中國首艘國產(chǎn)航母下水 但核心元器件都實現(xiàn)國產(chǎn)化嗎？

4月26日，中國首艘國產(chǎn)航母下水。相比于遼寧號是在蘇聯(lián)瓦良格號的基礎(chǔ)是改建的，本次下水的中國首艘航母則是中國自主設(shè)計建造的，而且不僅制造了航母的船體，航母的“神經(jīng)系統(tǒng)”、“千里眼”、“順風(fēng)耳”等關(guān)鍵子系統(tǒng)的核心元器件很有可能也完全實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

相對于昔日的老大哥連兩棲攻擊艦都要從法國購買，中國在航母發(fā)展上已經(jīng)領(lǐng)先于俄羅斯了。

首艘國產(chǎn)航母

雷達、計算機等設(shè)備是怎么被搬上航母的

航母在問世之初，僅僅是一個海上飛機起降平臺，在二戰(zhàn)前，如今的海上霸占航空母艦也僅僅是戰(zhàn)列艦的配角，艦載機更多是執(zhí)行偵查、巡邏、艦炮校射任務(wù)。

二戰(zhàn)中，航母逐漸取代了戰(zhàn)列艦，成為海戰(zhàn)的主角。而在雷達問世之后，美國和英國先后將雷達搬上了航母和戰(zhàn)列艦，搜索雷達可以探測上百公里外來襲的飛機，而火控雷達相對于光學(xué)測距設(shè)備具有全天候任務(wù)能力的優(yōu)勢，而且不像光學(xué)測距具有誤差，使艦炮射擊更加精準。相比之下，日本對雷達重要性的認識就遜色許多，在太平洋戰(zhàn)爭中后期才給航母安裝雷達。不過，由于日本在技術(shù)上和英美存在一定差距，日本雷達的性能也遜色一些。這使得日本海軍在很多時候因為雷達的因素在局部戰(zhàn)斗中比較被動。

在二戰(zhàn)后，隨著戰(zhàn)機進入噴氣式時代，以及電子管、晶體管計算機的發(fā)明，為了能夠發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤速度越來越快的戰(zhàn)機，雷達技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合了起來，而這使雷達和計算機被一同搬上了航母。

隨著艦載機性能的提升和各種高速反艦導(dǎo)彈的出現(xiàn)，對航母艦載雷達的分辨能力、抗干擾能力和快速反映能力提出了更高的要求。加上雷達技術(shù)的發(fā)展和航母使用中的實際需要，大型相控陣雷達、空中管制雷達、著陸輔助雷達、密集陣等近防武器的火控雷達等都被搬上了航母。

隨著航空工業(yè)的進步和信息化時代的到來，艦載機的種類和性能也與日俱增，為了將航母上所搭載的艦載機如臂使指，就必須有完善的艦載指揮引導(dǎo)控制系統(tǒng)。這套指揮控制系統(tǒng)將雷達和各種傳感器傳回的信息進行處理，掌握航母上以及周邊艦載機的實際狀態(tài)和飛行參數(shù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行指揮。

最初，指揮控制系統(tǒng)中間一些環(huán)節(jié)需要人工作業(yè)，這不僅降低了效率，還增加了出錯率。隨著信息技術(shù)的進步和戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈的完善，從雷達發(fā)現(xiàn)目標到數(shù)據(jù)傳輸和處理都可以實現(xiàn)全過程自動化，這種自動化指揮控制系統(tǒng)大幅提升了航母的作戰(zhàn)效能。

航母有源相控陣雷達可以實現(xiàn)國產(chǎn)化

航母上最主要的電子設(shè)備莫過于指揮系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)。在雷達系統(tǒng)中，除了對空/平面追蹤雷達、空中管制雷達，著陸輔助雷達、近防武器火控雷達之外，最引人矚目的莫過于大型相控陣雷達。

裝備相控陣雷達的052D

有源相控陣雷達上擁有大量T/R組件。而得益于近年來迅速進步的MOCVD工藝(還記得去年中資曾經(jīng)試圖收購德國企業(yè)愛思強公司，最后被美國前總統(tǒng)奧巴馬以國家安全風(fēng)險為由否決的收購案么，愛思強公司的主營業(yè)務(wù)就是MOCVD設(shè)備)，T/R組件本身已經(jīng)實現(xiàn)材料和工藝的國產(chǎn)化，如中國電科某所在2015年推出的氮化鎵T/R組件系列產(chǎn)品。

幾個T/R組件組成一個小單位被稱為子陣，每一個子陣會搭配一個FPGA做數(shù)據(jù)預(yù)處理，一般情況下這種FPGA不需要特別高的性能，商業(yè)市場上中低端的2000萬門級或者3200萬門級的FPGA就行了。不過，有些情況下會要求更高性能的FPGA。

在后端的數(shù)據(jù)匯總處理過程中就需要DSP。必須說明的是，有些對性能要求不是太高的雷達，可以不采用FPGA對數(shù)據(jù)初步處理，直接匯總到后端的DSP陣列進行數(shù)據(jù)處理。CPU則發(fā)揮著類似指揮官的作用，承擔(dān)任務(wù)管理職能。

就各種軍用芯片而言，軍民融合的現(xiàn)象比較普遍，很多軍用芯片都是已成熟的民用產(chǎn)品做修改開發(fā)而成的。在這方面，美國有著非常豐富的經(jīng)驗，比如曾經(jīng)被應(yīng)用于軍用電子設(shè)備的486DX，再比如美國國防后勤局就曾采購過賽靈思的FPGA用于監(jiān)視、偵察和火控系統(tǒng)中紅外傳感器的數(shù)據(jù)處理。

其實，這種例子在中國也不是沒有。根據(jù)媒體報道，全軍武器裝備采購信息網(wǎng)發(fā)布競標消息，面對軍隊采購方提出的產(chǎn)品指標，有同行給出了2億元的報價，龍芯表示只需2000萬元。龍芯方面解釋了其中的原因：“這項技術(shù)，我們民品已經(jīng)做成熟了，按軍用要求修改即可，自然比從頭做起要省錢得多。”

國內(nèi)自主設(shè)計的CPU首推龍芯和申威，雖然不確定首艘國產(chǎn)航母是否會采用這兩種CPU，但就CPU性能和穩(wěn)定性、可靠性，以及以往在類似裝備上的使用經(jīng)驗而言，就承擔(dān)有源相控陣雷達任務(wù)管理職能的CPU而言，龍芯和申威是完全能頂上去的。

就DSP而言，國內(nèi)有魂芯和華睿。中電38所研制的“魂芯一號”被授予“國防科技工業(yè)軍民融合發(fā)展”技術(shù)創(chuàng)新獎，并在很多方面有所應(yīng)用。華睿2號是基于龍芯3B修改的，龍芯3B是一款向量CPU，雖然通用性能有限，但這款向量CPU在很多特殊領(lǐng)域頗具潛力。中電14所對龍芯3B進行修改成為華睿2號。華睿2號將雷達信號處理算法提煉成FFT、FIR、相關(guān)、矩陣求逆等17種基本計算構(gòu)件，通過計算構(gòu)件的邏輯組合實現(xiàn)復(fù)雜算法，較好地解決了雷達系統(tǒng)大帶寬、高吞吐的應(yīng)用需求。該技術(shù)成功應(yīng)用于面向先進雷達的高性能數(shù)字信號處理器研發(fā)及應(yīng)用中。

就FPGA而言，國內(nèi)有國微電子、智多晶微電子、同創(chuàng)國芯、高云半導(dǎo)體、京微雅格、771所和772所等公司或單位。這些單位或公司中有體制內(nèi)單位、也有由美國歸來的技術(shù)人員創(chuàng)辦的公司，比如智多晶微電子的團隊來自美國FPGA廠商萊迪思(就是去年有中資背景基金試圖收購，被20余位美國國會議員的聯(lián)合阻撓的那家)。據(jù)小道消息，國內(nèi)有一些反向設(shè)計的產(chǎn)品供國防軍工需要。

KJ500指揮預(yù)警系統(tǒng)的核心元件已100%實現(xiàn)國產(chǎn)化

正是中國電子工業(yè)的進步，使得中國完全有能力實現(xiàn)航母搭載的大型相控陣雷達的國產(chǎn)化。其實，在最近問世的某款預(yù)警機上，指揮預(yù)警系統(tǒng)的核心元件已經(jīng)100%實現(xiàn)國產(chǎn)化。

數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)也能國產(chǎn)化

除了有源相控陣雷達的核心元器件能夠?qū)崿F(xiàn)完全國產(chǎn)化，數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)在上世紀90年代末或本世紀初就解決了國產(chǎn)化的問題。隨著國內(nèi)技術(shù)進步，這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟硬件也隨著技術(shù)進步而更新。

指揮系統(tǒng)主要由CPU、DSP和操作系統(tǒng)輔以一些其他元器件構(gòu)成。而且使用了自主CPU之后，經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化，實際表現(xiàn)一點不遜色于國外CPU，比如龍芯首席科學(xué)家曾經(jīng)介紹：某指揮系統(tǒng)應(yīng)用，X86 i7平臺每秒20幀，龍芯平臺優(yōu)化前每秒3幀，優(yōu)化后每秒30幀。雖然不清楚國產(chǎn)首艘航母的指揮系統(tǒng)會采用什么CPU，但自主CPU完全能勝任這項工作，而且經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化后可以表現(xiàn)的比X86 i7更好。

數(shù)據(jù)鏈

至于戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)，其實就是更高端的民用通信系統(tǒng)，或者說現(xiàn)在大家使用的無線通信系統(tǒng)其實就是戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈玩剩下的。主要由CPU、DSP、ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)、DAC(數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器)、射頻、天線等組成。CPU、DSP、天線不用多介紹了。射頻芯片具有射頻收發(fā)和功率放大等功能，ADC是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，而ADC則反過來，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。由于數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)中要涉及模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，因此在接收端和發(fā)射端就需要有ADC/DAC。此外，超高速ADC/DAC是雷達的重要器件，在電子戰(zhàn)中，頻率捷變也必須仰仗超高速ADC/DAC。

在數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)上，其實軟件的難度比硬件更大，對于硬件而言，基本不超過工控產(chǎn)品的要求，但在軟件上就要下一些功夫了。

總而言之，首艘國產(chǎn)航母上的指揮系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)，中國是完全有能力實現(xiàn)國產(chǎn)化的。