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中國芯片30年的曆史，它背後有哪些不為人知的故事？
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| 編輯： 鐵流 半導體行業觀察 | | ||
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目前，中國儼然成為世界第一製造業大國，世界第一貿易大國，世界第一大經濟體（按PPP計算），然而在這些光環下，中國每年卻要進口超過2000億美元的芯片，全球手機和電腦大多中國製造。然而，其中裝有中國“芯”的卻寥寥無幾，整個集成電路產業受製於歐美，CPU已然成為中國製造轉型升級的“芯”病。 回溯曆史，中國也曾經擁有過自己的CPU和全自主的半導體產業，我們的前輩們在一窮二白的情況下，著實給我們留下了一筆頗為可觀的家底。 一、師從蘇聯，從模仿到自主設計 建國伊始，因軍事和科研上的需要，國家非常重視計算機技術研發，在這個時期，主要依靠從蘇聯獲得的技術圖紙和蘇聯在156工程中援建的電子管工廠設計、生產自己的計算機。 1952年成立電子計算機科研小組，由數學研究所所長華羅庚負責。 1953年4月，計算機小組提出了一台串行的電子管計算機的輪廓設想，性能參數與EDVAC、EDSAC計算機相當。 1954年，計算機小組轉到中國科學院近代物理研究所，在錢三強的領導下工作。 1956年，國家製定了發展我國科學的12年遠景規劃，把開創我國的計算技術事業等項目列為四大緊急措施之一，中國科學院成立了計算技術研究所籌備委員會，將人才集中到該研究所。 同年，夏培肅院士完成了第一天電子計算器和控製器的設計工作，並編寫了中國第一本電子計算機原理講義。在院校開設了計算機設計、程序設計和計算機方法專業訓練班，並送技術尖子赴蘇聯進修。 1958年，原七機部張梓昌高級工程師對蘇聯提供的M-3機設計圖紙進行局部修改後，成功研製出103計算機，該機字長31位，內存容量為1024字節，運算速度提高到每秒3000次，該計算機共生產36台。
（張梓昌） 1959年，張效祥教授以蘇聯還在研製中的БЭСМ-II計算機為模板成功研製104計算機，該機共生產7台，有電子管4200個，二極管4000個，字長39位，每秒運行1萬次。
（張效祥） 1959年天津電子儀器廠開始生產紅旗551型模擬計算機。 1960年北京無線電一廠開始生產555型台式模擬計算機。 1960年，由夏培肅院士自行設計的107計算機研製成功，並被安裝在北京玉泉路中國科學技術大學。
（夏培肅） 107計算機是一台小型的串聯通用電子管數字計算機，字長32位，內存容量為1024字節，有加減乘除等16條指令，主頻62.5kHz。該計算機共有各種程序100多個，包括檢查程序、錯誤診斷程序、標準子程序、標準程序和各種應用程序等。 中科大以107計算機為基礎，編寫了《計算機原理》和《程序設計講義》，作為該校計算機專業、力學係、自動化係、地球物理係的教材。107計算機除了為教學服務外，還服務於潮汐預報、彈道計算、核物理、力學、微波等領域。
（107計算機） 二、獨立自主，技術封鎖下的自強不息 因長波電台、聯合艦隊、中蘇論戰等事件的影響，中蘇關係迅速惡化，《中蘇友好同盟互助條約》名存實亡，赫魯曉夫撤走了全部在華蘇聯專家，而在珍寶島、鐵力提克事件後，中蘇幾乎到戰爭邊緣，中國已無法得到蘇聯技術支援。 與此同時，西方對中國進行嚴格的技術封鎖，即使在72年尼克鬆訪華之後，中國也隻能引進鋼鐵、化工等傳統行業西方淘汰的技術，對於當時屬於高科技領域的半導體產業，中國隻能通過特殊渠道少量購買設備，始終無法從官方途徑大規模引進半導體設備和技術資料。 在美蘇的技術封鎖下，使中國隻能走自主設計、自主生產的發展路線，正如某人說“封鎖吧，封鎖他十年八年，中國的問題就解決了”。 在付出艱辛和汗水後，中國依靠自己的力量，掌握了晶體管製造技術，並實現了從晶體管到中小規模集成電路，再到大規模集成電路的跨越。 1964年，哈軍工成功研製出441B-I 計算機。 1964年，吳幾康成功研製119計算機，該計算機運算能力為每秒5萬次，內存容量比104計算機大8倍。119計算機是第一台自主設計的晶體管計算機，且是用全國產電子元件製造的計算機。
（吳幾康）
（119計算機） 1965年，109計算機研製成功，該機由2萬多支晶體管，3萬多支二極管組成，穩定運行15年。109和119計算機在我國研製氫彈的曆程中立下汗馬功勞。 1965年，中國自主研製的第一塊集成電路在上海誕生（比美國晚了5年），從此中國進入集成電路時代。 1965年，哈軍工成功研製441B-II。
（441B-II,穩定運行20餘年，照片攝於1991年） 1970年，哈軍工成功研製441B-III，該機是我國第一台具有分時操作係統和匯編語言、FORTRAN語言及標準程序庫的計算機。441B係列機在天津電子儀器廠共生產了100餘台，主要用於教學和科研，平均使用10年以上。
（慈雲桂，主持設計411B係列機型） 1972年，自主研製的大規模集成電路在四川永川半導體研究所誕生，實現了從中小集成電路發展到大規模集成電路的跨越（美國是從1960年到1968年，用了8年時間。中國是從1965年到1972年，用了7年時間）。 1973年，北京大學、北京有線電廠等單位聯合研製150計算機，該機字長數48位，運算能力達每秒100萬次，主要用於石油、地質、氣象和軍事部門。 1973年，韶關市無線電廠研製成功晶體管161型“南華”牌台式計算機。
（130控製台終端） 1974年，由清華大學設計，北京無線電三廠生產的130計算機研製成功。隨後，成功研製了131、132、135、140、152等計算機，總產量近千台。這批計算機主要用於科學計算、數據處理、工業過程控製、數據采集、信息和事物處理等方麵。
圖為130機，是DJS100係列機的“標準機”。 小於130序號是100係列低檔機，高於130序號是100係列高檔機。該機字長：二進製16位，內存：4-32k，存取周期：2微妙，速度：定點加法50萬次/秒，基本指令：22條，可組合成2000條指令，指令字長：16位，指令長度：等長，通道數：最多能掛接62種外部設備。 使用rtos rdos操作係統和basic fortran 匯編語言等。
（130係列機型用的內存——磁芯存儲器） 1974年，國家立項748工程。748工程成功研製漢字通信、漢字情報檢索、漢字精密照排、微型機漢字操作係統、漢字數據庫係統、漢字工具軟件、漢字全文檢索係統以及漢字輸入、輸出設備，形成了漢字信息處理產業。 1975年8月，韶關市無線電廠研製成功南華牌LX--121型銀行利息機。並獲1977年全國台式計算器質量評比第一名。 1975年HMJ-200型大型混合模擬計算機在北京無線電一廠研製成功並投產。
（HMJ200型混合模擬計算機） 1975年，上海無線電十四廠成功開發出當時屬國內最高水平的1024位移位存儲器，集成度達8820個元器件，達到國外同期水平。 1976年12月，由華北計算機技術研究所、西北電訊工程學院和西北工業大學聯合設計，南豐機械廠試製出第一台183計算機，隨後研製出184、185、186和1804共5個機型。 到70年代末，全國建設了四十多家集成電路工廠，國防科大成功研製151計算機，華東計算技術研究所成功研製1001中型集成電路計算機和HDS—9計算機（每秒運算500萬次）； 成功研製DJM-300係列混合模擬計算機係統，該係列機型廣泛用於航天、航海、原子能、電力、化工等方麵，共五個子型號： DJM-310 小型混合模擬機，規模8階；DJM-320 小型混合模擬機，規模16階；DJM-330 中型混合模擬機，規模24階；DJM-340 中型混合模擬機，規模24階，靜態指標高於330；DJM-350 大型混合模擬機，規模48階。
圖為DJM-310混合模擬計算機。DJM310型機是DJM300係列低檔小型機，可用於求解不高於8階的線性和非線性微分方程。 整機采用積木式組合結構，模擬運算單元以4階一組，組合成4階或12階以適應不同的需要。具有兩台同型機並機運算能力便於擴大解題。輸出方式：機內數字式麵板表、12吋四線示波器。
DJM-330混合模擬計算機，DJM-330型混合模擬計算機是采用集成電路組成的數字模擬混合計算機，本機通過接口機箱與DJS-100係列計算機連接，也可以構成數字模擬混合計算機係統。 該機可以求解不高於24階線性、非線性、常係數、變係數微分方程；按實時和超實時模擬由上述方程所描述的自動係統；具有分時和迭代運算能力，因此可求解偏微分方程、積分方程、多重積分等，並可進行常係數自動尋優完成自動係統的最佳控製。該機采用組合結構，可根據不同要求靈活配置，可多機並聯運行。 成功研製256和1024位ECL高速隨機存儲器，掌握了NMOS 256位和4096位、PMOS 1024位隨機存儲器生產能力；掌握了可用於製造分子束外延設備的無顯影光刻技術；中科院上海冶金所還獨立發展了製造集成電路所需要的離子注入機，並出口到日本。 三、自1952年-1976年的經驗和教訓 在這個時期，國內科研人員和產業工人發揚自力更生、自強不息的精神，建成了中國自己的半導體工業，掌握了從單晶製備、設備製造、集成電路製造的全過程技術，之所以能取得這些成績的原因在於： 一是堅持“自主研發為主，技術引進為輔”的發展路線。 以自力更生，艱苦奮鬥的精神大力研發自主技術，即使已經引進了蘇聯的技術資料，依舊保留自己的技術研發團隊——夏培肅院士於1954年著手基本邏輯電路的設計、試驗和運算器、控製器的邏輯設計，這為與蘇聯交惡後，自主研製計算機打下了堅實的基礎。
（70年代廣泛使用的硬磁盤機，全國裝機超過6000台） 相對於80年代“市場換技術”下的中國自主技術的集體沉淪，無論是50年代末引進蘇聯技術資料，還是70年代通過特殊渠道少量購買歐美先進設備，走的是都“消化吸收、融會貫通、推陳出新、舉一反三”的路線，技術引進不僅沒對自主技術造成衝擊，反而使其融入自己的工業體係中，使中國自主技術更上一層樓。 二是重視科研。 自建國至1978年，國家依靠“高積累、低消費”的方式集中大量資源用於國家建設和技術研發，以老一代革命先輩“獻完青春獻子孫”的奉獻精神和人為壓低人民生活水平為代價，將滿目瘡痍的農業國建設為擁有核武的世界第六工業國。 在此期間，雖然國家財政並不富餘，但中國用於科技研發的經費占國民生產總值的平均比例為1.28%，到70年代末，隨著經濟實力的提升該比值提升到2.32%，做到了竭盡所能為科研工作保障資金。 三是重視人才。 一方麵積極吸引在海外留學、工作的技術人才回國效力；另一方麵積極培育自己的人才，在開設短期速成班的同時，在院校開設計算機專業，培育專業技術人才，並送優秀尖子赴蘇聯深造（1960年後中斷）。 四是全國大協作的工作模式。 因外部環境惡劣、安全形勢嚴峻的影響，為防止半導體產業被敵人“一鍋端”，中國不得不將半導體產業布局分散，但在全國大協作下的舉國體製下，各個單位互幫互助，盡可能克服產業布局分散的不利影響，齊心協力，共同攻堅，以集中全國科研力量攻堅克難的方式解決了科研道路上一個又一個難題。 (1964年的電腦遊戲) 這個時期，也存在四點教訓： 一是科研與生產聯係得還不夠緊密，基本上都是用於軍事、科研和教學。在計劃經濟體製下，科研成果未能及時轉化為商品。 二是產業布局分散，沒有形成規模效應。因外部環境惡劣，特別是中蘇論戰後同時與美蘇交惡，遵循“不把雞蛋放到一個籃子”的指導思想，科研力量和生產廠家全國東西南北遍地開花，造成科研力量分散，各地的集成電路產業也難以形成規模生產效應。 三是未能將CPU研發獨立於計算機的研發。進入大規模集成電路時代後，美國將CPU研發獨立出來，而中國依舊將CPU研發附屬於計算機研發，從而造成一些CPU研發項目因配套的計算機項目下馬而夭折。 四是文革時期過於頻繁的政治運動影響了科研工作的正常開展，在一些單位白天搞運動，晚上搞科研成為常態，一批資產階級出生的科學家受到衝擊離開了科研一線，並受到了不公正的待遇。 但禍兮福所倚，福兮禍所伏，在文革時期極左的政治生態使“獨立自主，自力更生”成為政治正確，不論何人，即使身居高位，在決策中哪怕有一絲“造不如買，買不如租”的念頭，在政治上就會被打進十八層地獄。從這個層麵上講，文革極左的政治生態反倒成了中國半導體產業自主技術發展的護身符。 |
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