為什么俄羅斯不怕芯片卡脖子？

楊凈 夢晨 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

怎么一個國家被卡脖子了，畫風竟然是這樣？

時間回到十幾天前，美國一聲令下，英特爾、AMD、 臺積電，三星…幾乎當下所有主流廠商都挨個制裁了個遍。

俄羅斯的半導體產業，再度引發人們關注：制裁后會有多大影響？

結果網友的畫風卻是“沒脖子”、“卡了個寂寞”這樣式兒的。

那俄羅斯的脖子哪去了？

現在提到俄羅斯的信息技術，你想到的可能是舉世聞名的黑客和盜版網站。

但要說到半導體和計算機，大腦是不是就有點一片空白了……

一個數學強國，又繼承了前蘇聯的工業資源。按理說，在計算機硬件上應該不至于太差。

但為什么它現在，在世界上好像一點存在感都沒有？

這也不能賴現在的俄羅斯。

要賴，還是得賴以前給他們打地基的蘇聯。

蘇聯的計算機起步并不晚。

早在1936年電子計算機時代來臨之前，他們就用水流做了當時唯一能解偏微分方程的機器。

這臺“水流積分器” ，靠精確到毫米的水位儲存數字、不同流速控制運算，與當時用齒輪和杠桿傳動的主流方案完全不同。

（嗯，或許這就是蘇聯點歪科技樹的開始）

二戰之后，美蘇都開始發展起電子管計算機。

1946年，美國的第一臺通用計算機ENIAC誕生。

1950，蘇聯第一臺計算機МESM （МЭСМ）投入使用。

從這之后，蘇聯沒有繼續追趕美國的腳步，而是逐漸走上不同的技術路線。

電子管or晶體管

早期的電子管計算機有幾個問題：體積大、運行不穩定、極其耗電。

美國的ENIAC重達30噸，占地170平米，每分鐘能執行5000次運算。

有傳言說，ENIAC每次開機周圍民居里的電燈都要暗上不少。

而且ENIAC每天都要燒壞幾個電子管，需要維護人員從18000個電子管中定位到故障點，有一半的時間都在修理。

而蘇聯的MESM只用了6000個電子管做到每分鐘約3000次運算，雖然算力稍弱一些，但耐用和省電上有一些優勢。

提高算力、縮小體積、提高穩定性和節省電力是當時兩國共同的目標。

50年代末60年代初，雖然兩國又先后研制出體積更小、耗電更少的晶體管計算機。

但蘇聯卻選擇繼續鐘情于電子管，把主要精力放在了電子管的小型化上。

究其原因，一個說法是蘇聯官方認為電子管的抗干擾能力強，用在軍工產品上更成熟可靠。

而美國科技公司在市場機制下選擇了體積更小、耗電更少，適合民用的晶體管路線。

美國后來在晶體管的基礎上繼續發展出集成電路，并提出摩爾定律。

晶體管的體積不斷縮小，電路規模不斷增加，直到今天。

而蘇聯的電子管小型化卻走到了末路。

電子管需要一定的真空空間，終于有一天蘇聯專家發現，想要再縮小下去付出的成本將是天文數字。

等到蘇聯再次重視起晶體管，與美國集成電路相比已經落后了大概20年。

計算機設備orPC

集成電路的下一步發展，是大規模的集成電路，也就是我們當下使用的手機、電腦方面的芯片。

但多次點錯科技樹的蘇聯，想要重振旗鼓，并不是那么容易。

因為當時還有嚴重的“內憂”：

蘇聯最初的計算機系統，哪怕是在一個系列的范圍內，都沒有統一的通用標準，導致諸多外圍設備、數字存儲并不兼容。

于是就在1969年，政府做了個冒險的決定：

終止本土計算機的發展，并開始在IBM/360平臺的基礎上制造計算機。

換言之，直接Copy西方的系統。

在當時一部人看來，這直接導致了計算機工業的落后。

當蘇聯推出第一臺ES EVM大型機（基于IBM/360）時，美國已經過渡到下一代IBM/370平臺。

到1980年代，個人計算機開始在美國大規模普及，英特爾、微軟、微軟等科技企業開始推出微處理器計算機。

這時候的蘇聯，卻保持高度懷疑態度：計算機永遠不可能是個人計算機。

時間來到1985年，戈爾巴喬夫上臺后改革，放開在學校中可以使用個人計算機

其中，BK-0010由此成為蘇聯唯一一臺生產數量超幾千臺的個人計算機，但可靠性特別差。

出口和山寨這兩條路，也就被政府大力推揚。

不過值得一提的是，由于硬件生產的“硬傷”，蘇聯山寨、組裝出來的設備，始終達不到質量標準。

比如，Agat，就是基于Apple II的克隆版，就多次遭到計算機質量和可靠性的投訴，最終因供應組件的問題而停產。

二進制or三進制

除了在計算機發展幾次關鍵跨越上沒有跟上，蘇聯還在其他道路上走了彎路。

最典型的就是，曾短暫嘗試過的三進制計算機。

1958年，莫斯科國立大學研制出第一臺三進制計算機Setun （Сетунь）。

這里的三進制倒不是0、1、2，而是-1、0、1，也叫做平衡三進制。

這樣在電路上就可以用負電壓，零電壓，正電壓來實現。

三進制在表示負數上有天然的優勢，可以節省計算指令。

Setun的主要元件鐵氧體磁芯只使用了約2千個，結構簡單帶來運行穩定，在第一年運行中只損壞了3個元件，而莫斯科國立大學那臺機器連續運行了17年。

批量生產后，Setun被用于從天氣預報到組織管理優化等多種領域，還首次誕生了計算機輔助教學的自動化系統。

Setun也收到了大量來自外國的訂單，似乎有望建立起一套三進制通用計算技術標準。

但不知出于什么原因，蘇聯有關部門限制了Setun的產量，總共只生產了50臺，并在1965年正式停產。

主導Setun項目的Brusentsov后來在2011年國際信息處理聯合會（IFIP）發表的一篇文章中暗示到：

莫名其妙的行政干涉可能是因為Setun太便宜了，當時只賣27500盧布。

至于便宜為什么不是好事，只能說懂得都懂。

時間來到1970年，同樣是莫斯科國立大學再次嘗試，研究出更先進的Setun 70，其中的設計原則與后來的RISC架構異曲同工。

不幸的是，Setun 70也沒有獲得行政力量的支持，只在各大學內部用于輔助教學。

在機房用小型終端上多媒體課這種操作，蘇聯70年代就搞出來了。

這種Nastavnik教學系統后來被遷移到其他計算機平臺上總共使用了超過30年，成為三進制計算機留下的少數遺產。

后來有很多人為三進制計算機的消失感到惋惜，比如圖靈獎得主高納德就稱贊平衡三進制“也許是最優雅的”。

從信息編碼角度講，e進制的存儲效率最高，但不是整數難以實現。

3比2更接近e（約等于2.718），理論上來說更具優勢。

雖然實際上適合三進制的材料更難找、電路設計上也更復雜，這些理論優勢還能剩多少也沒有定論。

到今天，基于二進制的IT產業已發展成熟，除了有零星的學術嘗試，很難再有人重新拾起這個失落的路線了。

電子管、三進制的選擇，個人計算機的低估……多次點錯科技樹的蘇聯，不免讓人好奇，這當中是否也有過沒點歪的。

還真有。

全境自動化系統OGAS，于1962年首次提出。

它是一種基于已有和即將新建的電話網絡線，能自動收集處理信息，意在建立實時和遠程的國家計算機網絡，來管理國民經濟組織之間的資源和信息分配。

提出者正是當時領導開發個人計算機Mir系列的Victor Glushkov。

具體來說，這個自動化系統共分為三層網絡。

• 在莫斯科設立計算機中心。

• 其他主要城市設立200個中級中心

• 在經濟重要地區上達20000個本地終端。

這一網絡允許任何終端之間進行實時通信。換言之，人們可以通過互聯網高效獲取各地信息。

比如電話訂火車票了解一下~

進一步的，Victor Glushkov還設想到了可支持線上貨幣流通的電子經濟體系。

放在當下，也就是隨處可見的電子支付。

不過因為這個系統過于超前，在1970年代初期遭到諸多領導官員反對。由于沒有申請到足夠的資金，OGAS也就被無限期擱置。

這些點歪的和沒實現的科技，最終都跟著蘇聯解體煙消云散。

蘇聯解體前夕，計算機制造生產就已經停滯，大批訂單被取消，還有工廠被迫改行生產吊燈求生。

最終，隨著蘇聯解體，大量技術人才出走歐美。

這些人中，有后來的英特爾首席處理器設計師、主導了奔騰III架構的Vladimir Pentkovski，也有支持向量機之父Vladimir Naumovich Vapnik。

到現在，俄羅斯還有強大的數學和計算機基礎教育，ACM/ICPC競賽上連續多年霸榜。

但俄羅斯沒有足夠的IT產業來吸收這些人才，這可能也是黑客盛行的原因之一。

很多人才到外國工作、到外國大學任教，都是香餑餑。

近年來我國也引進了不少俄羅斯頂尖人才。

比如清華大學丘成桐數學中心去年底迎來數學物理學家Nicolai Reshetikhin加盟，華為也招攬了22歲俄羅斯天才少女。

至于那些點歪了的黑科技，也沒有完全消失。

比如最先進的雷達上，就沿襲了蘇聯擅長搞模擬電路的傳統，用一種“他激晶體振蕩器”代替芯片功能。

那些蘇聯產電子管皮實耐用，至今仍有許多能工作的，也成了無線電愛好者和音響發燒友手中的珍稀收藏品。

時不時還能在網友分享的老設備拆解中，欣賞一下仿佛來自平行世界的工業之美~

如今回過頭來看，那些被點錯的科技樹，制約了俄羅斯計算機工業的發展，甚至連個有代表性的科技企業也說不上來。

讓人唏噓的同時，也給我們帶來了深刻的教訓。

科技的發展要尊重客觀規律，不能盲目排外，同時也要掌握自己的核心技術。

另外，沒有完整的工業體系，即便理論基礎再強大，科技也不過是空中樓閣。

參考鏈接：
[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

本文來自微信公眾號“量子位”（ID：QbitAI），作者：楊凈 夢晨 發自 凹非寺，36氪經授權發布。