苏联多次点错科技树,让俄罗斯在半导体和计算机领域没有一点存在感

2022/3/14 13:31:01 来源:量子位 作者:杨净、梦晨 责编:远洋

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,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。

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关键词:俄罗斯计算机半导体

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