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时至今日的俄罗斯半导体究竟啥水平?

发布时间:2022-05-13 浏览:99次

本文来自微信公众号:品玩(ID:pinwancool),作者:洪雨晗,原文标题:《苏联的好底子被玩坏了?今天俄罗斯半导体究竟啥水平》,题图来自:视觉中国(11.950, -0.17, -1.40%)

随着俄乌冲突的升级,欧美对俄罗斯的制裁也在不断加码,虽然北约及美国一直强调不会出兵乌克兰与俄罗斯发生直接冲突,但欧美针对俄罗斯的“全面经济和金融战争”早已打响。

据全球制裁跟踪数据库Castellum数据显示,自2月21日俄罗斯出兵乌克兰,欧美对俄罗斯发起的制裁措施新增2778项,俄罗斯目前受到的制裁项目已达到5532项,超过伊朗、叙利亚、朝鲜等国家,成为全球受到制裁最多的国家。


来源:Castellum

在众多对俄制裁手段中,最具威力的重磅措施一个是“金融核武”SWIFT国际结算系统,另一个则是对俄罗斯石油、天然气及相关能源的抵制。相比之下,美国BIS(美国商务部工业和安全局)第一时间主导的限制俄罗斯获取半导体、计算机等外国高科技产品的禁令则看起来“常规”许多。

“恶名远扬”的BIS禁令,国内的科技公司们可以说无人不知,中兴、华为、大疆等公司都上过其黑名单,BIS通过禁止全球公司使用包含美国技术的芯片等产品以达到技术封锁的目的。此次受到全球半导体产业链断供影响的就有俄罗斯特殊应用芯片商Elbrus,令人出乎意料的是,有消息表示委托台积电代工的Elbrus芯片数量极少,或仅有几千片。

这并不是说仅仅俄罗斯芯片厂商Elbrus在台积电的产量有限,不少公开数据都指向明确——俄罗斯已游离在全球半导体产业链之外。根据世界半导体贸易统计(WSTS)组织的统计数据显示,俄罗斯每年的半导体采购量占比不到全球的0.1%,中国台湾控制着全球超过一半的芯片代工市场,统计显示,俄罗斯是中国台湾半导体的第35大出口地,2021年出口俄罗斯的中国台湾半导体约为新台币5.6亿元,占比仅0.01%。

众所周知,全球的半导体产业是高度耦合的,即便是苹果、三星、台积电、英特尔这些巨头也无法独自独立生产出顶尖的芯片,如今,微缩至2纳米、3纳米的先进制程芯片生产涉及成千上万道工序,其中所需的特种气体、材料、设备、软件不是某一个公司甚至某一国家能独立完成的。

那么几乎游离于全球产业链之外的俄罗斯半导体到底水平如何?

俄罗斯半导体实力几何

在芯片生产制造(代工)领域,Mikron和Angstrem是俄罗斯的唯二半导体企业。

Mikron(Микрон)是俄罗斯最大的微电子制造商和出口商,它的前身为成立于1964年3月苏联时期的分子电子研究所(NIIME)。Mikron有着光辉的历史,在上世纪七十年代,Mikron是苏联第一个开发和制造大规模使用的数值和模拟集成电路的公司,在此之后数年,Mikron开发了国内第一个具有氧化物绝缘的集成电路的工艺。在此基础上,又在集成电路制造技术中引入了等离子化学工艺,可以说Mikron成立之初是积累了不错的集成电路基础。

Angstrem(Ангстрем)则稍早于Mikron成立,其前身同样是苏联时期的一个研究所NII-336,后重组为精细技术研究所。在苏联解体之前,Mikron、Angstrem以及Integral(如今为白俄罗斯的集成电路和液晶显示器制造商)一起,是苏联集成电路的主要制造商。


1992年生产的Elektronika MK85,带有Angstrem锤子和镰刀标志

然而,不管是Mikron还是Angstrem,其诞生之初领先的技术和成就都消逝在历史的滚滚车轮中。在本世纪,Mikron一直到2006年同意法半导体签署了一项技术转让协议后,才获得了生产180nm芯片的技术。到2009年,Mikron又在意法半导体技术基础上掌握了200毫米晶圆上创设90nm芯片的生产技术,最后到2013年才逐渐完成65nm集成电路制造技术的研发。

Angstrem则是在2008年时,与德国公司Exyte合资在俄罗斯泽列诺格勒建立半导体工厂,它能生产尺寸为130nm的芯片。该工厂为了更新制程工艺,2016年时向AMD购买半导体相关生产设备,但由于美国的制裁没有成功,后来Angstrem由于落后的制程难以获得足够订单加上制裁导致的经济技术困境,无法偿还债务,该公司破产后被其主要债权人VEB.RF银行接管。

综合来看,两家半导体制造工厂的实际生产能力在65到250nm之间,在苏联解体后两家公司的半导体技术主要来源同样是西方引进。与中国不同的是,国内有更为广阔和开放的市场,以及相对成熟的民用工业体系,因此中国的半导体产业链完善程度和先进制程生产能力都要强于俄罗斯。

在芯片设计领域也同样如此,代表俄罗斯最高芯片设计能力的“贝加尔”系列和Elbrus系列芯片,前者在跳票数年后于去年采用台积电的28nm工艺,8核cortex-A57架构,生产出旗下最新的Baikal-M系列芯片,为该研发项目补贴高达40%~50%的俄罗斯工贸部并不满意其性能,要求芯片设计公司T-Platforms返还官方补贴32.6亿卢布。

Elbrus系列芯片则要强上不少。Elbrus出生时就站在了当时电子技术的顶点,其名称源于欧亚边界第一高峰厄尔布鲁士山,它被用来命名1978年苏联生产的全世界第一台超标量计算机Elbrus-1,超标量技术能够在相同的CPU主频下实现更高的CPU吞吐率,该技术领先美国整整13年。但当时苏联的超标量计算机主要运用于军事目的,如飞弹系统的开发、核武器以及太空计划等军事工业。

然而,随着苏联走入历史长河,继承了超标量技术衣钵的MCST公司面临着经费短缺、项目停滞、团队成员出走等诸多问题,但MCST凭借历史底蕴仍于1999年成功研制出Elbrus 2000处理器E2K,该芯片在X86架构上的运算速度是当时英特尔Itanium(安腾)服务器芯片的三倍。

这也是Elbrus系列芯片最后的昙花一现,贫瘠的半导体工业土壤上再难培育出世界领先的产品。到2020年10月,MCST公布了旗下最新CPU——Elbrus-16C,该处理器采用台积电的16nm工艺,由120亿个晶体管组成。然而,此时的市面上主流的CPU已然采用7nm工艺,旗舰手机的Soc更是采用5nm工艺,Elbrus已然在时代之后蹒跚而行。


Elbrus-16C

如今,俄罗斯在全球半导体产业链中扮演的角色与其石油、天然气一样,是行业原材料的重要提供者之一,如占据全球总产量约37%的钯材料、9%的镍矿以及相当程度氖、氪、氙等惰性气体资源,这些都是半导体、电池生产所需的重要原材料。

不同的是,石油、天然气等化石能源,不需像上述半导体原材料一样经过成千上万道工序才能制作为精细的集成电路,它们经过开采、加工后直接就能作为经济生活中使用的产品,这也意味着俄罗斯的半导体材料所能创造的额外价值有限。

从俄罗斯目前的半导体产业状况上来看,其在半导体上游的设计、制造等环节的技术积累一方面自苏联时期的遗产,另一方面来自西方落后产线的更新换代,虽然有Elbrus这样璀璨一时的产品出现,但由于种种原因终究消逝在历史长河中,其半导体产业也最终沦为粗放的稀有材料出售。

苏联到俄罗斯半导体发展的启示

俄罗斯的半导体技术在苏联时期也曾辉煌一时,当时的苏联也没有从西方获得技术、设备的渠道,但在早期依然取得了不弱的成绩。

在苏联的计划经济的大力扶持下,早期苏美在半导体领域的差距不算大。1947年,美国的贝尔实验室诞生了第一根晶体管,苏联在1950年研发出自己的第一根晶体管;1956年,同样在美国贝尔实验室世界首台全晶体管计算机Lepreachaun诞生;1961年,苏联也研制出了自己的全晶体管的大型计算机;1957年,美国硅谷诞生了世界上第一家半导体公司仙童,苏联在1959年也有了自己的第一家半导体制造厂。

苏美在半导体领域的这种紧紧追赶的状况没有维持太久。1964年,美国IBM公司研制成功世界上第一台采用集成电路的通用计算机IBM 360,一直到九年后,苏联才推出自己的集成电路的通用计算机,过去三到五年左右的技术差距逐渐扩大到近十年,苏美半导体差距扩大的背后有着复杂的原因。

首先要考虑当时的世界格局处于苏美争霸的冷战时期,苏联发展研究半导体相关电子技术的第一目的是军用,而民用半导体产品则是“根据需要供给”,无线电、电视等民用电子设备是其次才考虑的,也是由于这一原因,当时的苏联科技树多少点歪了一些。

在当时冷战核威胁的大背景下,苏联在军用电子设备上没有使用晶体管,而是选择了看起来更落后的电子管工艺,电子管是在封闭玻璃容器中利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号来传导,不像晶体管那样会受到电磁脉冲的干扰,更适合核战争的环境。但电子管大而笨重,即便是用小型化的电子管来做手机、电脑,它的体积可能比你的餐桌还要大,根本不适合日常生活使用。

这也造成了虽然上世纪六十年代,苏联保持电子工业平均增长率21%长达十余年,但民用电子的发展有限,当时访问苏联的美国柯拉斯公司经理说,“在苏联看不到美国、西欧和日本那样的台式计算机、电视机、收音机等,甚至还出现15年前的产品”。

于此相对应的是,苏联的半导体技术的研发大部分来自于研究所和高校,上文中提到的Mikron和Angstrem的前身都是研究所。此外,当时苏联半导体领域比较有名的研究机构还有莫斯科的列别捷夫物理研究所、无线电工程和电子学研究所,晶体研究所、高压研究所、基础物理研究所、固体物理研究所等等。这些研究机构和企业不同,不以盈利为目的,它们所有建设与科研项目基本都是国家来统一计划。

在当时的计划指令下,苏联也对其电子产业上下游做了系列硬性的分配,如乌克兰负责电子信息工业板块,白俄罗斯负责半导体工业板块,波罗的海三国(爱沙尼亚、拉脱维亚、立陶宛)负责则加工和组装,这也是为何如今的白俄罗斯有集成电路和液晶显示器制造商Integral,它正是苏联计划经济时期的遗产。

总的来说,苏联以军工为主要目的的半导体产业,并不追求单纯半导体技术的强大以及商业上的可能性,其只要足够实用、耐用能保障服务的军事单位发挥效力即可。从军工产业来说,苏联的这一举措其实没什么问题,即便是在今天,运用到工业以及军事领域的半导体采用的也不是先进制程芯片,而是在各类极端环境下的可靠性和耐久度更高的成熟制程芯片。

如,民用芯片、工业芯片和军用芯片所要求的正常工作的温度范围就有很大不同。民用级要求0℃~70℃、工业级要求-40℃~85℃、军用级要求-55℃~125℃,这仅仅是温度这一项指标,工业、军用级芯片还有抗干扰、抗冲击乃至航空航天级别的抗辐射等等要求。这些反而是更精密、更细小的先进制程芯片所难以达到的,也因此即使现今的俄罗斯几乎脱离了全球半导体产业链,但其在一定程度上能够生产大部分基础的军需半导体元器件。

与苏联当时的状况类似,在改革开放前,我国的半导体产业最初也是在计划机制中的专家主导下开始的,以中科院半导体研究所为代表的大批科研机构和电子厂初步构成了当时中国的半导体研发生产体系,由于同样的原因,这个生产体系在军工上发挥了不小的作用,但在产业化上实现的成绩寥寥。

如今,与已深入参与进全球经济体系的中国不同,半导体是否被卡脖子不是俄罗斯首先需要考虑的问题,“没有100万,不需要考虑100万怎么花”。对几乎已游离在半导体产业链之外的俄罗斯来说,基本不怕被卡脖子,因为没有脖子可卡,俄罗斯当下最需担心的是占其财政收入来源40%的化石能源出口问题,以及保障国家基本社会、工业体系运转的基础设施性技术的掌握。

从苏联到俄罗斯的半导体发展历程来看,半导体不仅仅是军事上的竞争,更是商业经济上的战争,需要直面的现实是,想要在你中有我,我中有你的半导体产业中迅速发展,绝不是一件能关上门自己造车的事情。

在半导体全球一体化难以分割,而BIS又借以种种手段向半导体企业施压的大背景下,要保障产业的安全,需要有一批在全球产业链中处于难以被替代地位的企业出来——不是说妄想短时间能成为三星、台积电、ASML,但至少逐渐要有一批像日本东京应化(负责光刻胶生产)、新思科技(EDA公司)这样行业隐形冠军的企业,在半导体成千上万道生产工序中,有那么几种关键工艺、关节材料、特定设备能成为全球产业链屈指可数的供应者。

用行业专家的话来说,“产业安全,至少需做到若对方不愿意共生,那么我方至少可以决定共死,这是核威慑在经济领域的折射。”也唯有当这样的一批企业出现,半导体产业才能逐渐摆脱卡脖之痛。

本文来自微信公众号:品玩(ID:pinwancool),作者:洪雨晗



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