为什么俄罗斯不怕芯片卡脖子？
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2022-04-11 11:31
杨净 梦晨 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
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МESM （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。
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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。
很多人才到外国工作、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
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