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为什么俄罗斯不怕芯片卡脖子?
发布日期:2022-03-16 20:24    点击次数:160

怎么一个国家被卡脖子了,画风竟然是这样?

时间回到十几天前,美国一声令下,英特尔、AMD、 台积电,三星…几乎当下所有主流厂商都挨个制裁了个遍。

俄罗斯的半导体产业,再度引发人们关注:制裁后会有多大影响?

结果网友的画风却是 " 没脖子 "、" 卡了个寂寞 " 这样式儿的。

那俄罗斯的脖子哪去了?

现在提到俄罗斯的信息技术,你想到的可能是举世闻名的黑客和盗版网站。

但要说到半导体和计算机,大脑是不是就有点一片空白了……

一个数学强国,又继承了前苏联的工业资源。按理说,在计算机硬件上应该不至于太差。

但为什么它现在,在世界上好像一点存在感都没有?

这也不能赖现在的俄罗斯。

要赖,还是得赖以前给他们打地基的苏联。

多次点错科技树的苏联

苏联的计算机起步并不晚。

早在 1936 年电子计算机时代来临之前,他们就用水流做了当时唯一能解偏微分方程的机器。

这台 " 水流积分器 " ,靠精确到毫米的水位储存数字、不同流速控制运算,与当时用齿轮和杠杆传动的主流方案完全不同。

(嗯,或许这就是苏联点歪科技树的开始)

二战之后,美苏都开始发展起电子管计算机。

1946 年,美国的第一台通用计算机ENIAC诞生。

1950,苏联第一台计算机М ESM(МЭСМ)投入使用。

从这之后,苏联没有继续追赶美国的脚步,而是逐渐走上不同的技术路线。

电子管 or 晶体管

早期的电子管计算机有几个问题:体积大、运行不稳定、极其耗电。

美国的 ENIAC 重达 30 吨,占地 170 平米,每分钟能执行 5000 次运算。

有传言说,ENIAC 每次开机周围民居里的电灯都要暗上不少。

而且 ENIAC 每天都要烧坏几个电子管,需要维护人员从 18000 个电子管中定位到故障点,有一半的时间都在修理。

而苏联的 MESM 只用了 6000 个电子管做到每分钟约 3000 次运算,虽然算力稍弱一些,但耐用和省电上有一些优势。

提高算力、缩小体积、提高稳定性和节省电力是当时两国共同的目标。

50 年代末 60 年代初,虽然两国又先后研制出体积更小、耗电更少的晶体管计算机。

但苏联却选择继续钟情于电子管,把主要精力放在了电子管的小型化上。

究其原因,一个说法是苏联官方认为电子管的抗干扰能力强,用在军工产品上更成熟可靠。

而美国科技公司在市场机制下选择了体积更小、耗电更少,适合民用的晶体管路线。

美国后来在晶体管的基础上继续发展出集成电路,并提出摩尔定律。

晶体管的体积不断缩小,电路规模不断增加,直到今天。

而苏联的电子管小型化却走到了末路。

电子管需要一定的真空空间,终于有一天苏联专家发现,想要再缩小下去付出的成本将是天文数字。

等到苏联再次重视起晶体管,与美国集成电路相比已经落后了大概 20 年。

计算机设备 orPC

集成电路的下一步发展,是大规模的集成电路,也就是我们当下使用的手机、电脑方面的芯片。

但多次点错科技树的苏联,想要重振旗鼓,并不是那么容易。

因为当时还有严重的 " 内忧 ":

苏联最初的计算机系统,哪怕是在一个系列的范围内,都没有统一的通用标准,导致诸多外围设备、数字存储并不兼容。

于是就在 1969 年,政府做了个冒险的决定:

终止本土计算机的发展,并开始在 IBM/360 平台的基础上制造计算机。

换言之,直接 Copy 西方的系统。

在当时一部人看来,这直接导致了计算机工业的落后。

当苏联推出第一台 ES EVM 大型机(基于 IBM/360)时,美国已经过渡到下一代 IBM/370 平台。

到 1980 年代,个人计算机开始在美国大规模普及,英特尔、微软、微软等科技企业开始推出微处理器计算机。

这时候的苏联,却保持高度怀疑态度:计算机永远不可能是个人计算机。

时间来到 1985 年,戈尔巴乔夫上台后改革,放开在学校中可以使用个人计算机

其中,BK-0010 由此成为苏联唯一一台生产数量超几千台的个人计算机,但可靠性特别差。

出口和山寨这两条路,也就被政府大力推扬。

不过值得一提的是,由于硬件生产的 " 硬伤 ",苏联山寨、组装出来的设备,始终达不到质量标准。

比如,Agat,就是基于 Apple II 的克隆版,就多次遭到计算机质量和可靠性的投诉,最终因供应组件的问题而停产。

二进制 or 三进制

除了在计算机发展几次关键跨越上没有跟上,苏联还在其他道路上走了弯路。

最典型的就是,曾短暂尝试过的三进制计算机。

1958 年,莫斯科国立大学研制出第一台三进制计算机Setun(Сетунь)。

这里的三进制倒不是 0、1、2,而是 -1、0、1,也叫做平衡三进制。

这样在电路上就可以用负电压,零电压,正电压来实现。

三进制在表示负数上有天然的优势,可以节省计算指令。

Setun 的主要元件铁氧体磁芯只使用了约 2 千个,结构简单带来运行稳定,在第一年运行中只损坏了 3 个元件,而莫斯科国立大学那台机器连续运行了 17 年。

批量生产后,Setun 被用于从天气预报到组织管理优化等多种领域,还首次诞生了计算机辅助教学的自动化系统。

Setun 也收到了大量来自外国的订单,似乎有望建立起一套三进制通用计算技术标准。

但不知出于什么原因,苏联有关部门限制了 Setun 的产量,总共只生产了 50 台,并在 1965 年正式停产。

主导 Setun 项目的 Brusentsov 后来在 2011 年国际信息处理联合会(IFIP)发表的一篇文章中暗示到:

莫名其妙的行政干涉可能是因为 Setun 太便宜了,当时只卖 27500 卢布。

至于便宜为什么不是好事,只能说懂得都懂。

时间来到 1970 年,同样是莫斯科国立大学再次尝试,研究出更先进的 Setun 70,其中的设计原则与后来的 RISC 架构异曲同工。

不幸的是,Setun 70 也没有获得行政力量的支持,只在各大学内部用于辅助教学。

在机房用小型终端上多媒体课这种操作,苏联 70 年代就搞出来了。

这种 Nastavnik 教学系统后来被迁移到其他计算机平台上总共使用了超过 30 年,成为三进制计算机留下的少数遗产。

后来有很多人为三进制计算机的消失感到惋惜,比如图灵奖得主高纳德就称赞平衡三进制 " 也许是最优雅的 "。

从信息编码角度讲,e 进制的存储效率最高,但不是整数难以实现。

3 比 2 更接近 e(约等于 2.718),理论上来说更具优势。

虽然实际上适合三进制的材料更难找、电路设计上也更复杂,这些理论优势还能剩多少也没有定论。

到今天,基于二进制的 IT 产业已发展成熟,除了有零星的学术尝试,很难再有人重新拾起这个失落的路线了。

没联成的互联网

电子管、三进制的选择,个人计算机的低估……多次点错科技树的苏联,不免让人好奇,这当中是否也有过没点歪的。

还真有。

全境自动化系统OGAS,于 1962 年首次提出。

它是一种基于已有和即将新建的电话网络线,能自动收集处理信息,意在建立实时和远程的国家计算机网络,来管理国民经济组织之间的资源和信息分配。

提出者正是当时领导开发个人计算机 Mir 系列的Victor Glushkov。

具体来说,这个自动化系统共分为三层网络。

在莫斯科设立计算机中心。

其他主要城市设立 200 个中级中心

在经济重要地区上达 20000 个本地终端。

这一网络允许任何终端之间进行实时通信。换言之,人们可以通过互联网高效获取各地信息。

比如电话订火车票了解一下 ~

进一步的,Victor Glushkov 还设想到了可支持线上货币流通的电子经济体系。

放在当下,也就是随处可见的电子支付。

不过因为这个系统过于超前,在 1970 年代初期遭到诸多领导官员反对。由于没有申请到足够的资金,OGAS 也就被无限期搁置。

这些点歪的和没实现的科技,最终都跟着苏联解体烟消云散。

留下了什么

苏联解体前夕,计算机制造生产就已经停滞,大批订单被取消,还有工厂被迫改行生产吊灯求生。

最终,随着苏联解体,大量技术人才出走欧美。

这些人中,有后来的英特尔首席处理器设计师、主导了奔腾 III 架构的Vladimir Pentkovski,也有支持向量机之父Vladimir Naumovich Vapnik。

到现在,俄罗斯还有强大的数学和计算机基础教育,ACM/ICPC 竞赛上连续多年霸榜。

但俄罗斯没有足够的 IT 产业来吸收这些人才,这可能也是黑客盛行的原因之一。

很多人才到国工作、到外国大学任教,都是香饽饽。

近年来我国也引进了不少俄罗斯顶尖人才。

比如清华大学丘成桐数学中心去年底迎来数学物理学家 Nicolai Reshetikhin 加盟,华为也招揽了22 岁俄罗斯天才少女。

至于那些点歪了的黑科技,也没有完全消失。

比如最先进的雷达上,就沿袭了苏联擅长搞模拟电路的传统,用一种 " 他激晶体振荡器 " 代替芯片功能。

那些苏联产电子管皮实耐用,至今仍有许多能工作的,也成了无线电爱好者和音响发烧友手中的珍稀收藏品。

时不时还能在网友分享的老设备拆解中,欣赏一下仿佛来自平行世界的工业之美 ~

如今回过头来看,那些被点错的科技树,制约了俄罗斯计算机工业的发展,甚至连个有代表性的科技企业也说不上来。

让人唏嘘的同时,也给我们带来了深刻的教训。

科技的发展要尊重客观规律,不能盲目排外,同时也要掌握自己的核心技术。

另外,没有完整的工业体系,即便理论基础再强大,科技也不过是空中楼阁。

参考链接:

[ 1 ] https://www.amusingplanet.com/2019/12/vladimir-lukyanovs-water-computer.html

[ 2 ] https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_computing_in_the_Soviet_Union

[ 3 ] https://aeon.co/essays/how-the-soviets-invented-the-internet-and-why-it-didnt-work

[ 4 ] http://ternary.3neko.ru/setun.html

[ 5 ] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-22816-2_10