國內技術進步,這些系統的基礎軟硬體也隨著技術進步而更新。

指揮系統主要由CPU、DSP和作業系統輔以一些其他元器件構成。而且使用了自主CPU之後,經過系統優化,實際表現一點不遜色於國外CPU,比如龍芯首席科學家曾經介紹:某指揮系統應用,X86 i7平臺每秒20幀,龍芯平臺優化前每秒3幀,優化後每秒30幀。雖然不清楚國產首艘航母的指揮系統會採用什麼CPU,但自主CPU完全能勝任這項工作,而且經過系統優化後可以表現的比X86 i7更好。

資料鏈

至於戰場資料鏈和通信系統,其實就是更高端的民用通信系統,或者說現在大家使用的無線通訊系統其實就是戰場資料鏈玩剩下的。主要由CPU、DSP、ADC(類比數位轉換器)、DAC(數位類比轉換器)、射頻、天線等組成。CPU、DSP、天線不用多介紹了。

射頻晶片具有射頻收發和功率放大等功能,ADC是將數位信號轉化為類比信號,而ADC則反過來,將類比信號轉化為數位信號。由於資料鏈和通信系統中要涉及類比信號和數位信號的轉換,因此在接收端和發射端就需要有ADC/DAC。此外,超高速ADC/DAC是雷達的重要器件,在電子戰中,頻率捷變也必須仰仗超高速ADC/DAC。

ADC/DAC

在資料鏈和通信系統上,其實軟體的難度比硬體更大,對於硬體而言,基本不超過工控產品的要求,但在軟體上就要下一些功夫了。

總而言之,中國戰艦上的指揮系統、通信系統和雷達系統,中國是完全有能力實現國產化的。