美國為什么不用芯片技術(shù)卡俄羅斯的脖子？

由于美國在全球經(jīng)濟領(lǐng)域進(jìn)行單邊主義干涉的行為，打壓其他國家高科技企業(yè)的發(fā)展，尤其是限制芯片產(chǎn)品的出口，對大國的實(shí)體單位的電子終端業(yè)務(wù)造成了嚴重的打擊。

芯片對現代社會(huì )的發(fā)展至關(guān)重要，不僅是手機電腦，汽車(chē)、家用電器也開(kāi)始搭載芯片，向智慧化時(shí)代發(fā)展。
因此芯片制程的重要性不言而喻，但如今，先進(jìn)的技術(shù)卻被西方壟斷，無(wú)論加工廠(chǎng)還是光刻機，都被西方企業(yè)牢牢把握在手中。
而最近，這些企業(yè)幾乎同時(shí)宣布對俄羅斯斷供，英特爾、ARM、高通、三星等巨頭都決定停止對俄供貨，這背后顯然是美國的授意。
所以說(shuō)，其實(shí)早已對俄羅斯下手了。但是民用市場(chǎng)需求沒(méi)有中國旺盛。與中國相比，俄羅斯在微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度上要遠遠遜色于中國，源于雙方消費市場(chǎng)的差異，中國形成了龐大的消費電子產(chǎn)業(yè)，在與美國的多個(gè)高科技產(chǎn)業(yè)的合作過(guò)程中，掌握了基本的芯片前端開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)的環(huán)節，這也讓越來(lái)越多的中國高科技企業(yè)發(fā)展了起來(lái)，并發(fā)展出了自身的半導體工業(yè)。雖然在尖端民用消費電子芯片上還沒(méi)有達到極高的水準，但也可以憑借相對完善的供應體系為全球市場(chǎng)提供足夠多的產(chǎn)品，俄羅斯目前在消費電子領(lǐng)域的主要供應國家就是美國與中國。雖然俄羅斯的民用芯片市場(chǎng)處于劣勢，但好在其需求總量較少，大部分也可以找到替代方案。如果美國單方面對俄羅斯芯片需求者進(jìn)行制裁反而會(huì )影響自身的出口額，這對于美國來(lái)說(shuō)是毫無(wú)利益的事情，同樣俄羅斯在安全性極高的部門(mén)中也不會(huì )輕易使用美國的芯片。
對于中國而言，由于芯片市場(chǎng)需求龐大，尤其是對高端消費電子產(chǎn)品需求旺盛，加上本身具備一定的產(chǎn)品研發(fā)能力，讓美國感到了緊張，才會(huì )毫不顧忌后果地打壓相關(guān)企業(yè)。對于俄羅斯的芯片和光刻機發(fā)展，俄羅斯也曾做出過(guò)努力，但由于沒(méi)有任何技術(shù)積累，市場(chǎng)又小，實(shí)施起來(lái)的難度相當大，最終俄羅斯直接選擇放棄了芯片領(lǐng)域的發(fā)展。因此即便俄羅斯沒(méi)有光刻機，使用的大量芯片都是依賴(lài)進(jìn)口，但仍舊不懼怕美國的制裁。據統計，俄羅斯國內的芯片市場(chǎng)非常小，甚至連全球的2%都不到。因此美國雖然動(dòng)不動(dòng)就對俄羅斯進(jìn)行制裁，但在芯片領(lǐng)域卻拿俄羅斯沒(méi)辦法。由于使用量少，所以隨便下個(gè)單就夠用很久了。而且沒(méi)有在產(chǎn)業(yè)鏈全面鋪開(kāi)，所以在生產(chǎn)、設計等環(huán)節對美國的依賴(lài)度不存在。
俄羅斯在民用市場(chǎng)確實(shí)被卡脖子，但是軍用技術(shù)領(lǐng)域有自己的路線(xiàn)。雖然俄羅斯在普通民用消費電子產(chǎn)品上的工藝水平和產(chǎn)量不高，但在軍用技術(shù)領(lǐng)域與核心設備上具備自足供應的能力，加上俄羅斯微電子工業(yè)也有諸多的創(chuàng )新。
例如激晶體振蕩器以及無(wú)掩膜電子束光刻機的生產(chǎn)，這些技術(shù)可以在關(guān)鍵場(chǎng)合為俄羅斯提供其需要的芯片制造能力。
尤其是在軍事領(lǐng)域中，而美國幾乎無(wú)法在這些方面對于俄羅斯形成扼制，畢竟這些技術(shù)都是俄羅斯自研或者合理取得授權的框架，總體上而言芯片本土市場(chǎng)較小。
俄羅斯與電子管
不過(guò)俄羅斯沒(méi)有先進(jìn)芯片已不是一天半天，過(guò)去靠著(zhù)蘇聯(lián)時(shí)期的“電子管”技術(shù)，將導彈核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中，那么未來(lái)“電子管”能否頂上？
只能說(shuō)其能滿(mǎn)足部分需求，但對于手機、汽車(chē)等現代產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，卻可能起不到任何作用。

俄羅斯電子工業(yè)落后的問(wèn)題，主要和前蘇聯(lián)有關(guān)，前蘇聯(lián)曾經(jīng)是電子管時(shí)代世界電子技術(shù)的領(lǐng)頭羊，前蘇聯(lián)初期的工業(yè)基礎為電子技術(shù)崛起打下了堅實(shí)基礎.
俄羅斯電子工業(yè)落后的問(wèn)題，其實(shí)是一個(gè)很復雜的話(huà)題，完全認定俄羅斯電子工業(yè)落后.
其實(shí)也不恰當，俄羅斯從前蘇聯(lián)繼承的電子管時(shí)代的電子技術(shù)，還是很強大的，完全不影響俄羅斯先進(jìn)雷達和防空反導系統研發(fā)制造。
以現今的眼光看，電子管自然是落后的，但是如果加上核戰爭的因素，電子管技術(shù)的優(yōu)勢卻非常大。
實(shí)際上，俄羅斯電子工業(yè)落后的問(wèn)題，就和核戰爭有關(guān)，和前蘇聯(lián)當初的選擇有關(guān)。
蘇俄電子技術(shù)，要分為兩個(gè)時(shí)期，電子管時(shí)期和集成電路時(shí)期。
首先，電子管時(shí)期，前蘇聯(lián)的電子技術(shù)實(shí)力世界第一
前蘇聯(lián)在電子管時(shí)代的電子技術(shù)實(shí)力是非常強大的，前蘇聯(lián)在此領(lǐng)域的崛起分為兩部分，基礎時(shí)期和崛起時(shí)期。
基礎時(shí)期主要是一戰結束到二戰結束初期，此時(shí)也是前蘇聯(lián)建國的初期。在這個(gè)階段主要是打基礎，前蘇聯(lián)在建國初期，借助當時(shí)復雜的國際政治關(guān)系。
通過(guò)國內努力、國外引進(jìn)技術(shù)兩條路，迅速建立了世界級的工業(yè)基礎，到了二戰時(shí)期，電子技術(shù)興起前夜，前蘇聯(lián)已經(jīng)擁有了成為電子技術(shù)強國必需的工業(yè)基礎。
二戰勝利在很大程度上幫助了前蘇聯(lián)，借助對二戰德國的技術(shù)掠奪，前蘇聯(lián)工業(yè)迅速崛起，比如噴氣式發(fā)動(dòng)機、火箭導彈等等，其中自然也包括二戰德國的電子技術(shù)。
而這些，都為前蘇聯(lián)電子技術(shù)崛起打下了堅實(shí)的基礎。

直到上世紀八十年代，前蘇聯(lián)的電子技術(shù)實(shí)力還很強大，上圖為1981-1983，前蘇聯(lián)第一臺8位機的個(gè)人電腦，一直生產(chǎn)到94年。
戰后年代，隨著(zhù)美蘇冷戰來(lái)臨，前蘇聯(lián)開(kāi)始在高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)力，其中就包括電子技術(shù)。借助此前打下的基礎，依靠前蘇聯(lián)從上到下的大力支持和扶持，前蘇聯(lián)的工業(yè)科技在當時(shí)就達到相當高的水平，包括電子技術(shù)。
根據公開(kāi)的資料顯示，到上世紀六七十年代，前蘇聯(lián)電子技術(shù)達到鼎盛時(shí)期，當時(shí)前蘇聯(lián)的電子技術(shù)實(shí)力絕不低于美歐，稱(chēng)之為當時(shí)的世界第一，完全合適。實(shí)際上直到上世紀八十年代，前蘇聯(lián)電子技術(shù)實(shí)力還很強大。
這個(gè)時(shí)期，前蘇聯(lián)電子技術(shù)達到巔峰。

上世紀七十年代，前蘇聯(lián)在電子管技術(shù)巔峰時(shí)期實(shí)現地真正的電子技術(shù)突破，洗衣機"尤里卡"自動(dòng)排水計時(shí)器第一次出現。
借助電子管時(shí)期形成的強大電子技術(shù)實(shí)力，前蘇聯(lián)完全可以繼續在電子技術(shù)領(lǐng)域保持優(yōu)勢，但是，前蘇聯(lián)在這個(gè)過(guò)程中，卻走上“邪路”，這個(gè)過(guò)程就是電子管到集成電路時(shí)期。
在集成電路成為電子技術(shù)發(fā)展新的思路之后，前蘇聯(lián)也對其進(jìn)行了研究，但是在研究之后前蘇聯(lián)認為，集成電路在核戰爭情況下的抗干擾能力和可靠性都不好，不如電子管。
以此為基礎，在集成電路技術(shù)崛起前夜，前蘇聯(lián)走上了電子管小型化的邪路。

在電子技術(shù)發(fā)展過(guò)渡的關(guān)鍵階段，前蘇聯(lián)放棄了集成電路思路，選擇了電子管小型化路線(xiàn)。
更關(guān)鍵的是，到了上世紀九十年代前后，在集成電路思路已經(jīng)越來(lái)越受推崇的情況下，前蘇聯(lián)解體，而初生的俄羅斯則面臨一系列復雜的難題，尤其是經(jīng)濟問(wèn)題。
原本可以憑借前蘇聯(lián)電子管時(shí)期積累的工業(yè)基礎迅速調整思路，轉向集成電路的關(guān)鍵階段，俄羅斯"休克"了十年時(shí)間，十年之后，俄羅斯失去了調整思路趕上美歐電子技術(shù)水平的機會(huì )。至此，俄羅斯電子技術(shù)，開(kāi)始全面落后。
因此來(lái)看，俄羅斯如今電子技術(shù)落后的問(wèn)題，其實(shí)是受歷史原因影響，但是要說(shuō)俄羅斯電子技術(shù)完全落后，也不客觀(guān)。在電子管小型化方面，俄羅斯的實(shí)力在目前世界還是沒(méi)有對手的。
俄羅斯S300/400等防空導彈系統極強的抗干擾能力，其實(shí)就來(lái)源于前蘇聯(lián)/俄羅斯的電子管小型化技術(shù)。
而且，前蘇聯(lián)當時(shí)對集成電路在核戰爭情況下的考慮，也并非完全沒(méi)有道理。但是很明顯，集成電路思路已經(jīng)是電子技術(shù)發(fā)展的大勢，而俄羅斯顯然也需要跟進(jìn)。電子管僅僅在軍事等一些對集成度要求沒(méi)有那么高的一些電子設備中有一席之地。

俄羅斯利用電子管進(jìn)行反制裁
由于受到俄羅斯出口禁令的影響，美國 Electro-Harmonix 公司麾下的世界最大的電子管工廠(chǎng)就一度面臨著(zhù)無(wú)法供貨的困境。雖然經(jīng)過(guò)一番周折后再次宣布可以重新接收訂單，但由于受到諸多因素的影響，又不得不通過(guò)提高批發(fā)價(jià)格來(lái)解決當下出現的危機。

不過(guò)目前最大的問(wèn)題其實(shí)是俄烏沖突陷入僵局之后所導致的不確定性，而世界上絕大多數用于吉他放大器的電子管供應，其實(shí)都來(lái)自于 Electro-Harmonix 位于俄羅斯的工廠(chǎng)， 這令許多依靠該廠(chǎng)供貨的音頻設備制造商深深感到了憂(yōu)慮。

電子管的歷史
在當今的生產(chǎn)、生活中，電源處于不可或缺的地位。生產(chǎn)電子產(chǎn)品用的光刻機、貼片機必須使用電源，生活中用的空調、電腦、手機也必須使用電源。
在真空管統治電子線(xiàn)路的時(shí)代，大多數的電子線(xiàn)路并不需要供電電源十分穩定，那時(shí)的電源無(wú)非是整流濾波。
通常只需要將交流市電經(jīng)過(guò)變壓器轉換到合適的電壓值后，通過(guò)電子管（可以是真空管、汞整流管、充氣閘流管等）的整流變成脈動(dòng)直流電，最后經(jīng)過(guò)電容輸入式濾波或電感輸入式濾波將脈動(dòng)直流電轉換成為需要的平滑直流電。
為了攜帶方便，也可以用電池供電，這時(shí)的真空管是專(zhuān)用于電池供電的節電型的，也就是當年的電池式收音機、收發(fā)報機以及電臺。由于電子管的電路設計，不太關(guān)心供電段輸出電壓值是否穩定。
所以在當時(shí)的背景下并沒(méi)有大力發(fā)展穩壓電源的電路設計，真空電子管如圖所示。
 真空電子管圖
由于晶體管的發(fā)展替代了電子管，現在仍然使用電子管的電路非常少了，僅僅在一些音箱里面還能見(jiàn)到，其他場(chǎng)景幾乎很難碰到。因此關(guān)于電子管工作原理，現在硬件工程師應該很少有了解。
如今海量的計算機、手機改變了我們的生活。處理著(zhù)幾十年前人類(lèi)無(wú)法想象的事情。但幾乎所有技術(shù)都基于一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)明——晶體管。
最初人類(lèi)歷史上計算都是用手工計算，比如：算盤(pán)。后來(lái)最原始的計算機里面使用了機械部件進(jìn)行計算，計算機的特點(diǎn)就是用特定方式表示數字，并運用系統自動(dòng)化的處理數字。
后來(lái)有了電子計算機，使用和機械計算機相同的運算方式。但是電子計算機不適用物理排列數字，而選擇“電壓”代表數字。大部分計算機使用布爾數學(xué)體系。
它只有兩種可能的值：“True”、“False”，并且用二進(jìn)制數值“1”和“0”表示。在計算機內部通過(guò)各種邏輯門(mén)電路執行著(zhù)。常見(jiàn)的門(mén)電路圖如圖所示。

常見(jiàn)的門(mén)電路圖
基于某一個(gè)輸入或者一些輸入的計算結果是否滿(mǎn)足某一個(gè)邏輯陳述，即：我們編程時(shí)使用的“if……else……”這種邏輯判斷結構。
這些電路處理三種基本邏輯運算：與、或、非；其他運算方法都是通過(guò)組合這三種最基本的運算邏輯實(shí)現復雜運算，比如加法和減法；
更多位的運算，就是使用更多單位計算單元的幅值；計算機這樣就需要通過(guò)程序操作“指令”和“數據”。
這樣計算機就需要電的物理量來(lái)表示“0”和“1”，比如電壓、電流。一般“有電”表示“1”、“沒(méi)電”表示“0”。
世界上第一臺數字式電子計算機誕生于1946年2月，如圖所示，它是美國賓夕法尼亞大學(xué)物理學(xué)家莫克利（J.Mauchly）和工程師?？颂兀↗.P.Eckert）等人共同開(kāi)發(fā)的電子數值積分計算機（Electronic Numerical Integrator And Calculator，簡(jiǎn)稱(chēng)ENIAC）。
電子數字積分式計算機內部的邏輯單元都是用的“真空管”做設備。

1946年2月，世界上第一臺通用電子數字計算機“埃尼阿克”（ENIAC）在美國研制成功。
它當時(shí)由1.8萬(wàn)個(gè)電子管組成，是一臺又大又笨重的機器，體重達30多噸，占地有兩三間教室般大。它當時(shí)的運算速度為每秒5000次加法運算。這在當時(shí)是相當了不起的成就。
真空管（Vacuum tube）是一種電子管，在電路中控制電子的流動(dòng)。參與工作的電極被封裝在一個(gè)真空的容器內（管壁大多為玻璃），因而得名。也有些地方稱(chēng)之為“膽管”。真空管如圖所示。
 真空管在真空玻璃管內部放兩個(gè)電極，并且給陰極（如同電阻絲一樣）接上電壓，使其溫度上升，釋放電子。
同時(shí)，在陰極和陽(yáng)極之間加一個(gè)電勢差，則由于陽(yáng)極有正電位，陰極釋放的電子就會(huì )被吸引過(guò)去。這樣就形成一種類(lèi)似二極管的單向導通性。真空管單向導通性示意圖如圖所示。真空管單向導通性圖
為了可以控制是否導通，在真空管的中間位置增加一個(gè)電極。這是在兩個(gè)電極之間增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò )狀的電路，可以控制電子是否通過(guò)。
通過(guò)控制柵極的電壓可以控制是否允許電子通過(guò)：當柵極接一個(gè)負壓，則對陰極的電子排斥，阻止電子通過(guò)；
當柵極接一個(gè)正壓，則對陰極的電子進(jìn)行吸引，加速電子通過(guò)。從而真空管得以實(shí)現快速電流開(kāi)關(guān)。通過(guò)柵極加壓，對電子可以加速，所以就實(shí)現了三極管的信號放大特性。具有信號放大特性的真空管如圖所示。具有信號放大特性的真空管
雖然真空管可以實(shí)現控制通斷，信號放大的特性，但是不穩定、功耗高且笨重。剛剛提到的電子數字積分計算機使用了18000個(gè)真空管，三十噸重，一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)那么大，每天都有真空管損壞，功耗也非常大。
1947年，美國物理學(xué)家肖克利、巴丁和布拉頓三人合作發(fā)明了晶體管——一種三個(gè)支點(diǎn)的半導體固體元件。
晶體管問(wèn)世后，由于晶體管具有功耗低、體積小、價(jià)格相對便宜、連接方式靈活等特點(diǎn)，使很多真空管不能實(shí)現的功能在電子線(xiàn)路中得以實(shí)現，特別是脈沖電路、數字電路。
使晶體管微型計算機的運算速度、可靠性、功耗等遠優(yōu)于真空管微型計算機。

轉自公眾號：硬件十萬(wàn)個(gè)為什么