美國為什么不用芯片技術卡俄羅斯的脖子？

由于美國在全球經(jīng)濟領域進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，對大國的實體單位的電子終端業(yè)務造成了嚴重的打擊。

芯片對現(xiàn)代社會的發(fā)展至關重要，不僅是手機電腦，汽車、家用電器也開始搭載芯片，向智慧化時代發(fā)展。
因此芯片制程的重要性不言而喻，但如今，先進的技術卻被西方壟斷，無論加工廠還是光刻機，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，其實早已對俄羅斯下手了。但是民用市場需求沒有中國旺盛。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)，在與美國的多個高科技產(chǎn)業(yè)的合作過程中，掌握了基本的芯片前端開發(fā)到生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，這也讓越來越多的中國高科技企業(yè)發(fā)展了起來，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提供足夠多的產(chǎn)品，俄羅斯目前在消費電子領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行制裁反而會影響自身的出口額，這對于美國來說是毫無利益的事情，同樣俄羅斯在安全性極高的部門中也不會輕易使用美國的芯片。
對于中國而言，由于芯片市場需求龐大，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，才會毫不顧忌后果地打壓相關企業(yè)。對于俄羅斯的芯片和光刻機發(fā)展，俄羅斯也曾做出過努力，但由于沒有任何技術積累，市場又小，實施起來的難度相當大，最終俄羅斯直接選擇放棄了芯片領域的發(fā)展。因此即便俄羅斯沒有光刻機，使用的大量芯片都是依賴進口，但仍舊不懼怕美國的制裁。據(jù)統(tǒng)計，俄羅斯國內(nèi)的芯片市場非常小，甚至連全球的2%都不到。因此美國雖然動不動就對俄羅斯進行制裁，但在芯片領域卻拿俄羅斯沒辦法。由于使用量少，所以隨便下個單就夠用很久了。而且沒有在產(chǎn)業(yè)鏈全面鋪開，所以在生產(chǎn)、設計等環(huán)節(jié)對美國的依賴度不存在。
俄羅斯在民用市場確實被卡脖子，但是軍用技術領域有自己的路線。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，但在軍用技術領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掩膜電子束光刻機的生產(chǎn)，這些技術可以在關鍵場合為俄羅斯提供其需要的芯片制造能力。
尤其是在軍事領域中，而美國幾乎無法在這些方面對于俄羅斯形成扼制，畢竟這些技術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較小。
俄羅斯與電子管
不過俄羅斯沒有先進芯片已不是一天半天，過去靠著蘇聯(lián)時期的“電子管”技術，將導彈核心技術牢牢掌握在自己手中，那么未來“電子管”能否頂上？
只能說其能滿足部分需求，但對于手機、汽車等現(xiàn)代產(chǎn)品來說，卻可能起不到任何作用。

俄羅斯電子工業(yè)落后的問題，主要和前蘇聯(lián)有關，前蘇聯(lián)曾經(jīng)是電子管時代世界電子技術的領頭羊，前蘇聯(lián)初期的工業(yè)基礎為電子技術崛起打下了堅實基礎.
俄羅斯電子工業(yè)落后的問題，其實是一個很復雜的話題，完全認定俄羅斯電子工業(yè)落后.
其實也不恰當，俄羅斯從前蘇聯(lián)繼承的電子管時代的電子技術，還是很強大的，完全不影響俄羅斯先進雷達和防空反導系統(tǒng)研發(fā)制造。
以現(xiàn)今的眼光看，電子管自然是落后的，但是如果加上核戰(zhàn)爭的因素，電子管技術的優(yōu)勢卻非常大。
實際上，俄羅斯電子工業(yè)落后的問題，就和核戰(zhàn)爭有關，和前蘇聯(lián)當初的選擇有關。
蘇俄電子技術，要分為兩個時期，電子管時期和集成電路時期。
首先，電子管時期，前蘇聯(lián)的電子技術實力世界第一
前蘇聯(lián)在電子管時代的電子技術實力是非常強大的，前蘇聯(lián)在此領域的崛起分為兩部分，基礎時期和崛起時期。
基礎時期主要是一戰(zhàn)結束到二戰(zhàn)結束初期，此時也是前蘇聯(lián)建國的初期。在這個階段主要是打基礎，前蘇聯(lián)在建國初期，借助當時復雜的國際政治關系。
通過國內(nèi)努力、國外引進技術兩條路，迅速建立了世界級的工業(yè)基礎，到了二戰(zhàn)時期，電子技術興起前夜，前蘇聯(lián)已經(jīng)擁有了成為電子技術強國必需的工業(yè)基礎。
二戰(zhàn)勝利在很大程度上幫助了前蘇聯(lián)，借助對二戰(zhàn)德國的技術掠奪，前蘇聯(lián)工業(yè)迅速崛起，比如噴氣式發(fā)動機、火箭導彈等等，其中自然也包括二戰(zhàn)德國的電子技術。
而這些，都為前蘇聯(lián)電子技術崛起打下了堅實的基礎。

直到上世紀八十年代，前蘇聯(lián)的電子技術實力還很強大，上圖為1981-1983，前蘇聯(lián)第一臺8位機的個人電腦，一直生產(chǎn)到94年。
戰(zhàn)后年代，隨著美蘇冷戰(zhàn)來臨，前蘇聯(lián)開始在高端技術領域發(fā)力，其中就包括電子技術。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)科技在當時就達到相當高的水平，包括電子技術。
根據(jù)公開的資料顯示，到上世紀六七十年代，前蘇聯(lián)電子技術達到鼎盛時期，當時前蘇聯(lián)的電子技術實力絕不低于美歐，稱之為當時的世界第一，完全合適。實際上直到上世紀八十年代，前蘇聯(lián)電子技術實力還很強大。
這個時期，前蘇聯(lián)電子技術達到巔峰。

上世紀七十年代，前蘇聯(lián)在電子管技術巔峰時期實現(xiàn)地真正的電子技術突破，洗衣機"尤里卡"自動排水計時器第一次出現(xiàn)。
借助電子管時期形成的強大電子技術實力，前蘇聯(lián)完全可以繼續(xù)在電子技術領域保持優(yōu)勢，但是，前蘇聯(lián)在這個過程中，卻走上“邪路”，這個過程就是電子管到集成電路時期。
在集成電路成為電子技術發(fā)展新的思路之后，前蘇聯(lián)也對其進行了研究，但是在研究之后前蘇聯(lián)認為，集成電路在核戰(zhàn)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。

在電子技術發(fā)展過渡的關鍵階段，前蘇聯(lián)放棄了集成電路思路，選擇了電子管小型化路線。
更關鍵的是，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)濟問題。
原本可以憑借前蘇聯(lián)電子管時期積累的工業(yè)基礎迅速調(diào)整思路，轉向集成電路的關鍵階段，俄羅斯"休克"了十年時間，十年之后，俄羅斯失去了調(diào)整思路趕上美歐電子技術水平的機會。至此，俄羅斯電子技術，開始全面落后。
因此來看，俄羅斯如今電子技術落后的問題，其實是受歷史原因影響，但是要說俄羅斯電子技術完全落后，也不客觀。在電子管小型化方面，俄羅斯的實力在目前世界還是沒有對手的。
俄羅斯S300/400等防空導彈系統(tǒng)極強的抗干擾能力，其實就來源于前蘇聯(lián)/俄羅斯的電子管小型化技術。
而且，前蘇聯(lián)當時對集成電路在核戰(zhàn)爭情況下的考慮，也并非完全沒有道理。但是很明顯，集成電路思路已經(jīng)是電子技術發(fā)展的大勢，而俄羅斯顯然也需要跟進。電子管僅僅在軍事等一些對集成度要求沒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就一度面臨著無法供貨的困境。雖然經(jīng)過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，又不得不通過提高批發(fā)價格來解決當下出現(xiàn)的危機。

不過目前最大的問題其實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(shù)用于吉他放大器的電子管供應，其實都來自于 Electro-Harmonix 位于俄羅斯的工廠， 這令許多依靠該廠供貨的音頻設備制造商深深感到了憂慮。

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(diào)、電腦、手機也必須使用電源。
在真空管統(tǒng)治電子線路的時代，大多數(shù)的電子線路并不需要供電電源十分穩(wěn)定，那時的電源無非是整流濾波。
通常只需要將交流市電經(jīng)過變壓器轉換到合適的電壓值后，通過電子管（可以是真空管、汞整流管、充氣閘流管等）的整流變成脈動直流電，最后經(jīng)過電容輸入式濾波或電感輸入式濾波將脈動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，這時的真空管是專用于電池供電的節(jié)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，不太關心供電段輸出電壓值是否穩(wěn)定。
所以在當時的背景下并沒有大力發(fā)展穩(wěn)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(xiàn)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到，其他場景幾乎很難碰到。因此關于電子管工作原理，現(xiàn)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。處理著幾十年前人類無法想象的事情。但幾乎所有技術都基于一個劃時代的發(fā)明——晶體管。
最初人類歷史上計算都是用手工計算，比如：算盤。后來最原始的計算機里面使用了機械部件進行計算，計算機的特點就是用特定方式表示數(shù)字，并運用系統(tǒng)自動化的處理數(shù)字。
后來有了電子計算機，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(shù)字，而選擇“電壓”代表數(shù)字。大部分計算機使用布爾數(shù)學體系。
它只有兩種可能的值：“True”、“False”，并且用二進制數(shù)值“1”和“0”表示。在計算機內(nèi)部通過各種邏輯門電路執(zhí)行著。常見的門電路圖如圖所示。

常見的門電路圖
基于某一個輸入或者一些輸入的計算結果是否滿足某一個邏輯陳述，即：我們編程時使用的“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組合這三種最基本的運算邏輯實現(xiàn)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程序操作“指令”和“數(shù)據(jù)”。
這樣計算機就需要電的物理量來表示“0”和“1”，比如電壓、電流。一般“有電”表示“1”、“沒電”表示“0”。
世界上第一臺數(shù)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物理學家莫克利（J.Mauchly）和工程師?？颂兀↗.P.Eckert）等人共同開發(fā)的電子數(shù)值積分計算機（Electronic Numerical Integrator And Calculator，簡稱ENIAC）。
電子數(shù)字積分式計算機內(nèi)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(shù)字計算機“埃尼阿克”（ENIAC）在美國研制成功。
它當時由1.8萬個電子管組成，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。它當時的運算速度為每秒5000次加法運算。這在當時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。參與工作的電極被封裝在一個真空的容器內(nèi)（管壁大多為玻璃），因而得名。也有些地方稱之為“膽管”。真空管如圖所示。
 真空管在真空玻璃管內(nèi)部放兩個電極，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，在陰極和陽極之間加一個電勢差，則由于陽極有正電位，陰極釋放的電子就會被吸引過去。這樣就形成一種類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電極。這是在兩個電極之間增加一個網(wǎng)絡狀的電路，可以控制電子是否通過。
通過控制柵極的電壓可以控制是否允許電子通過：當柵極接一個負壓，則對陰極的電子排斥，阻止電子通過；
當柵極接一個正壓，則對陰極的電子進行吸引，加速電子通過。從而真空管得以實現(xiàn)快速電流開關。通過柵極加壓，對電子可以加速，所以就實現(xiàn)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
雖然真空管可以實現(xiàn)控制通斷，信號放大的特性，但是不穩(wěn)定、功耗高且笨重。剛剛提到的電子數(shù)字積分計算機使用了18000個真空管，三十噸重，一個網(wǎng)球場那么大，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——一種三個支點的半導體固體元件。
晶體管問世后，由于晶體管具有功耗低、體積小、價格相對便宜、連接方式靈活等特點，使很多真空管不能實現(xiàn)的功能在電子線路中得以實現(xiàn)，特別是脈沖電路、數(shù)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：硬件十萬個為什么