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看完这个文,你还会高喊快快造出“中国芯”?

时间:2019-02-12 09:51:48来源:IT派作者:佚名

芯片不是光靠投入大量时间和金钱就能制造得出来的。制造芯片涉及的核心材料技术,说一句“外国仍把中国摁在地上”,一点都不过分。

在中国和“外国”这两国的较量中,究竟哪一国更占上风?有说中国吊打外国,有说外国轻松把中国摁在地上摩擦,双方都列举了林林总总的例子,整得我们吃瓜群众一脸懵逼。

中间派肯定说两国各有利弊,但这结论虽然正确却没啥营养。想要在这个话题上显得有见识,得先搞明白,啥是技术?

01. 核心技术,到底是个啥?

把技术分分类,第一类姑且叫“可山寨技术”,或者叫“纯烧钱技术”,有人喜欢往左边烧,有人喜欢往右边烧,于是就烧出了不同的应用技术。

这本质上是用旧技术整合出新玩意儿,比如,美帝登月的土星五号,中国的跨海大桥,小胡子的鼠式坦克,甚至包括长城和埃及金字塔。

打个比方,这有点像吉尼斯纪录:最长的头发,最长的指甲,等等……这类东西,只要钱到位,搁谁都烧的出,关键看有没有需求,所以这些也可以叫应用技术。

看完这个文,你还会高喊快快造出“中国芯”?

比如上图这种架桥机,几个工业大国都能搞,但搞出来只能当玩具,只有中国搞出来才赚钱。

我国在经济发展起来之后,迸发出海量需求,推动各种烧钱的应用技术井喷,赚了钱又可以孜孜不倦地完善各种细节,于是,可以不吹牛的说,中国的应用技术已经和整个外国平起平坐。

第二类技术暂且叫“不可山寨技术”,或者叫“烧钱烧时间技术”,任何牛逼设备,你拼命往细拆,最终发现都是材料技术。

做材料和做菜差不多,番茄炒蛋的成分可以告诉你,但你做的菜就是没我做的好吃,这就是核心技术。

除了生物医学之外,核心技术说到底就是材料技术,看一串例子:

发动机,工业皇冠上的明珠,是我国最遭人诟病的短板。其核心技术说白了就是涡轮叶片不够结实,油门踩狠了就得散架,无论是航天发动机、航空发动机、燃气轮机,只要带个“机”字,我们腰杆都有点软。

材料技术除了烧钱、烧时间,有时还要点运气。还是以发动机为例:金属铼,这玩意儿和镍混一混,做出的涡轮叶片吊炸天,铼的全球探明储量大约2500吨,主要分布在欧美,70%用来做发动机涡轮叶片,这种战略物资,妥妥被美帝禁运。

前几年在陕西发现一个储量176吨的铼矿,可把国人乐的,马上拼了老命烧钱,这几年苦逼生活才有了起色。

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稀土永磁体,就是用稀土做的磁铁,能一直保持磁性,用处大大的。高品位稀土矿大多分布在中国,所以和“磁”相关的技术,我们比美帝还能嘚瑟,比如核聚变、太空暗物质探测等。

据说,我国前几年也对美帝禁运,逼得美帝拿铼交换,外加陕西安徽刨出来的那点铼,J20的发动机才算有些眉目。

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作为“工业之母”的高端机床,我们基本和男国足一个水平,只能仰望日本德国瑞士。

材料是最大的限制之一,比如,高速加工时,主轴和轴承摩擦产生热变形,导致主轴抬升和倾斜,还有刀具磨损,等等,所以对加工精度要求极高的活,国人还是望“洋”兴叹。

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光学晶体,我国的部分产品还能对美帝实施禁运,所以和光相关的技术都不弱,比如激光武器、量子通信。气动外形,得益于钱学森那辈人的积淀,与之相关的技术也是杠杠的。

看完这个文,你还会高喊快快造出“中国芯”?

如果我们继续罗列,就会发现,应用宽泛的基础性材料,中国还是落后外国,应用相对较窄的细分领域,中国逐渐领跑。

下面,重点来了!

这种关键核心材料,全球总共约130种,也就是说,只要你有了这130种材料,就可以组装出世界上已有的任何设备,进而生产出已有的任何东西。

人类的核心科技,某种程度上说,指的就是这130种材料,其中32%国内完全空白,52%依赖进口,在高端机床、火箭、大飞机、发动机等尖端领域比例更悬殊,零件虽然实现了国产,但生产零件的设备95%依赖进口。

这些可不是陈芝麻烂谷子的事情,而是工信部2018年7月发布的数据,还新鲜着呢。

核心材料技术,说一句“外国仍把中国摁在地上”,一点都不过分。这其实很容易理解,毕竟发家时间不长,而材料技术不但要烧钱,更要烧时间。

这里得强调一下,应用技术并不比核心技术次要,它需要资金、需求和社会实际情况的结合,虽然外国有能力烧,但也许一辈子都没机会烧。

这儿肯定有人抬杠了:人家只是不愿意烧,不然分分钟秒杀你!呵呵,如果强行烧钱,后果参照老毛子。

磨叽半天,该回正题了,半导体芯片之所以难,是因为它不但涉及海量烧钱的应用技术,还有众多烧钱烧时间的材料技术。

为了便于大家理解,这话得从原理说起。

02. 芯片原理和量子力学

很多人觉得量子力学只是一个数学游戏,没有应用价值,呵呵,下面咱给计算机芯片寻个祖宗,请看示范:

导体,咱能理解,绝缘体,咱也能理解,我们第一次被物理整懵的,怕是半导体了,所以先替各位的物理老师把这债还上。

原子组成固体时,会有很多相同的电子混到一起,但量子力学认为,2个相同电子没法待在一个轨道上。

于是,为了让这些电子不在一个轨道上打架,很多轨道就分裂成了好几个轨道,这么多轨道挤在一起,不小心挨得近了,就变成了宽宽的大轨道。这种由很多细轨道挤在一起变成的宽轨道就叫能带。

有些宽轨道挤满了电子,电子就没法移动,有些宽轨道空旷的很,电子就可自由移动。电子能移动,宏观上表现为导电,反过来,电子动不了就不能导电。

好了,我们把事情说得简单一点,不提“价带、满带、禁带、导带”的概念,准备圈重点!

有些满轨道和空轨道挨的太近,电子可以毫不费力从满轨道跑到空轨道上,于是就能自由移动,这就是导体。一价金属的导电原理稍有不同。

但很多时候两条宽轨道之间是有空隙的,电子单靠自己是跨不过去的,也就不导电了。

但如果空隙的宽度在5ev之内,给电子加个额外能量,也能跨到空轨道上,跨过去就能自由移动,也就是导电。

这种空隙宽度不超过5ev的固体,有时能导电有时不能导电,所以叫半导体。

如果空隙超过5ev,那基本就得歇菜,正常情况下电子是跨不过去的,这就是绝缘体。当然,如果是能量足够大的话,别说5ev的空隙,50ev都照样跑过去,比如高压电击穿空气。

如果你想进行1+1的加法运算,其电路的复杂程度就已经超过了99%的人的智商了,即便本僧亲自出手,设计电路的运算能力也抵不过一副算盘。

直到有一天,有人用18000只电子管,6000个开关,7000只电阻,10000只电容,50万条线组成了一个超级复杂的电路,诞生了人类第一台计算机,重达30吨,运算能力5000次/秒,还不及现在手持计算器的十分之一。

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