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2023-9-21 02:38 · 来自北京 6park.com

接上篇中美芯片战，轻舟已过万重山（中））

序言

一、中美芯片战已经接近结束

二、什么是高端产品？

三、我最担心的事情还是要出现了——上千年来十船九空格局将重现

四、剖析一篇博士水平的专业文章错在哪里？

五、科学传统与工匠传统——中国科技体制缺什么？

六、系统介绍一下清华的光源和光刻机——SSMB-EUV需要的是商业模式的创新

七、华为Mate 60 Pro真正令人震撼的是准6G功能

1. 不要再关注几纳米的问题了

如果你是电子电路领域真正内行的话就该明白，数字电路远比模拟电路容易得多。因为数字电路的晶体管只是工作在饱和区和截止区，它的线性特性、噪声等指标无关紧要。所以，你看日本、韩国、中国台湾等都能生产出数字芯片，中国大陆也一样。我在过去的文章中一再说过中国大陆突破这些技术太容易了。只是因为过去实在不愿意干这些工作，产品技术上有很多缺口，涉及的产品技术门类也比较多，受到美国制裁一时有点困难而已。 6park.com

2. 本文不讨论华为麒麟9000S芯片在哪里生产的问题

太多人讨论华为麒麟9000S芯片到底是在哪里生产的。但是，既然人家华为不愿说，我们就不该去追究。这里我只想说一个营销领域的故事：

土豆刚传入欧洲时，有一个欧洲王国的国王想推广土豆这个农作物，以提高粮食产量。可是派出去搞推广的人说了无数好话，就是没人愿意干这个新品种。后来有个大臣想了一个办法，先在国王自己的田地种土豆，并且派出全副武装的士兵重兵看守，贴出严禁入内的告示。土豆收获以后同样派出重兵看护仓库，在最隆重的宴请中拿出少量土豆待客。这么严格禁止、重兵看护的结果是引起王国里无数人好奇。肯定是有特别值钱的宝贝才会如此对不对？有人就受不了诱惑进仓库里把土豆偷走了，居然还在仓库里发现如何种土豆和吃土豆的操作说明。然后呢？土豆就非常成功地传开了。

那我到底是否真的知道麒麟9000S芯片是在哪里生产的？我不能说，你猜我是不是真的知道。

3. 为什么卫星通话功能才是真正震撼和遥遥领先之处？

先顺便提一下，我还是在20世纪80年代中期参加了中国第一批民用通信卫星地面站的建设工作。当时的邮电部建设了第一批四个卫星通信地面站：北京、广州、乌鲁木齐、拉萨，我参加了乌鲁木齐（在郊区一个叫八所的地方）和广州（在华南植物园往东几公里的地方）两个站的建设。这四个站使用的是加拿大一家叫“SPAR”公司（现在已经没了）设备，上海邮电一所的卫星射频放大部分，用的是磁控管技术，西安邮电工程公司施工，原郑州邮电部设计院进行的设计，我是去参加开通联调测试。后来又参加过很多这类卫星地面站的选址和开通测试。

卫星通信有两种应用模式，一个是作为骨干通信网，需要卫星地面站进行转发。你可以把这种卫星链路看作就是一段光缆线路。从广州到北京的骨干通信线路可以通过光缆连接起来，也可以通过卫星线路连接。这种地面站很大，我当年参加的卫星地面站就是这种应用。地面站的抛物面天线（俗称“锅”）很大，直径都有6米，是用很多小的扇面拼起来的。这些小扇面俗称“西瓜皮”，仅说专业术语只表明你懂这个专业，能说“黑话”才表明你是这个圈子里的行家。使用的都是赤道上空36000公里同步轨道或称静止轨道的卫星。 6park.com

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另一种模式是作为网络接入，就是直接与用户终端进行连接。你可以把这种卫星看作就是一个移动基站。因为同步轨道卫星距离地面太远了，信号衰减很大。要直接与终端连接技术上是比较困难的。因此，原来这种通信方式一般就采用低轨卫星。最初是当年美国的通信巨头MOTO（现在这个公司还健在，只是已经退出公共通信领域了）主导的铱星、现在马斯克搞的星链等都是这种模式。因为低轨卫星与地球转速不同步，很快就会绕地球转一圈（一般也就一个多小时），所以要想与终端保持顺畅的联接就得很多卫星不断接力才行。铱星最初设计时是77颗，而星链居然设计了4万多颗卫星。 6park.com

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铱星的卫星电话终端。可以看到手机上有一个大天线。 6park.com

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支持星链卫星通信的特斯拉Modelπ手机，与普通智能手机几乎一样。看不到外置的天线。这个一点都不令人意外，与低轨卫星直接联接进行通信的手机做到这种程度并不需要特别难的射频技术。真正专业的人员都明白，用现在的射频器件来做，可以说一点技术含量都没有。

那么静止轨道卫星是否可以直接与终端进行通信呢？答案当然是可以的。这也就是一个无线通信的能力问题。1982年就开始投入使用的海事卫星通信系统（Inmarsat），就是直接将静止轨道卫星当成接入设备，直接与终端用户进行通信。另外还有瑟拉亚卫星（Thuraya）系统和中国的天通卫星系统。这种方式的好处是一个静止轨道卫星的覆盖范围非常广，因为它位置高。理论上三颗静止轨道卫星可以覆盖全球。问题只是两个。一个是信号衰减的补偿问题，另一个是通信容量问题。下面先来谈第一个：

因为静止轨道卫星距离地球太远，中间信号衰减极大，因此需要整个系统通过信号放大来进行补偿。实现这一点的途径从纯粹理论上说有这么8个：

(1) 卫星发射无源放大能力——通过发射天线实现

(2) 卫星接收无源放大能力——通过接收天线实现

(3) 卫星发射有源放大能力

(4) 卫星接收有源放大能力

(5) 终端发射无源放大能力——通过终端手机天线实现

(6) 终端接收无源放大能力——通过终端手机天线实现

(7) 终端发射有源放大能力

(8) 终端接收有源放大能力

无论卫星还是终端，一般发射和接收天线都是共用一套的。所以上面实现途径可以简化成这样6个：

(1) 卫星天线放大能力

(2) 卫星发射有源放大能力

(3) 卫星接收有源放大能力

(4) 终端天线放大能力

(5) 终端发射有源放大能力

(6) 终端接收有源放大能力

无论卫星还是终端，要增加无源放大能力怎么办？原理其实很简单，天线越大放大能力越强。因为天线越大，接收到的信号越多，这种聚集型放大才能获得更大的放大能力。但无论卫星还是终端的天线要做大都会受某些限制。卫星天线要做大，火箭发射成本会升高。终端如果要拿在手上的，天线做大就会带来携带方便性和美观上的问题。

下面是海事卫星电话的终端。可以看到有一个比较大的天线。 6park.com

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通话时天线展开了是这样的效果

静止轨道卫星还常用来进行卫星电视广播业务，直接与家用卫星电视接收终端通信。 6park.com

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家用卫星电视接收机天线的尺寸大概直径在45公分左右。这种天线因为是固定在家庭住房外面的某个位置，所以稍大一点没关系。但要随身携带肯定就极为困难。我在五年前从事过数字电视产品业务，做过很多与这种卫星电视接收器相关的技术和市场项目。

如果要缩小天线，就意味着天线放大能力减低，那么不仅需要对天线进行更精细地设计以尽可能减小放大能力的衰减，更重要的是需要有源放大能力的提升来进行弥补，同时还要使卫星射频器件大幅度地小型化，以使其能装进现在流行的非常薄的智能手机里。 6park.com

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这个是华为Mate 60 Pro的外观，与一个普通智能手机大致是一样的。我从开始干卫星通信已经快40年了，从最初6米天线和大块头的卫星电话终端，到现在居然把天线完全埋进智能手机里面。卫星通信终端要做到这个程度，在低轨卫星系统里一点都不令人奇怪，但静止轨道卫星居然也干到这种程度，的确让人有点惊讶。很多搞无线通信的资深专业人士与我都是类似的感觉。

虽然从技术上说道理其实也很简单——终端天线做小了，即使再怎么精心设计，也难免使天线放大能力减小，那一定得靠上面6个途径中的其他5个途径来补偿。华为这个手机使用的是中国天通卫星系统的静止轨道卫星。所以，我们并不能简单地把这个技术进步功劳全归到华为头上，天通卫星系统的技术进步也是重要原因。当然，话又说回来，Mate 60 Pro能做到这个水平也是值得赞扬的，现在其他天通卫星通信的终端还是有一个大天线露在外面。 6park.com

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目前市场上其他的天通卫星通信终端

天通卫星的发展过程是这样的。2008年7月，受汶川地震的刺激，孙家栋、沈荣骏等院士联名上书，呼吁加快我国自主卫星移动通信系统建设，填补国家在卫星移动通信领域的空白。经过三年多的论证，我国首个卫星移动通信系统——天通一号卫星移动通信系统工程于2012年正式启动。

2016年8月6日零时22分，在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功将地天通一号01星发射入轨。天通移动卫星通信系统由中国卫通集团有限公司所属，中国航天科技集团所属中国空间技术研究院为主，基于东方红四号平台研制，地面业务由中国电信集团公司负责运营，与中国电信的地面蜂窝移动通信系统共同构成一个整体的移动通信网络。这个事实上已经是准6G的业务了。所以，不要说Mate 60 Pro是5G这样的外行话，它是准6G的手机。

2018年5月15日报道，天通卫星移动通信业务首次由中国电信面向商用市场放号。目前天通在轨卫星有三颗。天通-01号主要覆盖中国领土和领海，天通-02、天通-03星分别在天通-01星东西两侧设置，形成对太平洋中东部、印度洋海域及“一带一路”区域的常态化覆盖。

从前面分析来看，Mate 60 Pro如果天线的放大能力的确减弱了的话，需要靠手机的发射器和接收器的有源放大能力来进行补偿。这个主要是靠手机里的射频放大芯片来实现的，主要就是氮化镓芯片。

说到这里，是否和前段时间中国限制镓出口联系起来了？所以，不要去瞎拆机。如果是真正内行的话，要想看看Mate 60 Pro不同的地方到底在哪里，宣传“遥遥领先”的到底是什么，就不要去关心麒麟9000S芯片。就算它做到5纳米显然也算不上遥遥领先。也不用去关心它是不是真的达到5G，就算它实现5G了，中国最早的5G手机2019年就上市了，现在实现5G功能怎么能算“遥遥领先”呢？真正算得上“遥遥领先”的，就是看它卫星天线是怎么设计、怎么安放的，在2G频点的天线无源放大倍数是多（用户发送频段：S波段：1980MHz-2010MHz；用户接收频段：S波段：2170MHz-2200MHz），射频接收和发射器件用的是什么芯片，性能如何。理解了吗？

当然，除了以上直接通过信号放大进行衰减的补偿以外，也有可能借用现在5G的射频直接数字化，通过数字滤波来实现更好的信噪比，以此减少终端天线放大能力的需要，最终实现看不到手机天线的效果。

4. 为什么说Mate 60 Pro的出现意味着马斯克的星链彻底完蛋了？——卫星移动通信的本质只是一个保险业务

前面我们讨论了静止轨道卫星作为接入的第一个放大能力的问题。另一个问题是在获得覆盖范围非常广这个优点的同时，也伴随着信道容量的限制。海事卫星系统只提供15万的用户容量。天通卫星移动通信系统容量更大，其通信容量为一颗卫星可同时支持5000个话音信道，满足100万用户使用要求。业务速率为1.2kb/s～384kb/s。这么一看，数据业务速率属于2.5G时代的EDGE业务的速率，好像不算先进。但这个并不重要，一定要理解到，卫星移动通信本质上其实是一个保险业务，一般是用不上的。海事卫星主要就是用于应急通信和海上、荒漠地区的通信。一般在有人地区都有地面蜂窝移动通信系统支持，网速就是现在的5G速率。

卫星通信在通信容量上不可能与地面的蜂窝移动通信系统相竞争，马斯克的星链也差太远。所谓应急和保险业务，也就是在特殊情况下用它来救命的。5G那么高的码率主要是用于“无聊业务”类的，比如刷抖音视频。都要救命的时候了你还刷什么抖音视频？

但是，如果是以业内被称为“专网”的商业模式运营的应急卫星移动通信系统，存在一个分担成本的用户量太少的问题。这样每个用户的业务成本就会比较高。但中国电信将天通卫星业务与地面的蜂窝移动通信融合在一起将会带来什么好处？既然卫星通信只是一个保险业务，绝大多数人用10块钱的月租费申请了这个业务也就是买个保险，平时是完全处于休眠状态的。

如果用过去电话通信时代的爱尔兰话务理论（虽然它不太适合描述数据业务）来描述会更显专业一点。这是一个用户通话业务量的爱尔兰数极低、甚至近似等于零，这样用户接入侧的收敛比近似于无穷大的业务模型。这种业务模型，理论上可以用极小的通信能力，去支持极大数量的用户。

但是，这样的业务模型在过去大多以“专网”的模式运营，就是无论通信网、终端还是用户运营都是自成体系。无论铱星系统，海事卫星通信系统还是现在马斯克的星链系统，本质上都是卫星专网。专网会带来什么问题？就是无法充分利用其用户接入侧可以有近似无穷大的收敛比这个特性。只有经常要使用这个业务，并且用得起的人才能申请成为正式客户。终端都是定制的，销量极小，价格也必然会很高，同时品种也会很少。

中国电信、中国移动和中国联通等被称为是“公网”，所有人都可以使用，用户量极大，终端品种选择极多。中国电信融合了天通系统，就相当于提供了准6G业务。这样卫星移动通信就变成只是公网的一个新业务品种而不再是卫星专网，这样无穷大的收敛比业务模型就可以实现。所以，无论星链系统技术上多么忽悠人，至少在商业模式上都是一个落后的专网概念的东西。

既然卫星移动通信必然是一个保险性质的、收敛比接近无穷大的业务，就应当用尽可能经济简单的卫星通信系统，并与公网融合来实现。全球可以发展数以十亿计的用户，但任何时间段真正在网的用户也就几百万，同时在进行通信的用户也就几千。99.9%以上的用户是处于休眠或离线状态。

每年120块钱的业务租金，中国可以有几亿人不会太在意。真遇到洪水、地震等造成地面移动基站不通了，你有这个业务就可以最起码向外界发个短信告知你的状况、你的位置，这样可以通知人来救你。用卫星电话打110（报警）、120（急救中心）等救急的电话和公网一样也是免费的。如果在荒漠去旅游，大家都能有这个业务的话，就不会出现前段时间4个人死在去无人区旅游路上这种悲剧了。有了更多人通过本质上是保险的极低租费来分担成本，实际使用这个业务的资费也就可以大大降低。

静止轨道卫星的好处是因为轨道很高，是真空程度极高的环境，寿命较长。天通卫星的设计寿命是12-15年。相比之下，低轨卫星因为所处环境有极稀薄的空气，会不断降低卫星运行速度，导致星链的卫星寿命一般很难超过5年。这意味着4.2万颗星链卫星系统要想长久保持其数目的话，每年就得补发8000多颗卫星。这个成本实在是太高了，无论火箭技术怎么改进，通过可回收来降低成本都没用，难以平衡成本。

现在再回过头来看，最初的铱星之所以失败，就是因为它的成本实在是太高，能支持的用户量太少，从而无法分担成本。星链的业务质量本质上是绝对不可能与蜂窝移动通信系统竞争的，而业务资费又必然远远高于中国电信的天通融合移动通信系统（准6G通信）。

是不是胜负已经完全注定了？也不一定。中国很不擅长的一点就是如何把暂时领先的技术变成国际标准，从而长期占据一个领域的技术优势。如果我们迅速把这种准6G变成事实标准，先成为中国的事实标准，推广到所有公网运营商，并且成为所有手机用户的标配（无论多少G都融合天通卫星业务），而后迅速变成国际的事实标准？迅速抢占静止轨道卫星资源（这个远比低轨卫星的轨道资源稀缺得多），暂时的技术优势就会固定下来成为长期的系统和标准优势。

那样的话，使用马斯克星链的理由还有什么？马斯克怎么也不会想到他的星链会败给保险业务吧？

完了，一切都完了！

当然，有人肯定会想到，星链也可以与公网融合啊！但是，要融合不是星链一方一厢情愿的事情，得公网运营者也愿意。如果公网要去融合一个卫星业务的话，为什么不融合一个成本和运营尽可能简单和经济的？反正平时根本用不上，只是用来救命的。并且，未来静止轨道卫星的通信容量要提升也不是难事，无非就是多增加频率资源。但是，星链最初的设计目标是要在通信容量上也尽可能具备与公网一较高下的能力，那成本肯定就是这种方案里面极大化的 —— 一开始的错误战略目标和落后的专网商业模式就注定了最终的结局。现在星链整体技术方案已经基本固定，已经发射的星链在轨卫星数量都已经超过4000颗了，怎么回头？

晚了，一切都晚了！！

延伸阅读：（见纯科学公众号）

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参考文献：

[1]Deng, X., Chao, A., Feikes, J. et al. Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching. Nature 590, 576–579 (2021). https://www.nature.com/articles/s41586-021-03203-0

[2]Ratner D F, Chao A W 2010 Phys. Rev. Lett. 105 154801

[3] 唐传祥,邓秀杰.稳态微聚束加速器光源[J].物理学报,2022,71(15):80-94.

[4] 解读国产光刻机困局（九）：哈工大的EUV光刻机光源。

https://www.toutiao.com/article/6987973883420819972

[5] BSRF简介[OL]. (2023-05-11) 北京同步辐射装置.

http://bsrf.ihep.cas.cn/guanyuwomen/bsrfjianjie/201107/t20110706_3301836.html 。

[6] BSRF大事件[OL]. (2009-11-20) 北京同步辐射装置.

http://bsrf.ihep.cas.cn/guanyuwomen/dashijian/200911/t20091120_2672444.html

[7]清华工物系在新型加速器光源 “稳态微聚束”研究中取得重大进展[OL]. (2021-02-25) 清华大学.

https://www.tsinghua.edu.cn/info/1370/79646.htm

[8]温兴煜. 清华工物系在新型加速器光源“稳态微聚束”研究中取得重大进展，“清华大学技术转移”公众号，2021-02-25 12:08 发表于北京。

[9]赵午.一种新型的光源加速器——稳态微聚束 SSMB 机制[OL]. (2021-09-23) 清华大学.
https://www.koushare.com/video/videodetail/16180 6park.com