问题

为什么我们早就计划开发北斗却没有计划芯片?

回答
这是一个非常有意思,也触及了我国科技发展历程中一些核心逻辑的问题。简单粗暴地说,“为什么我们早就计划开发北斗却没有计划芯片?”这种说法其实不太准确,更准确的说法应该是:“为什么在北斗系统的初期规划中,对核心芯片的自主化程度没有给予同等的、贯穿始终的、细致入微的关注,导致了后来一段时期内我们在这一关键环节上存在明显短板?”

要深入理解这个问题,我们需要拉回到上世纪90年代末,当时北斗一号卫星导航系统启动论证和建设的背景。

一、 时代背景与战略需求:

国家安全至上: 20世纪90年代末,GPS系统已经成熟并在全球范围内广泛应用。然而,作为主权国家,完全依赖他国提供的导航定位系统,在国家安全、军事指挥、战略部署等方面存在巨大的风险。一旦他国中断服务,或者恶意干扰,后果不堪设想。因此,建立自主可控的卫星导航系统,是国家安全的战略刚需,这一点是北斗项目启动的根本动力。
技术追赶与突破: 当时,全球卫星导航领域已经被美国GPS、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)等先行者占据了有利位置。中国在这一领域相对滞后,需要从零开始,甚至在很多基础技术上都要进行追赶和自主研发。
有限的资源与优先级: 科技项目的启动和发展,尤其是在一个资源相对有限的年代,必然需要进行优先级排序。北斗系统作为一个庞大且复杂的国家工程,涉及卫星的研发制造、运载火箭、地面运控、应用终端等多个环节。在初期,将有限的资源集中在“建网”——也就是发射卫星、建立骨干网络,确保系统能够基本运行并提供服务,是首要且最紧急的任务。

二、 北斗项目初期的“系统思维”与“路径依赖”:

“先有鸡还是先有蛋”的困境: 卫星导航系统是一个生态系统。没有卫星,就没有信号;没有终端,就没有用户。在初期,最紧迫的任务是先“把天上的网搭起来”。为了快速实现这一目标,从技术可行性和时间周期上考虑,采用当时国际上成熟的、可获取的芯片技术,然后围绕这些芯片去开发终端和应用,是一种更为现实和高效的路径。
“整体外包”或“系统集成”的思路: 很多大型复杂系统项目,在初期可能会采取“系统集成”的方式。即,将整个系统分解成若干个子系统,然后通过招标等方式,由不同的单位负责不同的子系统。在这个过程中,芯片作为终端设备的关键组成部分,其设计制造的复杂性和周期性,可能在早期没有被放到和卫星、运控系统同等重要的“核心自主”位置上。更何况,当时国际上虽然有GPS,但其他国家的导航系统(如欧洲的伽利略)也在发展,对芯片的需求和供应链也相对存在。
技术发展周期的差异: 卫星系统的研发周期通常很长,从论证到建成可能需要十几年甚至更久。而芯片的设计和制造,尤其是高端的专用芯片,其研发周期同样漫长,且技术门槛极高,需要持续巨额的投入和人才积累。在北斗一号、二号系统建设期间,国家的整体科技水平、产业基础,尤其是半导体产业,与现在相比存在较大差距。当时要同时推进高轨、中轨、低轨卫星的研发,以及地面系统的建设,已经非常艰巨。如果再将芯片的自主研发放到与卫星系统同等优先的位置,可能会导致项目整体的启动和推进速度受到严重影响。
对“应用”的优先考量: 北斗系统最终是为了服务用户,产生应用价值。在系统建设初期,如何让用户能够方便地使用北斗信号,更快地推广应用,可能占据了更多精力。而芯片的自主化,更多是“幕后”的、支撑性的环节,其重要性在尚未形成规模化应用之前,可能没有得到最直接、最迫切的体现。

三、 为什么是“计划开发北斗”却没有“计划芯片”?(更准确地说,是“计划芯片但优先级和深度不足”)

“计划”是有的,但“程度”和“早期重视”不够: 并非完全没有考虑芯片。只是在北斗一号、二号系统规划的早期阶段,大家的认知和技术能力,可能更倾向于“用得上、可靠”的原则。芯片的自主研发,更多被看作是一个“可以逐步推进”的事情,而不是与“卫星发射”同等量级的“启动就必须完全自主”的任务。
“供应链”与“生态”的考量: 在没有形成完整的自主芯片设计和制造能力时,依赖现有的成熟方案,可以更快速地建立起终端和应用生态。这是一种“以终为始”的策略,先构建起系统的使用场景,再逐步迭代优化关键环节。
“商业化”与“民用化”的考量: 北斗系统的发展,也需要面向民用市场。在初期,如果所有核心部件,包括芯片,都必须自主生产,那么成本会非常高昂,推广也会受到限制。采用一些开放的标准和可获取的商用芯片,有助于降低成本,吸引更多开发者和用户,更快地形成市场。

四、 后续的“补课”与发展:

正是因为初期在芯片自主化上的“短板”,随着北斗系统规模的扩大和应用场景的深入,芯片的“卡脖子”问题日益凸显。国家和产业界也意识到了这一点,并开始了大规模的投入和攻坚。

北斗三号时期的重视: 到了北斗三号系统建设和推广阶段,国家对芯片自主化的重视程度和投入力度,已经达到了一个前所未有的高度。大量的资源和人才被投入到北斗射频前端芯片、基带芯片、导航定位模块等关键芯片的研发和产业化中。
体制机制的改革: 相关的科研院所、高校、企业,在政策支持下,加大了对集成电路产业的投入,打通了设计、制造、封测等产业链环节。
市场驱动与应用牵引: 随着北斗在交通、物流、测绘、公安、农业等领域的广泛应用,对高性能、低功耗、高可靠性的北斗芯片的需求量爆发式增长,也反过来驱动了芯片产业的快速发展。

总结来说,这不是一个“完全没有计划”的问题,而是一个“优先级排序”、“技术能力限制”、“发展路径选择”和“对生态建设的理解”的问题。

在北斗系统初期的规划中,“建立起可用、可靠、自主的卫星导航系统”是压倒一切的首要目标。为了快速实现这个目标,采用当时可获得的、成熟的芯片技术,并围绕其构建终端和应用,是一种 pragmatic(务实)的选择。这使得北斗能够“先飞起来”,并为后续在关键环节(如芯片)的自主化攻坚打下了基础和需求。

可以说,北斗系统从初步的“系统集成”到如今追求“全产业链自主可控”,是中国科技发展从“能用”到“好用”再到“自主可控”的一个缩影,也是一个不断学习、调整策略、持续投入和迭代优化的过程。我们之所以在芯片上付出“补课”的代价,恰恰说明了当初对“核心技术自主化”的认知和投入,或许比今天我们所理解的、所期望的,要晚了一步。但正是这种“后知后觉”的紧迫感,才驱动了今天芯片产业的蓬勃发展。

网友意见

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来自教师节的更新:

作为一个课外老师,看到现在的小年轻们说话这么没礼貌,我很失望。我在很多回答里表达了我希望与大家好好讨论的态度,但是我不能接受没有教养的揶揄和没有根据的指责,想反驳我,拿出站得住脚的论据来,别一个外行听几句新闻就以为自己掌握行业动态了,真是笑话。随着评论的增多,不出意外地出现了碍国小将们,很抱歉,我没有兴趣做本该由你们老师和家长做的事情,我能做的就是不让你在我的时间线出现而已。

还是那句话,我只希望好好讨论。希望你也是。

--------------------以下为原回答----------------------------

毕竟在军工背景的企业工作了七八年,这题我有点儿想法,跟大家讨论一下。

首先,计划肯定是有的。因为我之前的工作,我或多或少对我们国家的这些大国重器的研发过程有那么一丁点儿认知。相对于北斗这种多兵种多学科集成的项目,越是贴近基础学科的单一领域,比如芯片,要想突破,真的对我们一些基础的东西,比如材料、工艺、加工水平等等有非常高的要求。而在当年,由于巴统的存在(不知道巴统的,请自行百度),当年我们国家有很多东西都造不出来,比如圆珠笔芯,再比如当年家家户户都用的VHS录像机。大家想想,有没有国产品牌录像机?除了当年倾举国之力建成就倒闭的华录,再也没有了吧?为什么呢?因为我们生产不出来录像机的关键部件——磁鼓;为什么生产不出来?因为磁鼓的转速大概是每秒30转,加上质量大,这样一个高速旋转的东西需要极高的稳定性,这就需要有个精密的轴承;为什么不生产一个这样的轴承?因为需要可以精密加工的数控机床,而这种数控机床,是巴统严格控购的东西。上了年岁的人都知道83年东芝公司卖给苏联4台数控机床引起轩然大波,为什么几台数控机床那么重要不能买卖?因为,如果你能生产录像机磁鼓用轴承,你就可以制造更高精度导弹里惯性制导用的陀螺仪,将命中精度提升一大截,比如,命中精度从1公里精进到100米。所以你应该知道为什么我们生产不了录像机了。

以我当年曾经参与的获得过国家某奖项的军用计算机项目来看,几个型号的计算机都是购买国外的民品,通过我们的逆向设计进行仿制,然后分别进行部件、整机加固,电磁兼容设计等等一系列“附加”工作,以符合军品对环境、温湿度、使用寿命等等一系列苛刻的需求。而这个过程现在看来是粗放的,单说机加工精度就差很多,甚至出现机箱盖装配过程螺丝孔对不严偏差3mm以上的情况。但是,即使这样的加工水平,我们还是做出了满足军方要求的机器,并且在我后来保障的演习中,很好地完成了军队的指挥任务。

同理,在我看来北斗系统和我当年的军用计算机系统类似。相信我国的决策者会在有可替代的民品选择下,优先发展可以通过系统集成,充分发挥和利用我们现有技术进行弯道追赶甚至超车的项目,比如北斗、大飞机等。

而之前说过的基础的工业,比如材料、加工等等,提升会很难。而技术的进步往往是几何级数级发展的,你落后一步,后面的追赶就会非常艰难,因为别人起跑比你早,加速度又比你大,怎么追?打个比方,记得刚工作时,1.44M和540k容量的软盘还是主要存储介质,工作三年后,我们负责存储的室主任拿着当时最新的可擦写光驱说“这一面是500M,翻一面就是一个G啊!”,现在呢?随随便便一个手机的运算速度和存储容量都超过当年的计算机数倍甚至数十倍。我们的芯片计划,就是这样的困境中开始的。

据我所知,我们国家的芯片计划,几十年前就开始了。1965年我们就生产了自己的集成电路了,但是随后,我们停滞了很久。这期间报纸上宣传的是街道老太太自制半导体破除“唯技术论”和“尖端迷信”……两个五年计划中,全国对芯片研发的投入还不如一个外国企业的投入。这种不尊重科学违背科学规律的行为让我们十多年原地踏步。好在国家及时意识到了问题,开始在集成电路的产业上发力,比如80年代的531战略,90年代的908工程等等……但本来已经落后了一大截的我们还是走了很多很多弯路,有些是技术、是资源或者说是能力问题,而有些,则是体制耽误了发展。

最明显的就是908工程的遗憾了,可以说是计划经济向市场经济转变过程中再常见不过的场景。工程立项之初的90年,该工程被寄予厚望,希望能够超过韩国拉近和美日等先进国家的差距。然而在当时的机制下,经费审批2年,从美国引进微米级生产线需要反复论证,又3年,建厂再花2年……就这样,从立项到投产花了整整7年之久。之前说过,很多现代科技的发展是几何级数级别的,一步落后会步步落后,908工程立项时目标是追平世界水平,然而投产的时候我们已经落后世界主流技术四代以上,当年就亏了2.4亿……

所以,大家应该知道了,我们输在了起跑线上,在这个赛道上,很长一段时间我们做的是龟兔赛跑的乌龟,而我们还中间打了盹儿……好在,国家意识到了脱离市场化对更新迭代迅速的高科技产业的限制,通过调整审批政策,缩短申报流程等措施,正在将从前的壁垒慢慢打破。现在我们芯片计划正在慢慢走上正轨,后面的909工程、863计划、973计划都让我们的芯片发展和其他大国重器的发展有了追赶的资本。

有谁会不爱自己的国家呢?不是说一句厉害了我的国,就真厉害了,正视自己的弱项,奋起直追,才是正道。我喜欢看到运20、C919上天,我喜欢抬头看到漫天北斗……我更希望,我们的大飞机上,能安装我们自己设计制造生产的安全性、可靠性和经济性不输V2500的大涵道比涡扇发动机,我更希望我们北斗上的龙芯运算速度和使用寿命,能比肩国外的同类产品。

希望我们所走过的弯路能不再重走,我们真的做不起赛道上的乌龟了,我们只能做兔子,不偷懒不睡觉的那种。

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