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除了雷达黑科技,核心级军工电子中国掌握到什么水平?

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发表于 2017-4-21 12:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 gbl123 于 2017-4-21 12:52 编辑

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5387c42f0102xyu9.html


科工力量

据观察者网15日报道,中电集团五十五所开发三维氮化镓组件受到外媒关注,中国人又点出一项雷达组件黑科技,这充分体现了中国军用半导体技术的实力。

此前,科工力量发表了《“战斗民族”电子元件99%靠进口 给中国什么启示》一文,引起读者热议。文中提到,俄罗斯联合造船公司进口产品替代部主管Alexander Navotolsky称,“在电子元件和模块方面俄罗斯船厂对外国元件的依存度大约为70%”。此外,俄罗斯航天政策研究所所长莫伊谢耶夫表示:“我们的‘格洛纳斯-M’卫星75%-80%使用的是西方国家的电子元件。其他航天器中所占的比例也基本类似”。

在中国近年来每年进口芯片2000多亿美元的情况下,中国武器装备电子元件的国产化率究竟怎么样?哪些电子元件还需要从国外进口呢?

民用芯片大量进口与核心层级军品芯片自给不矛盾

虽然中国民用芯片大量进口,近年来每年的芯片进口额已经超过石油进口总额,高达2000多亿美元,但核心层级军工芯片基本上能够实现自给自足。这其中的主要原因就在于军用芯片和民用芯片有着不同的需求和针对性。

首先要说明的是,虽然中国每年进口2000多亿美元的芯片,但由于中国制造了全球50%以上的彩电,70%以上的智能手机、平板电脑,以及90%左右的PC,而且这些整机产品大量销往全球,在2000多亿进口芯片中,大部分都是作为电子元件加工成整机产品后出口的,中国需要的芯片大约在600亿美元—700亿美元之间。

言归正传,由于商业级、工业级、军品级、宇航级芯片各针对不同的应用场景,因而各类芯片会有很大的不同,比如就工作温度而言,商业级CPU的工作温度为0℃~70℃。而军品级CPU的工作温度为-55℃~125℃。

再比如在制造工艺上,现在最先进的手机芯片已经开始采用10nm制造工艺,但是即便半导体技术全球执牛耳的美国,很多军用芯片依旧采用在很多电子发烧友看起来非常老旧的65nm制造工艺,原因之一就在于相对先进的制造工艺会导致芯片的电磁干扰耐受度变差。

此外,军工芯片对性能的要求其实并不高,但对稳定性、可靠性,以及各种复杂地磁环境下的抗干扰能力有着非常高的要求。比如不少美军战机上依旧在使用比不少网友年龄都大的486或者奔腾芯片。

因此,中国在民用芯片方面大量进口,并不意味着核心层级军用芯片无法自给自足。而且恰恰是军用芯片有对性能要求不高的特点,使得国内自主设计的CPU、GPU等芯片虽然在民用市场缺乏竞争力,但经过改造后,在军品市场不仅可以推进武器装备信息化,还能保障芯片安全可控。

核心层级军工芯片有哪些

大系统中零器件按照重要性可划分为:一般、重要、关键、核心四个层级。就目前的消息来看,核心层级的军用芯片或器件基本能够实现国产化替代。比如CPU、GPU、DSP、FGPA、T/R组件等。


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(头盔瞄准系统)

CPU和GPU想必大家都不陌生,一个是中央处理器,一个是图形处理器,已经深入了千家万户,从手机到PC都有这两种芯片。很多军用装备都要用到CPU和GPU,比如飞行员的头盔瞄准系统,就要用到CPU和GPU,再比如预警机里也少不了CPU,当然还有其他电子元件。


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(央视采访龙芯胡伟武办公室,注意背景)

DSP是数字信号处理器,通信基站里就有DSP芯片。另外,国防科大还将DSP作为天河2A超级计算机的加速器,用于替换被美国禁售的至强PHI计算卡,而且这款DSP的双精浮点性能非常强悍。DSP可以用于雷达,以及通信系统,像预警机里也有DSP。


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(某型搭载国产DSP预警机)

FGPA是可编程门阵列,一般来说,FPGA主要大规模应用于处理器芯片研发过程中的验证阶段,用于在流片前检验处理器设计的正确性,以规避流片的风险。像很多CPU厂商公布的芯片模拟器测试成绩其实都是用FPGA做出来的。由于FPGA在写入软件前它有非常好的通用性,因而在很多新兴领域也得到一定应用,比如美国FPGA巨头就推出可以用于深度学习和科学计算的FPGA,性能功耗比达到Intel至强PHI计算卡的四倍。FPGA可以在雷达相控阵的子阵中做数据初步处理。


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(中电集团下属14所生产的KLJ-7A相控阵雷达,安装有多达1000多个T/R组件)


T/R组件是有源相控阵雷达的重要组成部分,T是发射,R是接受,换言之就是发射/接受组件,有源相控阵雷达的后端没有发射机,全靠无数的T/R单元发射和接收雷达波,T/R组件是非常重要的电子元件。

当然,核心层级芯片不局限于上述几种,只是在此例举部分比较关键的元件。

提纲挈领,不必面面俱到

目前,国内军工电子元器件核心的基本能自给,但一般、重要、关键层级的芯片一定程度上需要进口。比如一般层级的电阻电容器——其实国内不仅能生产普通电阻电容器,航天级的钽电容国内也能生产,只不过采购外企大批量生产的成熟产品更加廉价,例如不少电容就采用了日本黑金刚等品牌的产品。不过电阻电容器不存在CPU后门的那种情况,加上出货量巨大,国外供货方也不可能知道中国采购的电阻电容器会被用在什么地方,因而这种采购不存在信息安全风险。

一些重要和关键层级的电子元件,比如高端的配电箱和运算放大器等,虽然国内都能生产,但因为国产的高端产品批量较小,成本较高,因此一定程度上也需要进口,比如从德国西门子、施耐德进口配电箱。重要层级部分需要进口的原因和一般层级的电子元件一样,同理也不会对信息安全造成影响。

国内真正的薄弱环节是各种高端仪器仪表,而这些仪器仪表(比如高精度、高可靠性的温度、湿度、压强等传感器)既有重要层级的,也有关键层级的。由于上世纪90年代的各种改革,仪器仪表工业部被连根拔起,国内的研发体系完全被破坏,精华人员大多进入外企,这导致国内在这方面实力非常薄弱。虽然近年来得益于各种工程项目的牵引,军工仪器仪表进步很大,现在已经能生产相当一部分产品,进口清单每年都在以可观的速度缩短,但尚未完全实现国产化。

对于庞大而复杂系统的设计和制造,美国的思路是只要掌握了核心和大部分关键层级的零器件的设计生产能力以及系统设计和整合的能力,就掌握了这一产品的命脉,没有必要也不可能100%国产化。像美国的武器装备里大量采用日本和欧洲的电子元件,甚至还有采购中国的元器件。

作为最大的“美粉”,中国的思路也是如此——掌握核心、部分关键层级的零件的设计生产能力和系统设计和整合的能力。诚然,我们也希望未来中国军工能够有一般、重要、关键、核心层级全部国产化的时候。



评分

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发表于 2017-4-21 14:03 | 显示全部楼层
专业的文章,学习。
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发表于 2017-4-21 19:53 | 显示全部楼层
慢慢来吧,关键的东西没那么容易全部掌握的,总有一天……
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