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　　2月21日，總書記就加強(qiáng)基礎(chǔ)研究做出重要指示，要打好科技儀器設(shè)備、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件國產(chǎn)化攻堅(jiān)戰(zhàn)，鼓勵科研機(jī)構(gòu)、高校同企業(yè)開展聯(lián)合攻關(guān)，提升國產(chǎn)化替代水平和應(yīng)用規(guī)模，爭取早日實(shí)現(xiàn)用我國自主的研究平臺、儀器設(shè)備來解決重大基礎(chǔ)研究問題。

　　儀器設(shè)備領(lǐng)域的自主可控，一時間引起各界廣泛關(guān)注。無論從構(gòu)建新發(fā)展格局的長遠(yuǎn)需要，還是當(dāng)下應(yīng)對外部“卡脖子”風(fēng)險的角度看，儀器設(shè)備攻堅(jiān)戰(zhàn)都勢在必行，而在這一重大“戰(zhàn)役”中，本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)必將承擔(dān)極其重要的使命。

　　壹引其綱，萬目皆張

　　當(dāng)前，高端儀器設(shè)備如電子顯微鏡、質(zhì)譜/色譜/光譜儀、CT斷層掃描儀、X射線斷層儀等整機(jī)及其關(guān)鍵原材料、零部件供應(yīng)鏈，仍然相當(dāng)程度上被歐美發(fā)達(dá)國家壟斷。

　　這樣的現(xiàn)狀，一方面固然是相關(guān)地區(qū)基礎(chǔ)科學(xué)研究能力的折射。許多今天應(yīng)用廣泛的儀器設(shè)備，追根溯源，往往是各個大學(xué)或工業(yè)實(shí)驗(yàn)室為了捕捉某一物理世界現(xiàn)象而自行發(fā)揮創(chuàng)意DIY的產(chǎn)物，歐美學(xué)術(shù)界的開放氛圍，也極其有利于這種手藝性認(rèn)知（craft-knowing）的涌現(xiàn)?？萍际芳褺rian Cathcart就曾記述二十世紀(jì)前期劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的氛圍，指出“無論在這個領(lǐng)域知道些什么，不管是技術(shù)、設(shè)備、數(shù)學(xué)工具，甚至理論，它都是被某處的某個人知道的....不僅如此，它還需要接受討論、挑戰(zhàn)和考驗(yàn)，有時是在討論上，有時是在其他活動中。對于原子物理學(xué)的任何問題或困難，在卡文迪許的某個地方，你一定能找到答案。”

　　而在試驗(yàn)裝置顯現(xiàn)出實(shí)用價值后，歐美基礎(chǔ)工業(yè)能力，又能夠與核心創(chuàng)新緊密結(jié)合，逐漸將其迭代為商業(yè)產(chǎn)品，NI、力科（LeCroy）等皆為經(jīng)典案例，而歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，歐美儀器設(shè)備產(chǎn)業(yè)早已形成科學(xué)與工藝緊耦合的極端制造（extreme manufacturing）策源地。

　　不過另一方面，歐美儀器設(shè)備領(lǐng)域優(yōu)勢得以長期維持，也離不開其對后來者使出的許多“陰招”。

　　為了鞏固其絕對領(lǐng)先地位，美國多年來也十分積極地利用單邊、多邊技術(shù)管制體系控制相關(guān)物項(xiàng)流入我國，甚至在2006年后推出所謂的“視同出口”（deemed export）規(guī)則，規(guī)定特定國家公民在美學(xué)習(xí)EAR管制物項(xiàng)技術(shù)知識，也必須申請商務(wù)部審批許可，歷年向美商務(wù)部工業(yè)與安全局（BIS）提交的視同出口許可證申請，約50%為中國公民提交。

　　美國對中美科技領(lǐng)域人員、貿(mào)易往來的“精準(zhǔn)調(diào)控”，使我國不得不投入大量資源進(jìn)行國外已成熟工藝和技術(shù)的跟蹤研仿，“重新發(fā)明輪子”，明顯延緩了相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)儀器的研制速度。盡管歷經(jīng)攻關(guān)，不少關(guān)鍵儀器設(shè)備與國際先進(jìn)水平的差距并未明顯縮小，甚至有進(jìn)一步擴(kuò)大的危險。

　　在研發(fā)苦苦追趕的同時，國產(chǎn)儀器設(shè)備應(yīng)用規(guī)模也不盡人意，中高端儀器設(shè)備仍然大量依賴進(jìn)口，例如海關(guān)編碼9030的“示波器、頻譜分析儀及其他用于電量測量或檢驗(yàn)的儀器和裝置”，2022年進(jìn)口總額44.7億美元，貿(mào)易逆差則達(dá)到22億美元。

　　值得注意的是，盡管各類儀器設(shè)備利用的理化現(xiàn)象和量綱千差萬別，但來自物理世界的模擬信號，通常都需要在進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后才能供人類記錄、分析，因此高性能的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以說是儀器設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心支點(diǎn)，如同《呂氏春秋》所言，“壹引其綱，萬目皆張”。

　　不過在我國機(jī)械、化學(xué)、光學(xué)等基礎(chǔ)工業(yè)取得長足進(jìn)步的背景下，高速高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（ADC）、FPGA芯片等儀器設(shè)備的“短板”也已益發(fā)凸顯，在這一領(lǐng)域，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)理當(dāng)大有作為。

　　高端ADC芯片可成“突破口”

　　正如上文所述，高端模擬數(shù)字芯片，對儀器設(shè)備自立自強(qiáng)具有“綱舉目張”的重大價值。

　　以ADC芯片為例，在核技術(shù)研究等領(lǐng)域，為獲得充分的物理信息，對儀器中ADC芯片采樣率和垂直分辨率指標(biāo)都有極高的要求。目前，相關(guān)規(guī)格的高速高精度ADC芯片，基本被ADI和TI這兩家美企壟斷，而其頂級產(chǎn)品，也均被列為兩用物品受到出口管制，國內(nèi)很難獲取。

　　而更為外界熟悉的FPGA芯片，瓦森納協(xié)議等機(jī)制也按其管腳數(shù)、傳輸速率進(jìn)行了限制。作為邏輯器件，F(xiàn)PGA芯片的性能不僅由設(shè)計(jì)決定，更與生產(chǎn)工藝相關(guān)，更先進(jìn)的制程帶來更低的閾值電壓和功耗、更快的運(yùn)行速度，目前AMD（賽靈思）UltraScale等高端FPGA制程已演進(jìn)至16乃至7納米水平，而國內(nèi)由于眾所周知的限制，國產(chǎn)FPGA在相當(dāng)長時間內(nèi)恐怕將很難獲得相關(guān)先進(jìn)制程支持。

　　高端ADC、FPGA芯片受限，反過來對半導(dǎo)體領(lǐng)域也有直接影響。例如不少“專家”大談特談所謂Chiplet技術(shù)可“彎道超車”，繞開美國對先進(jìn)制程技術(shù)封鎖，殊不知2.5D/3D堆疊往往涉及裸片間超高速互連通信，相關(guān)接口IP由于瓦森納協(xié)議對高性能示波器及分析軟件的禁運(yùn)，國內(nèi)同樣很難進(jìn)行開發(fā)，而示波器的核心元件，正是高速高精度ADC芯片和高傳輸速率的FPGA芯片。

　　FPGA這條賽道在國內(nèi)已堪稱“顯學(xué)”，相比之下，高端ADC芯片則仍顯冷清，不少院?？此艫DC芯片研究論文不斷，細(xì)加辨析往往是用“師兄留下的方案”修修補(bǔ)補(bǔ)，仿真跑出個別不錯的指標(biāo)交差，方案再傳承給下一屆師弟，成果的“成色”可想而知。772所等機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品則面向航天軍工等小批量科研生產(chǎn)的特殊領(lǐng)域，難以進(jìn)入公開市場。

　　目前，盡管也有一些海外人才歸國創(chuàng)辦企業(yè)，從事高性能ADC芯片開發(fā)，但作為模擬芯片中極為考校手藝積累的“硬骨頭”，現(xiàn)有產(chǎn)品性能與ADI等大廠還有不小的距離。除了設(shè)計(jì)能力，在產(chǎn)品流片環(huán)節(jié)，雖然不需要先進(jìn)制程支持，但臺積電等海外廠商對此類敏感產(chǎn)品審核極其嚴(yán)苛，而國內(nèi)55-28納米代工產(chǎn)能盡管漸具規(guī)模，適應(yīng)高性能模數(shù)混合芯片需求的工藝庫仍然尚待完善。

　　有鑒于當(dāng)前迫切的應(yīng)用需求，高端ADC或可成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)助力儀器設(shè)備自立自強(qiáng)的關(guān)鍵切入點(diǎn)，而在實(shí)踐模式上，借鑒核高基專項(xiàng)突破高端DSP的寶貴經(jīng)驗(yàn)，鼓勵科研機(jī)構(gòu)、高校同企業(yè)開展聯(lián)合攻關(guān)無疑是一條極具可行性的道路。

　　而著眼更長期的基礎(chǔ)能力保障，在相關(guān)領(lǐng)域打造跨越學(xué)術(shù)、工業(yè)界壁壘的新型科研平臺也有待破題，建立一個能真正聚攏人才，保障其專注研究心無旁騖的平臺，或許比具體的一兩個項(xiàng)目成功更具意義。

　　結(jié)語

　　著眼當(dāng)前與長遠(yuǎn)需要，我國儀器設(shè)備領(lǐng)域進(jìn)一步強(qiáng)化自主可控已刻不容緩，正如我國儀器界泰斗王大珩院士所言：“儀器儀表往往被看做科研和工業(yè)生產(chǎn)的‘配角’，然而它早已成為我國科技發(fā)展和提升工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的核心組成部分，作用舉足輕重。事實(shí)證明，中國科技實(shí)力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的‘咽喉’，部分地被卡在儀器儀表這一關(guān)上。”

　　對儀器設(shè)備而言，半導(dǎo)體在一眾支撐性能力中具有非同尋常的關(guān)鍵性意義，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，也必將在儀器設(shè)備自立自強(qiáng)的進(jìn)程中獲得廣闊的發(fā)揮舞臺。