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战略前沿技术

深度解析美芯片法案背后的战略意图

访问次数: 660 次    作者: 远望智库开源情报中心 蒋杰峰 刘禹希    发布时间: 2023-09-25

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前段时间,美国总统拜登签署的《2022年芯片与科学法案》引起了全世界媒体的关注。该法案提到为重获半导体芯片制造领先地位,美国将采取一系列行动,其中包括鼓励芯片企业在美国投资建厂,补贴芯片研发,加强国家安全领域芯片的发展等措施,其中涉及金额达到2800亿美元。这一法案的签署无疑是对全球本就暗流涌动的局势的进一步搅动,在该法案吸引了全球媒体目光的同时,也使人不禁思考,美国为何在此关键时刻再度将芯片作为未来数年的重点方向之一?

芯片,实质上是一种将电路小型化后制造在半导体晶圆表面上的微型结构,又称集成电路,于1958年被美国工程师基尔比所发明,自此之后仅仅50余年,芯片便在人们的生活中占据了不可替代的位置。而且不仅只是芯片,其前身电子管、晶体管,每一轮的升级迭代都造成了全球范围内的科技革命,特别是电子管这一集成电路的鼻祖,其更是在二战中扮演了至关重要的作用。尽管当前芯片作为个人电脑的重要核心早已飞入寻常百姓家,但自电子管到现在芯片,其诞生的目的与作用皆是为军事服务的。因此美国签署芯片法案这一举动便染上了浓厚的军事色彩,究竟这一法案背后又有着怎样的战略意图呢?这还要从其前身电子管说起。

横空出世,二战中首建奇功  

1904年,电子管被英国工程师弗莱明所发明,尽管在刚发明成功时由于其性能不稳定,并未受到世人的瞩目,但其能够放大电流的特性结合当时已被广泛应用的无线电技术已经满足了雷达所需要的客观条件。

上世纪30年代初期,在英国与德国的装备研发竞赛中,英国凭借之前积累的庞大经验,率先研制出了世界上第一座电子管雷达,德国则由于其中一项重要技术迟迟没有突破,使得雷达体积过于庞大,毫无实用价值,相较于英国晚了数年方才列装雷达,而这短短数年则足以拉开两国之间的差距。英国在电子管雷达研制成功后,于英国本岛的东南海岸设立了数十个电子管雷达站,用于地面控制与空中拦截。这就是世界上第一个信息防空网络,即“道丁系统”,又称“本土链”。该系统的作用便是利用雷达发射出厘米波,若探测到敌机,便会进行反馈,从而得知敌机具体位置。该系统使得英军对德军飞机的拦截率达到了90%以上,反观德国人,由于对该系统的不了解,导致其大量战斗机与轰炸机被击落,成为了其“海狮行动”失败的重要因素,可以说电子管雷达的使用使得战争样式已经开始向信息化方向转变。

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在二战中,除电子管雷达得到广泛运用之外,另一种以电子管为基础的“电子管计算机”,为满足战争需求也逐渐问世。在二战后期,为了解决研制新武器时需要处理大量弹道计算的问题,美国军方提出了建立一种“高速电子管计算装置”的设想。而该装置的设想则是在1946年被美国工程师埃克特等人实现,该装置使用了多达18800个电子管,占地170平方米,耗电量极大。尽管使用成本以及操作难度极高,但其运算速度已经是当时计算工具的计算速度的300倍,加法运算速度达到了每秒5000次。这个速度自今天的标准来看似乎远远不够,但这一台计算机的设计逻辑与今天的计算机并无二致,其本质是相同的,区别只在于两者的运算速度。而随着时间的推移,它将在未来几十年对世界产生极其深远的影响。

信息致胜,海湾战争掀起信息化狂潮

上世纪60年代,大规模集成电路得到发明,尽管只经过了20年,但此时的电子技术较之于二战时期已经有了质的变化。经过了电子管、晶体管、集成电路三个时期,计算机的功耗、体积、成本大幅度减小,但运算速度与实用价值却不断增高,大规模集成电路的应用更是使得计算机的综合性能再一次得到跃进,自此,计算机进入芯片时代,其发展数十年所带来的强大势能将会在海湾战争中爆发出来,并以此而震惊全世界。

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1991年,海湾战争爆发,在战前,面对两方其中一方是本土作战,配有全套苏式装备,火力充足,拥有100万总兵力的伊拉克共和国卫队,而另一方则是在本土万里之外作战,参战兵力只有50万人,十数年前在越南战争中大败亏输的美军,大多数人皆不看好后者,认为美军将再次折戟中东,但事实却震惊了所有人。

在战争爆发后,美军先是进行了38天的空袭,后仅用100小时的陆战便使得伊拉克投降,整场战争美军共计伤亡仅数百人。这场战争整体行动周密,行云流水,面对其战果,不仅世人目瞪口呆,甚至美军自身也没有预料到,使得其在战前准备的大量裹尸袋皆没有得到使用。战后,通过复盘,海湾战争之所以会打出如此效果,其中的关键因素便是以芯片为核心的计算机为单元所构成的信息化作战体系以及指挥网络。在美军所使用的武器弹药中,精确制导武器的弹药占比尽管只有9%,但却造成了68%的毁伤,其效率是普通弹药的22倍!这其中很大一部分原因便是由于精确制导弹药中的小型计算机,比如战斧导弹,其在海湾战争中一战成名,依靠的便是其极低的误差率所带来的精准度,而这就是通过其搭载的小型计算机能够灵活比对系统预存地形与实际地形,及时进行自动纠正。

除此之外,战争中更重要的一项因素便是美军C4ISR系统,该系统是美军指挥机构对其所属部队实施指挥控制、进行管理时所用的设备、器材、程序的总合,通过该系统,美军能够迅速对人员部队进行调动、对装备进行管理控制以及对信息做出及时处理,使得作战体系得以快速高效稳定的运转,而该系统的核心之一便是计算机。可以说该系统是信息化作战平台的一个重要支撑。

美国在沉寂十数年后,于海湾战争中一鸣惊人,世界各国在最初的震惊之余,纷纷感受到极大的威胁与紧迫感,同时也意识到了未来战争的新形式,因此皆不约而同的开始了军事改革与装备信息化发展的进程。在这一过程中,计算机及其芯片在军事领域中的地位不断获得提高,直至今日,可以说芯片与军事能力建设早已无法分割。而在未来,芯片又将会迎来怎样的发展呢?

前沿探索,探析未来发展方向

由于各领域技术的不断深化提升使得芯片在更广泛的领域里发挥着作用,凭借着各领域技术的融合,芯片的发展方向亦是多元的。

处理速度增强,加深单兵信息化程度。直到今日,摩尔定律并未失效,处理器的性能仍旧在以接近每两年翻一倍的速度高速增长,这表明在未来,芯片的性能将远超当今,其体积将会更小,而运算速度也会增大,配合的5G技术乃至未来可将出现的6G技术,能够形成以个人为单位的信息节点,将此信息节点嵌入到信息化指挥系统中,将会以最大效率发挥出单个士兵的作战能力,当前各国的单兵作战系统正是以此为思路而进行研发的。

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人工智能得到突破,控制决策灵活多工。芯片运算速度的提升还能够对人工智能的发展起到帮助,提前人工智能的运用时间。在设想中,成熟的人工智能将会能够自动收集整合沿指挥系统中指挥链传递的情报信息,并向决策者提供一定建议,辅助决策者进行快速决策。除此之外,人工智能的成熟技术将使得大规模无人军团的实现成为可能,凭借芯片带来的强大运算力,人工智能可同时对无人装备进行战术配合使用,使得无人作战系统具有高度的灵活性与实用性,成为未来战争的重要表现形式。

虚拟现实不断发展,模拟训练效能增大。芯片与通信技术的结合亦将导致虚拟现实的加速发展。凭借着未来芯片的高数据处理速度,以及通信技术的高数据传输速度,虚拟现实将会变得愈加逼真,其细节将会愈加丰富。目前,韩军已凭借虚拟现实来实施部分训练科目。而在未来,虚拟现实技术将在其平台同时容纳极多人,以极高的还原度模拟真实战场环境,来进行军队的模拟演习。通过虚拟现实,军队的演习成本将极大降低,战场环境愈加多样,演习内容将更加贴近真实,演习效率将大大提高。可以说虚拟现实将极大的加快当前世界军队的发展速度。

总的来说,从上述芯片历史及其发展预期可知,芯片在短短数十年时间便给全球各个国家带来了巨大的变革,且该趋势仍没有消退的迹象,在未来,芯片只会扮演越来越重要的角色。掌控芯片不仅只是赢得当前的科技竞赛,还将影响到美国在计算机领域里的长久发展,更能左右未来国家之间争斗的胜负。芯片注定将成为国家斗争的焦点。


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