Почему современное передовое оружие и техника все чаще полагаются на высокопроизводительные чипы
Что такое высококлассный чип? На международной арене нет строгого определения или единого заявления. В настоящее время то, что люди обычно называют микросхемой, относится к схеме, встроенной в кремниевый блок. Таким образом, высокопроизводительные микросхемы обычно относятся к качественному скачку, основанному на обычных микросхемах, то есть цифровых логических схемах или специальных схемах, которые могут быть запрограммированы на месте с более высокой степенью интеграции, более высокой скоростью и более сильными функциями. Различные микросхемы широко использовались в современном оружии еще в 1990-х годах.
Однако с тех пор, как новый век вступил в эру информационных войн и сетевых войн, доля электронного оборудования в системах оружия быстро увеличилась, и спрос на высокопроизводительные микросхемы также быстро увеличился.
Возьмем, к примеру, американский истребитель пятого поколения F-35. Он известен как первый в мире истребитель' спроектированный полностью в соответствии с требованиями информационных операций, потому что он может достичь&"бесшовной совместимости &"; с нынешней боевой системой американских военных' В бою F-35 существует как узел информационной войны. Встроенная система радиоэлектронной борьбы, установленная на борту, предназначена для максимального увеличения способности пилота' воспринимать обстановку на всем поле боя; его возможности радиоэлектронной борьбы с одним самолетом могут даже достигать характеристик профессиональных самолетов радиоэлектронной борьбы.
В случае войны F-35 может обмениваться информацией со всем вооружением и оборудованием США в воздухе и на море в боевой системе&№39 США. Как оно работает? Иностранный авторитетный" Jane' s Defense Yearbook" говорит, что он" был оснащен чипами по всему телу" ;!
В области ракет, радаров и оружия для воздушно-космической обороны наиболее часто используемые высокопроизводительные микросхемы, в дополнение к обычно используемым высокоскоростным и высокоточным микросхемам АЦП / ЦАП, обычно имеют три аспекта: один - это сам компьютер оружия. . Требования к микросхемам особенно строги, особенно для бортовых и бортовых компьютеров. Второй - коммуникационный чип; это основа многих центров управления связью оружия. Например, C2BMC в THAAD в США полагается на него для реализации глобальной сети. Третий - это подсчет микросхем DSP (цифровая обработка сигналов) и FPGA (программируемая вентильная матрица), которые часто используются в американских радарах и неоднократно называются Министерством торговли США.
Основная задача электронного оборудования в современных системах вооружения - просто получать информацию и выводить инструкции после обработки и быстрого расчета для управления исполнительными компонентами. Возьмем, к примеру, современный радар, его скорость передачи данных достигает нескольких десятков раз в секунду, то есть расчет выполняется один раз за доли секунды. Следовательно, микросхема обработки информации должна иметь функции вычислений в реальном времени, быстрые и с большой емкостью. В настоящее время наиболее часто используемыми алгоритмами являются операция свертки и преобразование Фурье.
Эти две операции представляют собой большое количество итерационных процессов умножения и накопления, и проще всего использовать современные микросхемы обработки сигналов. Современные микросхемы обработки сигналов испытали пять поколений продуктов с момента их выпуска в 1982 году. Они сильно отличаются от прошлых высокоскоростных микропроцессоров: во-первых, они могут выполнять 32-битное умножение и накопление за один цикл команд, а время составляет всего лишь 1-2 наносекунды; второй - многофункциональный; и могут обрабатываться параллельно; третья - это так называемая «Гарвардская структура».
Это структура памяти, которая разделяет хранилище программных инструкций и хранилище данных. Он имеет независимую адресную шину и независимую шину данных, и две шины являются разделенными по времени и совместно используются памятью программ и памятью данных. Таким образом преодолевается узкое место передачи потока данных и значительно повышается скорость вычислений.
Что касается FPGA, она содержит большое количество схем затвора, что делает микросхему более интегрированной, более быстрой и надежной. В частности, он имеет возможность перепрограммировать (реконфигурировать) в системе, включая программируемые логические блоки, программируемый ввод / вывод и программируемую внутреннюю проводку. В качестве обработки информации FPGA имеет тенденцию заменять DSP.
Большинство конструкторов являются пользователями чипа, конечно же они используются." Например, FPGA или DSP, известные производители FPGA в Соединенных Штатах, такие как Xilinx (китайское название Xilinx), Altera и т. Д., Открыли офисы продаж в Китае с достаточными поставками и комплексными услугами, и даже готовы инструменты для разработки. для тебя.
Каждый раз, когда выходит новая модель, мы будем бесплатно обучать вас, что значительно облегчит вашу конструкторскую работу и даже сможем внести множество «новшеств». Конечно, эти компании зарабатывают много денег, что некоторые люди примерно называют&"беспроигрышным &". Один из старших академиков хорошо сказал: «Многие достижения теперь основаны на использовании зарубежных микросхем; и они часто претендуют на звание номер один в мире. Это не" наряжаться завтра в то, что другие сделали вчера" ;!
Из опубликованных данных и изображений С-300 (например, системы С-300-2, проданной Россией Греции) видно, что для обработки сигналов РЛС управления огнем также используется технология БПФ. Каждый канал дальности радара также реализует ветвь доплеровской скорости посредством операции БПФ. Но Россия состоит из малогабаритных интегральных схем (ИС).
Дистанционный канал должен быть преобразован в шкаф, в то время как Соединенным Штатам требуется только часть микросхемы FPGA или DSP (а также высокоскоростная и высокоточная микросхема АЦП / ЦАП) и печатная плата. Поэтому российские электронные устройства часто кажутся глупыми, большими и грубыми, и некоторые отечественные ученые часто смотрят на них свысока. Но у России есть свои методы, что не мешает его С-300 и С-400 стать ракетными системами ПВО мирового класса.
Почему мы не можем делать чипы, как американцы?
Я никогда не работал с полупроводниками и микросхемами. Делать безответственные замечания по поводу текущей проблемы с микросхемой не имеет права. Но он может отражать некоторые условия использования и мнения с точки зрения пользователя' 18 апреля 2018 года, на второй день после объявления Соединенными Штатами запрета на продажу", Институт вычислительных технологий Китайской академии наук провел в Пекине круглый стол экспертов. Встреча называлась": Почему мы не можем делать чипы, как американцы?" ;. Однако, согласно отчету репортера из" Economic Observer" Присутствовавшие на встрече эксперты обсуждали на встрече целый день, мнения расходились, но так и не пришли к положительному ответу.
Но встреча все же отразила некоторую важную информацию. Например, некоторые эксперты приводили в качестве примера суперкомпьютер China' Он много раз занимал первые места на международных соревнованиях благодаря самой высокой скорости вычислений.
Однако, по словам эксперта, американские фишки использовались первые шесть раз (примечание автора&№39; это должно относиться к шести подряд чемпионатам" Тяньхэ-2" суперкомпьютер, на котором использовалось 80 000 процессоров Intel Xeon). После того, как в апреле 2015 года Министерство торговли США решило запретить продажу соответствующих чипов четырем соответствующим китайским подразделениям," Shenwei · Taihuzhiguang" суперкомпьютер, разработанный в 2016 году" оснащенный чипами национального производства" (примечание автора' должны быть процессоры отечественного производства)" Shenwei 26010" ;. Имеет ли так называемое" несущее" относится к его части?). Наконец, он снова выиграл чемпионат в международном соревновании со скоростью вычислений с плавающей запятой 930 миллионов раз в секунду. Поэтому эксперт сказал, что "запрет на продажу"" также является катализатором, дающим исследователям ощущение кризиса, и в некоторой степени ускорило разработку независимых чипов Китая &.
Как всем известно, индустрия микросхем - это отрасль, которая требует большого количества начальных капиталовложений и талантов, и это отрасль с относительно длительным циклом окупаемости инвестиций; его также необходимо передать, поколения настойчивости, упорного труда, итеративного и новаторского накопления могут развиться до сегодняшнего дня. Вершина.
Эксперты на встрече отметили, что почти все мировые гиганты полупроводниковой промышленности начали свою деятельность в 1970-х и 1980-х годах, используя долгое время и огромные инвестиции талантов в обмен на сегодняшнее накопление технологий. К сожалению, полупроводниковая промышленность Китая пропустила золотой век. После реформы и открытия, хотя мы потратили не меньше времени, мы также добились всемирно известных достижений в области микросхем низкого и среднего ценового диапазона. Однако разработка высокопроизводительных чипов зависит от механизма рыночной конкуренции, и догнать уровень США сложно.
В 1990-х годах некоторые дальновидные ученые, такие как Ни Гуаннан и другие, выступали за независимую технологию ядра и предлагали нацелить основные чипы ядра Соединенных Штатов (такие как Intel' s Xeon), чтобы преодолеть трудности высокого уровня. - технология конца чипа; и предложил им не бояться повторных неудач. , И обязательно победит в конце.
Однако некоторые эксперты и экономисты считают, что лучше покупать чипы, чем производить чипы, что является так называемым" рынком технологий" теория; и они не беспокоятся о том, что Соединенные Штаты легко откажутся от огромного рынка Китая&и огромных прибылей. Некоторые лидеры, выступающие за рыночную ориентацию, также скрупулезно относятся к крупным инвестициям и высоким рискам. Это заставляет китайскую' промышленность микросхем, к сожалению, снова упустить возможность.
Недавно тайваньское СМИ (China Times Electronic News) опубликовало статью, озаглавленную" Апокалипсис на полупроводниках между двумя проливами" ;, в которой выражается прямое мнение по этому поводу. Основная идея статьи такова: обе стороны пролива придают большое значение полупроводниковой промышленности, и отправная точка аналогична (в то же время они представили производственные линии NEC в Японии и RCA в США соответственно). Поддержка полупроводников со стороны правительства материкового Китая намного превышает поддержку Тайваня. Полупроводниковые технологии - это знания, требующие упорного труда и долгосрочной ориентации. Передовые технологические исследования требуют высокого профессионализма научно-технического персонала. Но сейчас материк по-прежнему уступает Тайваню (?) С точки зрения производственного процесса и высокопроизводительных интегральных схем.
Одна из причин заключается в том, что молодые материковые научно-технические кадры работают на государственных предприятиях, и у них нет ощущения кризиса. Естественно, нет ощущения срочности, и я боюсь трудностей, поэтому мне не нужно углубляться в эзотерические принципы и ключевые технологии. Некоторые молодые люди обладают низким профессионализмом и стремятся как можно скорее разбогатеть. Некоторые СМИ имеют привычку хвастаться, думая, что они уже № 1 в мире. В конце статьи указывается, что" смиренное обучение и вопросы, а также долгосрочное сосредоточение и концентрация - единственные пути к успеху." Аргументы, выдвинутые в этой статье, по-прежнему объективны и достойны нашего рассмотрения.
Глядя на текущую проблему микросхем с точки зрения оружия и снаряжения, я всегда чувствую, что некоторым экспертам и ученым не хватает важного фактора при их рассмотрении, а именно боевой готовности." Американцы рассматривают чип как своего рода материал для подготовки к войне. Каждый раз, когда мы вводим санкции и запреты на продажу, мы используем предлог&"в интересах национальной безопасности." Сегодня великая стратегия Соединенных Штатов - сдерживание Китая. Может ли это позволить продолжаться в течение долгого времени беспроигрышной ситуации между Китаем и США? Это напоминает нам о дебатах в моей стране в 1980-х годах о том, следует ли Китаю разрабатывать свою собственную навигационную систему Beidou.
Некоторые ученые возражают против этого на том основании, что в мире используется GPS США, а Beidou стоит дорого, и даже если он будет построен, он не сможет конкурировать с Соединенными Штатами в будущем. Кроме того, GPS нельзя отключить или зашифровать, поэтому Соединенные Штаты не могут его использовать. Однако в некоторых локальных войнах и военных учениях в некоторых странах после 1990-х годов Соединенные Штаты отключили связанные с GPS функции и использовали шифрованные помехи, что доказало правильность мнения товарищей, выступавших за запуск Beidou.
Причины низкого уровня технологий и микросхем микроэлектроники в бывшем Советском Союзе и в России сложны. Однако, согласно российской литературе, есть три основных причины: во-первых, всемирный переход от электронных ламп к полупроводникам в 1960-х годах. Бывшие советские высокопоставленные чиновники считали, что полупроводники гораздо менее устойчивы к ядерному излучению, чем электронные лампы, и изо всех сил старались отстаивать разработку небольших электронных ламп. Из-за этого Советский Союз с самого начала упустил золотую возможность.
Во-вторых, Советский Союз продвигал троичную систему" в течение периода времени (то есть +1, 0, -1 вместо двоичного 1, 0), что несовместимо с двоичной системой, обычно продвигаемой в мире, которая тратит много времени и энергии. В-третьих, бывший Советский Союз распространил отрасль микроэлектроники среди стран-участниц, чтобы сбалансировать интересы стран-участниц.
Распад Советского Союза привел к фрагментации полупроводниковой промышленности. После десятилетия экономического шока Россия пережила медленное восстановление экономики и не может полностью вернуть себе былую славу. Следовательно, если вы сделаете направленную ошибку по основным техническим вопросам, потери часто будут огромными. Камни из других гор можно использовать для изготовления нефрита, и эти уроки помогли нам избежать повторения тех же ошибок.
После украинского кризиса 2014 года Россия испытала на себе ряд санкций со стороны Запада, но она смогла запустить одно за другим новое оружие мирового класса. Например, в противовоздушной и космической обороне был запущен в производство истребитель пятого поколения Су-57, на вооружении стоял ЗРК четвертого поколения С-400, ЗРК пятого поколения С-500 успешно поражали цели, и стратегический противоракетный комплекс нового поколения А-235 Combat Duty и так далее.
Западные репортеры преувеличили: Россия&"часто рассылает леденящие кровь напоминания!"" ;. Поэтому некоторые читатели сомневались, что базовый уровень отрасли в России низкий, а технология микроэлектроники всегда была недостатком России. Россия запустила это новое оружие мирового класса, но ей не хватает технологий микроэлектроники мирового класса и высокотехнологичных микросхем. Россия также подчеркивает, что при самообеспечении иностранные компоненты практически не используются (Запад также запрещает продажу высокотехнологичных электронных устройств). Как российские научно-технические кадры разрешили это противоречие?
Я однажды проанализировал, как Россия разрешает это противоречие в статье&"Почему нет чипового кризиса в исследованиях и разработках новейшего оружия в России &?"" Короче говоря, это опираться на идею&"независимых инноваций &". Чтобы быть более конкретным, следует полагаться на философию проектирования научно-технического персонала'&"усиление сильных сторон и избегание слабых &". В полной мере использовать основные технические преимущества России' в механике полета ракет, технологии и устройствах инерционного наведения, двигателях, микроволновой электровакуумной технологии и аналоговых схемах, и полагаться на изобретательность российского научного и технологического персонала, чтобы сделать из-за отсутствия цифровых технологий. Эта компенсация - не простая замена, а нововведение.
Как автор привел пример в статье&«Chip Crisis &», Россия использует гетерогенный кварцевый генератор в качестве накопителя сигнала промежуточной частоты, и его объем даже меньше, чем у интегральной схемы, которая является Типичный удачный пример. Российский научный и технический персонал использует свои сильные стороны и обходит слабые стороны, с одной стороны, из-за беспомощности, но с другой стороны, они способствуют новым разработкам и прогрессу в технологии аналоговых схем.
Во-вторых, полагаться на научно-технический персонал' s" system first" философия дизайна. Последнее относится к «ГГ»: уровень компонентов оружия может быть средним, но системный уровень, включая показатели работы системы вооружения и надежность оружия, должен быть первоклассным." Например, в области вооружений воздушно-космической обороны - от высших руководителей России до главного конструктора ракетных систем - они четко осознают, что базовые отрасли промышленности России намного уступают отраслям промышленности США, и им следует искать истину в фактах, чтобы развивать свои собственное вооружение воздушно-космической обороны.
У них есть два неписаных правила дизайна:
Во-первых, нельзя требовать, чтобы система вооружений превосходила Соединенные Штаты по всем параметрам или была первой в мире по всем показателям. У России нет сил конкурировать с Соединенными Штатами по всем направлениям. Поэтому мы должны понять основные индикаторы, разрешить основные противоречия и сделать так, чтобы основные индикаторы лидировали в мире.
Во-вторых, нельзя требовать, чтобы все оборудование и компоненты в системе были первоклассными, но необходимы независимые инновации в отношении каждого оборудования, чтобы максимально использовать его сильные стороны и по возможности избегать недостатков. Основное стремление - эффективность и стабильность, высокая надежность, и не преследует намеренно использование передовых компонентов и передовых технологий, не заботясь о внешнем виде немного" глупых, больших, грубых" ;. Затем главные подразделения синтезировали зенитно-ракетный комплекс мирового класса с выдающимися основными характеристиками и уровнем. Это неписаное правило восхваляется в некоторой западной литературе как&"золотое правило &". для разработки оружия России [ГГ].
Автор считает, что это очень поучительно для нас. На предыдущем этапе научные и технические круги моей страны&# 39 демонстрировали определенный стремительный настрой, то есть все слои общества должны превосходить Соединенные Штаты во всех сферах, и заявляли, что многие аспекты имеют уже превзошла США. Фактически, если взять в качестве примера высокопроизводительные чипы, потребуется долгая и упорная работа, чтобы преодолеть разрыв между нами и Соединенными Штатами.
Даже тогда невозможно представить, что все высококлассные разновидности чипов догонят Соединенные Штаты. Фактически, пока некоторые основные сорта догоняют или приближаются к уровню мирового класса, это очень хорошо. Конечно, основная технология должна находиться в наших руках. Разработчики оружия ищут оружие мирового класса, и его не волнует, являются ли используемые чипы первыми в мире'
Чтобы внедрять инновации независимо, мы должны обладать новаторским духом. Например, конструкция российской системы С-300, их смелость к инновациям по-прежнему достойны нашего упоминания. Первый - это выбор диапазона. Американские патриоты используют диапазон C. Российские специалисты предложили использовать более высокий диапазон X для дальнейшего улучшения характеристик радара. Но тогда был большой риск. Разрабатывать и поставлять комплектующие не только сложно.
Производство ключевого отладочного оборудования" Большая антенна X-диапазона в ближней полевой тестовой системе" Требование к РЛС с фазированной антенной решеткой также является неопределенным (требуется установка испытательной рамы на испытательном стенде в несколько метров).
Когда пробоотборная головка перемещается в трех измерениях в любой точке, точность позиционирования составляет не более одной сотой длины волны, то есть 0,3 мм). Но Россия осмелилась первой занять эту технологическую вершину и первой в мире разработала крупномасштабную испытательную систему ближнего поля X-диапазона.
Кроме того, что касается метода питания антенны радара с фазированной решеткой, американские ученые и инженерные круги всегда выступали за использование ответвления (через большое количество кабелей или ответвлений волновода) и отказа от космического питания. Однако российские научные и технологические кадры добились серьезных открытий и успехов в области космического питания. На международной радиолокационной конференции в начале этого века американский радарный эксперт Баден заслушал доклад главного инженера России Евремова. Когда он узнал, что космическое питание официально принято на С-300, он похвалил российский научно-технический персонал. Новаторский дух и настойчивость. И выступил на встрече с такой интересной речью:
Западные разработчики радаров с фазированной антенной решеткой занимаются проектированием ответвлений с 1960 года и склонны игнорировать и отвергать этот способ космического питания. ……. К 1988 году он считал, что технология космической подачи еще недостаточно развита. ……. В 1993–1994 годах в подробном учебном плане, разработанном IEEEE с фазированной антенной решеткой, даже не упоминалась антенная решетка с космическим облучением. Такое отношение западного сообщества инженеров радиолокации предоставило российским инженерам всю разработку технологии космических систем питания, что позволило им энергично войти в это пустое пространство.
Поскольку фундаментальные научные исследования России&очень надежны, все полагают, что, пока экономика России&№39 и дальше улучшается, ее технологии микроэлектроники и технологии высокопроизводительных микросхем наверняка получат новое развитие и приобретение. выключенный. В противном случае технологии низкоуровневой микроэлектроники могут стать узким местом для дальнейшего развития России в области информатизации и сетевого оружия. Поэтому мы перенимаем опыт России&в разработке новейшего оружия и, в основном, учимся у других людей' в дизайнерских идеях и духе независимых инноваций и смелости вводить новшества, а не подражая его специфическим методам.
Обход основных устройств, таких как микроволновые лампы в моей стране, также показывает, что путь к «замене технологии рынком» неработоспособен.
На самом деле опыт и уроки, подобные этому инциденту с ZTE, происходят не впервые. В 1980-х и 1990-х годах, когда Соединенные Штаты, Советский Союз и другие страны прилагали большие усилия для разработки нового поколения электронных ламп высокой мощности сверхвысокочастотного диапазона для оснащения нового поколения мощных радаров, мы делали упор на рыночную экономику и играл на гонгах и барабанах, чтобы выключить нерентабельные электронные лампы. На фабриках и в университетах закрываются непопулярные среди студентов специальности по электрическому вакууму (говорят, что микроволновые печи вредны, а материалы с электрическим вакуумом вредны).
Некоторые эксперты опасаются, что преемников не будет. В головах некоторых людей сформировалась правдоподобная концепция: электронные лампы отстают от транзисторов, транзисторы отстают от интегральных схем, а интегральные схемы отстают от микросхем. При необходимости можно потратить деньги на покупку на зарубежных рынках.
Это стало известно только после того, как Запад запретил продажу мощных микроволновых ламп в мою страну. Российские научно-технические кадры в этом плане умнее нас. Их микроволновая электрическая вакуумная технология очень высока и уникальна. Они сыграли важную роль в содействии развитию передовых вооружений России.
Ежегодно в нашей стране Министерство промышленности и информационных технологий организует" Китайскую конференцию по продвижению индустрии интегральных схем" ;. В 2016 и 2017 годах один из моих учеников участвовал во второй сессии. После того, как он вернулся, он рассказал нам о ситуации на конференции и о затруднительном положении в моей стране' индустрии микросхем. В 2017 году объем производства отрасли интегральных схем моей страны&# 39 достиг 500 миллиардов юаней, что составляет около 11% мировой доли, в то время как на Тайвань моей страны&# 39 приходится 16%. В очереди по операционным доходам нет ни одной из 20 крупнейших полупроводниковых компаний мира, в то время как на Тайване есть три компании, включенные в окончательный список, включая TSMC.
Ежегодный импорт моей страны американских полупроводниковых продуктов, в основном высокотехнологичных микросхем, составляет 230 миллиардов долларов США, что сопоставимо с годичными расходами наших вооруженных сил. Несколько американских производителей микросхем без исключения заработали много денег на китайском рынке, но на протяжении многих лет они неоднократно использовали национальную безопасность как повод для защиты прав интеллектуальной собственности. Они на время запретят продажу этого и на некоторое время наложат санкции. Цель этой компании&# 39 - подавить производство микросхем в моей стране' и навсегда оставить основную технологию в своих руках.
& quot; инцидент с микросхемой" это, конечно, плохо, но это также может стать еще одной прекрасной возможностью для развития высокопроизводительных чипов моей страны' По словам моих учеников, на второй встрече многие научно-технические работники выразили желание много работать. На встрече также присутствовала группа репатриантов, некоторые из которых много лет занимались технологией микросхем за границей и хотели использовать свой опыт для служения родине, когда вернутся домой. А также призвала коллег, которые все еще находятся за границей, не упускать возможность. На встрече они также выдвинули лозунг&"Ученые-патриоты будут работать вместе, и China Chip скоро поднимется &".
В конечном итоге битва науки и технологий - это битва талантов. Пока политика правильная, таланты ценятся, и все силы, которые могут быть объединены, я верю, что высокопроизводительные чипы China&# 39 скоро вырастут.
