現代の高度な兵器や装備がますますハイエンドチップに依存する理由
ハイエンドチップとは何ですか？ 国際舞台では、厳密な定義や統一された声明はありません。 今日、人々が一般的にチップと呼ぶものは、シリコンブロックに統合された回路を指します。 したがって、ハイエンドチップは一般に、通常のチップに基づく質的な飛躍を指します。つまり、デジタルロジック回路、またはより高い統合、より高速な速度、より強力な機能を備えたオンサイトでプログラムできる特別な回路です。 1990年代には、さまざまなチップが現代の兵器で広く使用されていました。
しかし、新世紀が情報戦やネットワーク戦の時代に突入して以来、兵器システムにおける電子機器の割合は急速に増加しており、ハイエンドチップの需要も急速に増加しています。
例として、第5世代のアメリカの戦闘機F-35を取り上げます。"シームレスな互換性& quot;を実現できるため、情報化された運用の要件に完全に準拠して設計された世界初の戦闘機として知られています。 現在の米軍&＃39;の戦闘システムで。 戦闘では、F-35は情報戦のノードとして存在します。 搭載された統合電子戦システムは、パイロット&＃39;戦場全体の状況を認識する能力を最大化するように設計されています。 その単一平面の電子戦機能は、プロの電子戦機の性能にまで達することができます。
戦争が発生した場合、F-35は、米軍&＃39;の戦闘システムの空中および海上にあるすべての米国の兵器および装備と情報を共有できます。 これはどのように行われますか？ 外国の権威ある& quot;ジェーン&＃39;防衛年鑑& quot;"全身にチップが装備されている& quot;！
ミサイル、レーダー、航空宇宙防衛兵器の分野では、一般的に使用されている高速で高精度のADC / DACチップに加えて、最も使用されているハイエンドチップには、一般に3つの側面があります。1つは兵器コンピュータ自体です。 。 特に爆弾搭載および機内コンピューターの場合、チップの要件は非常に厳しいです。 2つ目は通信チップです。 それは多くの兵器通信管理センターのバックボーンです。 たとえば、米国のTHAADのC2BMCは、グローバルネットワーキングを実現するためにC2BMCに依存しています。 3つ目は、アメリカのレーダーで頻繁に使用され、米国商務省によって繰り返し名前が付けられているDSP（デジタル信号処理）およびFPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）チップを数えることです。
現代の兵器システムにおける電子機器の主なタスクは、単に情報を受け取り、処理と迅速な計算の後に命令を出力して実行コンポーネントを制御することです。 最新のレーダーを例にとると、そのデータレートは毎秒数十回にもなります。つまり、計算は1秒に1回完了します。 そのため、情報処理チップには、リアルタイム、高速、大容量のコンピューティング機能が求められます。 現在、最も一般的に使用されているアルゴリズムは、畳み込み演算とフーリエ変換です。
これらの2つの演算は、乗算と累積の多数の反復プロセスであり、最新の信号処理チップを使用するのが最も簡単です。 最新の信号処理チップは、1982年の発売以来、5世代の製品を経験してきました。これは、過去の高速マイクロプロセッサとは大きく異なります。まず、1つの命令サイクルで32ビットの乗算と累積を完了でき、時間はわずかです。 1〜2ナノ秒; 2つ目は多機能です。 並行して処理できます。 3つ目は、いわゆる& quot;ハーバード構造& quot;です。
プログラム命令記憶とデータ記憶を分離するメモリ構造です。 独立したアドレスバスと独立したデータバスがあり、2つのバスは時分割され、プログラムメモリとデータメモリによって共有されます。 このようにして、データストリーム送信のボトルネックが克服され、計算速度が大幅に向上します。
FPGAに関しては、多数のゲート回路が含まれているため、チップがより統合され、より高速になり、より信頼性が高くなります。 特に、プログラマブルロジックブロック、プログラマブルI / O、プログラマブル内部配線など、システム内で再プログラム（再構成可能）する機能があります。 情報処理として、FPGAはDSPに取って代わる傾向があります。
設計者の大多数はチップのユーザーであり、もちろん彼らは& quot;使用されています。" たとえば、FPGAまたはDSP、ザイリンクス（中国名ザイリンクス）、アルテラなどの米国で有名なFPGAメーカーは、十分な供給と包括的なサービスを備えた営業所を中国に設立し、開発ツールも用意されています。あなたのために。
新しいモデルがリリースされるたびに、無料でトレーニングを行います。これにより、設計作業が大幅に容易になり、多くの「革新」を行うこともできます。 もちろん、これらの企業は大金を稼いでいます。これは、大まかに言って、& quot; win-win"と呼ばれるものです。 上級学者はそれをうまく言いました：多くの成果は現在、外国のチップの使用に基づいています。 そして彼らはしばしば世界一であると主張します。 これは& quot;他の人が昨日したことで明日ドレスアップする& quot;！ではありません。
S-300（ロシアからギリシャに販売されたS-300-2システムなど）の公開データと写真から、その火器管制レーダー信号処理もFFT技術を使用していることがわかります。 レーダーの各距離チャネルは、FFT操作によってドップラー速度分岐も実現します。 しかし、ロシアは小規模集積回路（IC）で構成されています。
距離チャネルはキャビネットにする必要がありますが、米国ではFPGAまたはDSPチップ（および高速で高精度のADC / DACチップ）とプリント回路基板のみが必要です。 したがって、ロシアの電子機器は、愚かで、大きく、粗雑であると感じることが多く、一部の国内学者から見下されていることがよくあります。 しかし、ロシアには彼の方法があり、それは彼のS-300とS-400が世界クラスの防空ミサイルシステムになることを妨げません。
なぜ&＃39;アメリカ人のようなチップを作れないのですか？
私は半導体やチップで働いたことがありません。 現在のチップの問題について無責任な発言をする資格はありません。 しかし、それはユーザー&＃39;の観点からのいくつかの使用条件と意見を反映することができます。 米国が&「販売禁止&」を発表してから2日後の2018年4月18日、中国科学院計算技術研究所は北京で専門家の円卓会議を開催しました。 会議の名前は& quot;なぜ&＃39;アメリカ人のようなチップを作れないのか？"。 しかし、& quot; Economic Observer"からの記者の報告によると; 会議に出席した専門家は一日中会議で話し合い、意見は分かれましたが、それでも肯定的な答えを出すことができませんでした。
しかし、会議はまだいくつかの重要な情報を反映していました。 たとえば、一部の専門家は、例として中国&＃39;のスーパーコンピューターを引用しました。 最速の計算速度で何度も国際大会で1位を獲得しています。
ただし、専門家によると、最初の6回はアメリカンチップが使用されていました（著者&＃39;注：& quot; Tianhe-2"の6回連続のチャンピオンシップを参照する必要があります。 80,000個のIntelXeonを使用したスーパーコンピューター）。 米国商務省が2015年4月に関連する4つの中国のユニットへの関連チップの販売を禁止することを決定した後、& quot; Shenwei・Taihuzhiguang" 2016年に開発されたスーパーコンピューター& quot;国産チップを搭載& quot; （作成者&＃39;注：国産のCPUである必要があります）& quot; Shenwei 26010"。 いわゆる& quot;キャリー& quot; その一部を参照してください？）。 最後に、彼は毎秒9億3000万回の浮動小数点計算速度で国際大会で再びチャンピオンシップを獲得しました。 したがって、専門家は、& quot;販売禁止& quot; は触媒でもあり、研究者に危機感を与え、ある程度、中国&＃39;の独立したチップの開発を加速させました。
誰もが知っているように、チップ業界は初期の資本と人材への多額の投資を必要とする業界であり、投資サイクルのリターンが比較的長い業界です。 それはまた受け継がれる必要があり、何世代にもわたる忍耐力、勤勉さ、そして反復的で革新的な蓄積が今日まで発展する可能性があります。 最高峰。
会議の専門家は、世界の半導体業界の巨人のほとんどすべてが1970年代と1980年代に始まり、今日の技術の蓄積と引き換えに長い時間と莫大な人材投資を使用したと指摘しました。 中国の半導体産業は残念ながら黄金時代を逃しました。 改革開放後は、時間はかかりませんでしたが、中低域チップの分野でも世界的に有名な成果を上げています。 しかし、ハイエンドチップの開発は市場競争メカニズムに依存しており、米国の水準に追いつくことは困難です。
1990年代、Ni Guangnanやその他の先見の明のある科学者は、独立したコアテクノロジーを提唱し、米国の主要なコアチップ（Intel &＃39; s Xeonなど）をターゲットにして、高層ビルの困難を克服することを提案しました。 -エンドチップテクノロジー; そして、彼らは繰り返される失敗を恐れないことを提案しました。 、そして最終的には間違いなく勝ちます。
ただし、一部の専門家やエコノミストは、チップを作るよりもチップを購入する方が良いと考えています。これは、いわゆる& quot;テクノロジー市場& quot;です。 仮説; そして彼らは&＃39;米国が中国&＃39;の巨大な市場と巨大な利益を簡単に放棄することを心配しません。 市場志向を主張するリーダーの中には、大規模な投資と高いリスクにも細心の注意を払っている人もいます。 これにより、中国&＃39;のチップ業界は残念ながら再びチャンスを逃しました。
最近、台湾のメディア（China Times Electronic News）が、& quot; Apocalypse on Cross-Strait Semiconductors"というタイトルの記事を公開し、この問題に関する率直な見解を表明しました。 この記事の主なアイデアは次のとおりです。海峡の両側は半導体産業を非常に重要視しており、出発点は似ています（同時に、日本ではNEC、米国ではRCAからそれぞれ生産ラインを導入しました）。 本土政府&＃39;の半導体に対するサポートは、台湾のサポートをはるかに上回っています。 半導体技術は、ハードワークと長期的な焦点を必要とする知識です。 最先端の技術研究には、科学技術者の高度な専門性が必要です。 しかし、現在、製造プロセスとハイエンド集積回路の点で、本土は確かにまだ台湾より劣っています（？）。
その理由の一つは、本土の若い科学技術者がすべて国営企業に所属しており、危機感がないことです。 当然、切迫感はなく、苦労も怖いので、秘教の原理や重要な技術を掘り下げる必要はありません。 一部の若者はプロ意識が低く、できるだけ早く金持ちになりたいと思っています。 すでに世界一だと思って自慢する癖のあるメディアもあります。 記事の終わりに、& quot;謙虚な学習と質問、そして長期的な集中と集中が成功する唯一の方法であることが指摘されています。" この記事で提唱された議論は依然として客観的であり、検討する価値があります。
現在のチップ問題を兵器や装備の観点から見ると、専門家や学者の中には、& quot;戦闘準備という、考慮すべき重要な要素が欠けている人がいるといつも感じています。" アメリカ人はチップを一種の戦争準備材料と見なしている。 制裁や販売禁止を課すたびに、国家安全保障のために言い訳&を使用します。" 今日の米国の大戦略は、中国を封じ込めることです。 それは米中の双方にとって好都合な状況が長く続くことを可能にすることができますか？ これは、1980年代に中国が独自の北斗ナビゲーションシステムを開発すべきかどうかについての私の国での議論を思い出させます。
世界が米国のGPSを使用しており、北斗は高価であり、たとえそれが構築されたとしても、将来的に米国と競争することができないという理由で、一部の学者はそれに反対します。 さらに、GPSをオフにしたり暗号化したりすることはできないため、米国自体はGPSを使用できません。 しかし、1990年代以降の一部の国での一部の地域戦争や軍事演習では、米国はGPS関連の機能をオフにし、暗号化された干渉を使用しました。これは、北斗の打ち上げを提唱した同志の意見が正しいことを証明しました。
旧ソビエト連邦とロシアでマイクロエレクトロニクス技術とチップのレベルが低い理由は複雑です。 しかし、ロシアの文献によると、3つの主な理由があります。1つは、1960年代に電子管から半導体への世界的なシフトです。 旧ソビエトの高官は、半導体は電子管よりも核放射線に対する耐性がはるかに低いと信じており、小さな電子管の開発を提唱するために最善を尽くしました。 これにより、ソビエト連邦は最初から絶好の機会を逃しました。
2つ目は、ソビエト連邦が& quot;三元システム& quot;を推進したことです。 一定期間（つまり、バイナリ1、0ではなく+1、0、-1）、これは世界で一般的に推進されているバイナリシステムと互換性がなく、多くの時間とエネルギーを浪費します。 三つ目は、旧ソビエト連邦が参加国の利益のバランスをとるためにマイクロエレクトロニクス産業を参加国に分配したことです。
ソビエト連邦の崩壊は、半導体産業の細分化につながりました。 10年間の経済ショックの後、ロシアはゆっくりとした景気回復を経験し、以前の栄光を完全に取り戻すことができません。 したがって、コアの技術的な問題で方向性の誤りを犯した場合、多くの場合、損失は莫大です。 他の山の石を翡翠に使うことができ、これらのレッスンは私たちが同じ過ちを繰り返さないようにするのに役立ちました。
2014年のウクライナ危機以来、ロシアは西側からの制裁措置を何度も経験してきましたが、世界クラスの新しい兵器を次々と発射することができました。 たとえば、防空および宇宙防衛では、第5世代戦闘機Su-57が生産され、第4世代防空システムS-400が稼働し、第5世代防空システムS-500が目標を達成しました。新世代の戦略的対空システムA-235戦闘任務など。
西側の記者は誇張している：ロシア& quot;頻繁に身も凍るようなリマインダーを送る！"。 したがって、一部の読者は、ロシア&＃39;の基本的な産業レベルは貧弱であり、マイクロエレクトロニクス技術は常にロシア&＃39;の欠点であると疑問を呈しました。 ロシアはこれらの世界クラスの新しい兵器を発売しましたが、世界クラスのマイクロエレクトロニクス技術とハイエンドチップが不足しています。 ロシアはまた、自立は基本的に外国の部品を使用しないことを強調している（西側もハイエンドの電子機器の販売を禁止している）。 ロシアの科学技術者はこの矛盾をどのように解決しましたか？
私はかつて、ロシアがこの矛盾をどのように解決するかを記事& quot;ロシアにチップ危機がないのはなぜか&＃39;最先端の兵器の研究開発を分析しました。" 要するに、それは& quot;独立したイノベーション& quot;のアイデアに依存することです。 具体的には、科学技術者&＃39;の設計哲学& quot;強みを強化し、弱みを回避する& quot;に頼ることです。 ロシア&＃39;のミサイル飛行力学、慣性誘導技術と装置、エンジン、マイクロ波電気真空技術、およびアナログ回路における基本的な技術的利点を最大限に活用し、ロシアの科学技術者の創意工夫に頼ってデジタル技術の欠如のために。 この補償は単純な代替ではなく、革新です。
著者が記事& quot; Chip Crisis"で例を挙げたように、ロシアは中間周波数信号の蓄積として異種水晶発振器を使用しており、その体積は集積回路の体積よりもさらに小さくなっています。典型的な成功例。 ロシアの科学技術者は、一方では無力感から長所を活用し、短所を回避しますが、他方ではアナログ回路技術の新しい開発と進歩を促進しました。
2つ目は、科学技術担当者&＃39; s"システムファースト& quot;に依存することです。 デザイン哲学。 後者は&の引用を参照します。兵器コンポーネントのレベルは平均的である可能性がありますが、兵器システムのパフォーマンス指標や兵器の信頼性を含むシステムレベルは一流でなければなりません。" たとえば、ロシアのトップリーダーからミサイルシステムのチーフデザイナーまで、航空宇宙防衛兵器の分野では、ロシアの基礎産業は米国よりもはるかに劣っていることを明確に認識しており、事実から真実を探求して開発する必要があります。独自の航空宇宙防衛兵器。
彼らには2つの書かれていない設計ガイドラインがあります：
一つは、兵器システムが全面的に米国を凌駕すること、またはすべての指標で世界で最初になることを要求することはできないということです。 ロシアには、米国と全面的に競争する力がありません。 したがって、私たちは主要な指標を把握し、主要な矛盾を解決し、主要な指標を世界にリードさせる必要があります。
第二に、システム内のすべての機器とコンポーネントが一流である必要はありませんが、各機器の長所を最大化し、短所を可能な限り回避するために、各機器の独立した革新が必要です。 主な目的は、有効性と安定性、高い信頼性であり、高度なコンポーネントと高度なテクノロジーの使用を意図的に追求することはなく、少し& quot;愚かで、大きく、ラフな& quot;の外観を気にしません。 その後、主な部門は、卓越した主な性能とレベルを備えた世界クラスの防空ミサイル兵器システムを統合しました。 この書かれていない規則は、いくつかの西洋文学によって& quot;黄金律& quot;として賞賛されています。 ロシア向け&＃39;の兵器開発。
著者は、これが私たちにとって非常に啓発的であると考えています。 前の段階で、私の国&＃39;の科学技術界は、特定の衝動的なムードを示しました。つまり、すべての人生の歩みは、全面的に米国を超えなければならず、多くの側面がすでに米国を上回っています。 実際、ハイエンドのチップを例にとると、私たちと米国の間のギャップに追いつくには、長期にわたるハードワークが必要です。
それでも、すべてのハイエンドのチップが米国に追いつくとは想像できません。 実際、いくつかの主要な品種が世界クラスのレベルに追いつくか近づく限り、それは非常に良いです。 もちろん、コアテクノロジーは私たち自身の手にある必要があります。 武器開発者は世界クラスの武器を追求しており、彼は&＃39;使用されているチップが世界&＃39;最初であるかどうかを気にしません。
自主的にイノベーションを起こすためには、イノベーションの精神が必要です。 たとえば、ロシアのS-300システムの設計、彼らの大胆な革新は、まだ私たちの参照に値します。 1つ目はバンドの選択です。 アメリカの愛国者はCバンドを使用しています。 ロシアの技術者は、レーダーの性能をさらに向上させるために、より高いXバンドを使用することを提案しました。 しかし、当時は多くのリスクがありました。 コンポーネントの開発と供給が難しいだけではありません。
主要なデバッグ機器の製造& quot; Xバンド大型アンテナ近接場試験システム& quot; フェーズドアレイレーダーに必要なものも不確実です（数メートルのテストスタンドにテストフレームを設置する必要があります）。
サンプリングヘッドが任意の点で3次元で移動する場合、位置決め精度は波長の100分の1、つまり0.3mm以下です。 しかし、ロシアはあえてこの技術的ハイポイントを最初に占領し、世界で初めて大規模なXバンド近接場試験システムを開発しました。
さらに、フェーズドアレイレーダーアンテナフィード方式に関して、アメリカの学者や工学界は常に（多数のケーブルまたは導波管ブランチを介した）ブランチフィードの使用を提唱し、スペースフィードを否定してきました。 しかし、ロシアの科学技術担当者は、宇宙給餌において大きな進歩と成功を収めてきました。 今世紀初頭の国際レーダー会議で、米国のレーダー専門家バーデンはロシアの機関長イェブレモフの報告に耳を傾けた。 スペースフィードがS-300に正式に採用されたことを知ったとき、彼はロシアの科学技術者を称賛しました。 革新的な精神と忍耐力。 そして、会議でそのような興味深いスピーチをしました：
西部フェーズドアレイレーダーの開発者は、1960年以来、ブランチフィードの設計に夢中になっており、この方法のスペースフィードを無視して拒否する傾向があります。 ……。 1988年までに、彼は宇宙供給技術が十分に成熟していないと考えました。 ……。 1993年から1994年にかけて、IEEEEフェーズドアレイアンテナによって開発された詳細な主題シラバスは、スペースフィードアレイについても言及していませんでした。 西側のレーダーエンジニアリングコミュニティのこの姿勢は、スペースフィードアレイ技術のすべての開発をロシアのエンジニアに任せ、彼らがこの空白スペースに精力的に入ることを可能にしました。
ロシア&＃39;の基礎科学研究は非常に堅実であるため、ロシア&＃39;の経済がさらに改善する限り、そのマイクロエレクトロニクス技術とハイエンドチップ技術は確実に新しい発展を遂げ、オフ。 そうでなければ、低レベルのマイクロエレクトロニクス技術がロシアのボトルネックになる可能性があります&＃39;情報化とネットワーク化された兵器のさらなる開発。 したがって、私たちはロシア&＃39;の最先端兵器開発の経験から学び、主に他の人々&＃39;の設計思想と独立した革新の精神、そして大胆に革新することから学びます。彼の特定の方法を模倣します。
私の国でマイクロ波管などのコアデバイスが迂回したことも、「技術を市場に置き換える」道が機能していないことを示しています。
実際、このZTEインシデントと同様の経験と教訓は初めてではありません。 1980年代と1990年代に、米国、ソビエト連邦、その他の国々が新世代の高出力レーダーを装備するために新世代のマイクロ波高出力電子管の開発に多大な努力を払っていたとき、私たちは市場経済を強調し、ゴングとドラムを演奏して、不採算の電子管をオフにしました。 工場や大学では、学生に人気のない電気真空専攻が閉鎖されています（マイクロ波は有害であり、電気真空材料は有害であると言われています）。
一部の専門家は、後継者がいないことを心配しています。 もっともらしい概念が一部の人々に形成されました&＃39;心：電子管はトランジスタに遅れ、トランジスタは集積回路に遅れ、集積回路はチップに遅れます。 あなたがそれを必要とするならば、あなたはそれを海外市場で買うためにお金を使うことができます。
西側が私の国への高出力マイクロ波管の販売を禁止したのは、それが明るみに出たのは&＃39; tでした。 ロシアの科学技術者は、この点で私たちより賢いです。 彼らのマイクロ波電気真空技術は非常に高く、ユニークです。 彼らはロシア&＃39;の先進兵器の開発を促進する上で主要な役割を果たしてきました。
わが国では毎年、工業情報化部が& quot; China Integrated Circuit Industry Promotion Conference"を開催しています。 2016年と2017年に、私の学生の1人が2番目のセッションに参加しました。 彼が戻った後、彼は私たちに会議の状況と私の国&＃39;のチップ産業の恥ずかしい状況を伝えました。 2017年、私の国&＃39;の集積回路産業の生産額は5,000億元に達し、世界シェアの約11％を占め、私の国&＃39;の台湾は16％を占めました。 営業利益でキューに入れられ、世界のトップ20の半導体企業の本土には誰もいませんが、台湾にはTSMCを含む3つの最終候補企業があります。
私の国のアメリカの半導体製品、主にハイエンドチップの年間輸入額は2300億米ドルで、これは私たちの軍隊の1年間の支出に匹敵します。 いくつかの米国のチップ巨人は例外なく中国市場で大金を稼いでいますが、長年にわたって彼らは知的財産権の大きな棒を行使する理由として国家安全保障を繰り返し使用してきました。 彼らはこれの販売をしばらく禁止し、しばらくの間それを制裁するでしょう。 その会社&＃39;の目的は、私の国&＃39;のチップ産業を抑制し、コアテクノロジーを永遠に手に入れることです。
& quot;チップインシデント& quot; 確かに悪いことですが、それは私の国&＃39;のハイエンドチップの開発のためのもう一つの絶好の機会になる可能性もあります。 学生によると、2回目の会議では、多くの科学技術者が一生懸命働きたいと言っていました。 会議には帰国者のグループもあり、その中には長年海外でチップ技術に携わっており、帰国時に祖国に奉仕するために彼らの専門知識を利用したいと考えていた人もいました。 また、まだ海外にいる同僚にも機会を逃さないよう呼びかけました。 会議では、彼らはスローガン& quot;も提案しました。愛国的な科学者は協力し、チャイナチップはまもなく上昇します& quot;。
最終的な分析では、科学技術の戦いは才能の戦いです。 政策が正しく、才能が評価され、団結できるすべての力があれば、中国&＃39;のハイエンドチップがまもなく上昇すると私は信じています。
