光刻机研发比两弹一星还难吗？—浅谈军工与民用技术的差异

最近几年，我国在芯片技术上遭受美国制裁，工业技术上诸多领域遭受卡脖子的现状让很多工业党愤恨难平。他们觉得，当年原子弹氢弹都搞出来了，为什么就不能搞定高端光刻机，难道光刻机技术比两弹一星还难？集中全国力量去研发，就可以搞成功了！这个问题其实涉及到好几个层面的问题。首先，两单一星是不是一门非常高端的技术？对一个国家的工业能力要求是不是很高？其次，军用技术是不是就必然比民用技术要高端，研发难度更大？

   我们先来回答第一个问题：两弹一星真的是难度极高的科技吗？如果在二战后的50年代，这样说或许并不为过。但是在原子弹氢弹被几个核大国都突破后，还是非常高端的技术吗？我们要知道今天可不仅仅是联合国五常有两弹一星，印度、巴基斯坦、朝鲜还有以色列都掌握了两弹一星的技术，伊朗也差一点就全部掌握。这其中除以色列外，无一不是工业和经济都非常落后的国家，印度的工业能力向来被中国网友嘲笑，但印度早在70年代就爆破了原子弹，被西方世界封锁且长期经济困难(汽车靠烧木头推进)工业基本奔溃的朝鲜也搞出了两弹一星。大概没有人会认为朝鲜的工业技术非常牛逼吧？至于火箭技术，其实很多小国也拥有火箭研发制造能力，瑞典、新西兰、荷兰都发射过自己研发的轻型火箭。至于他们为何没有发展大型火箭，主要是没太大必要。小国不需要洲际导弹的战略威慑能力，也不需要自己有卫星发射能力，因为经济上很不划算，能用欧空局的火箭干嘛非得自己造？

   再来回答第二个问题，就是民用技术和军用技术的区别。许多军用技术产品尤其是苏系军品通常具有这样几个特点：1.某些军用技术产品需要解决的只是有和无的问题，不需要持续迭代。比如原子弹和氢弹，一旦研发成功就具备了核威慑能力。战略核潜艇也是如此，只要研发成功了，就具备海基核威慑能力。2. 大部分军工产品，不需要考虑长期使用的可靠性和稳定性问题。比如火箭，一次发射成功就行，不需要第二次使用（这就是为何钱学森说研制飞机比火箭更难的原因）。苏联的先进战斗机，即使飞行寿命只有对方飞机的1/2。在战场上，作为消耗品的飞机来说，只要在战争期间能正常飞行作战就行。不需要太多考虑装备的使用寿命问题。3.军品的研发生产通常不需要考虑成本问题。比如苏联就一直完全不在乎国民经济的承受力，将GDP的25%投入到军费开支中。美国的军费拨款也非常高，许多大型武器的费用堪称天价，B2轰炸机每架成本高达24亿美元。4.军品设计也不会太多考虑用户友好性和人机工程学，这一点苏系军品非常明显。5.不用考虑产品的使用成本。B2轰炸机每飞行1个小时的成本高达15万美元。6.军工产品，尤其是武器的市场竞争程度有限。因为武器交易受到国际政治的影响极大，它不是一个自由的市场，不是你觉得某个武器更好就能买到某个武器。此外，大部分国家由于技术能力和市场空间限制，本国某类武器往往只有一家供应商。

   民用产品则不然，他几乎在上述所有方面都跟军品是相反的。1.民用产品有很多竞争者，产品的技术性能需要持续迭代提高。2.民用产品需要考虑研发制造成本，如果成本太高了，即使研发成功也不会生产。科研院所那么多科研成本躺在柜子里没有实现商业化就是这个原因。3. 民用产品需要考虑长期使用过程中的经济性（TOC要低），经济性不够，即使技术更先进也难以存活下来。协和超音速飞机就是这样被淘汰的，四发民航大飞机也是这样被淘汰的。民用航空发动机要求使用寿命长，发动机总推力大，平均油耗低。这些要求对航空发动机的开发来说，难度是极高的。所以全球能生产军用大推力发动机的国家至少有5个，而大型民航发动机厂商只有2家。4.民用产品研发生产要考虑市场需求，要听取用户意见对用户友好。空客的A380从技术上来说是个划时代的产品，非常符合工业党对大国重器的想象。但是因为A380太大了，上座率不足，国际干线市场没那么大需求。导致这款非常牛逼的飞机中途停产。相应的投资打了水漂。

   所以军工产品做得好，并不意味着你民用产品也能做好。他们的开发逻辑是完全不一样的。顶尖军工技术开发的制约因素基本上只有技术难度本身，而民用尖端技术实现商用则需要考虑我上述所列的所有制约条件。所以绝大多数民用尖端技术的开发难度是要大于军用尖端技术的。80年代时候，我国已经能够发射气象卫星和通信卫星上天，能够发射洲际导弹到南太平洋。但是那会我国制造不出一台好的摩托车汽油发动机，没法生产处一台符合西方质量标准的乘用车发动机，没法生产一辆靠谱的国产小汽车。军事工业综合技术水平世界第二的苏联，无论解体之前还是解体之后，民用工业都一塌糊涂，根本没有能拿得出手的像样产品。拉达汽车对西方的出口量每年只有几百辆，外汇全靠石油天然气出口获取。

   光刻机作为最复杂的民用尖端技术之一，它是一个全球尖端技术的集大成者。有着全球最发达经济体的产业链支持，才创造出来高端光刻机这样的产品。ASML的EUV光刻机，镜头来自卡尔蔡司，光源来自美国公司Cymer，激光器供应商德国通快集团。很多关键零配件全球只有1家到2家可以提供。

从实验室到商业化生产

   我们小时候常常在新闻里听说，我国xx技术达到了国际一流水平。这是不是意味着我们在技术上已经追赶上发达国家的一流水平了呢？其实不是。我们的技术水平其实离人家还非常远。原因何在？原因就在于，我们新闻宣传里的达到国际一流水平是在实验室里做到的。实验室里实现了技术原理复现，制造出跟人家类似或者水平一致的产品，跟人家技术实现大规模商业化生产之间还差着十万八千里。

   从实验室获得突破，研发成功xx技术，到实现xx技术的大规模商业化生产中间至少要跨越两个门槛。第一个门槛是降低这种技术的生产成本，使其具备商业上的可行性。通常来说，一个新兴技术在刚发明的时候生产成本很高，是不具备商业化生产的条件的。举个简单案例，用木头炼酒精。木质纤维素发酵成酒精的技术很早就研发出来了，但是直到今天酒精生产基本上都是通过淀粉发酵而来，原材料成本远低于淀粉的木质纤维素为何不能用于商业化生产酒精？因为这个技术只是实验室可行，商业上成本还太高，没有商业竞争力。

   第二个门槛是生产线良率。一种新技术具备了商业上的可行性，就要开始规模化生产。在质量控制方面，投入规模化生产的时候跟在实验室小批量生产又不一样了。实验室有各种先进的仪器设备，有经验丰富的科研人员，还有资深的技术员支持。但是流水线生产，只能配便宜的检测工具，作业的都是没有专业知识的普工，如何让普工在简陋的设备条件下也能生产出符合质量要求的产品，这是一件相当有挑战性的工作。更何况，大多数实验室研发技术并不需求追求良率，随机制造100个样品，只要其中有一个样品能够成功运行验证技术原理就行。1958年一汽仿制克莱斯勒Imperial，其中克莱斯勒的V8发动机仿制最难，铸造的缸体100个里面有97个废品。选出剩余的3个缸体进行打磨加工后装配好成品。这个时候你可以宣称仿制克莱斯勒高级轿车成功，但你根本没法量产。

   通常一件新产品，一种新技术投入生产，最开始的时候良率肯定是非常低的。这种情况下，只能试生产。在试生产的过程中，通过不停地改进工艺，加强质量管控，通过技术培训和流程管理等手段来提高产品良率。有些难度较低的技术，很快就能实现良率99%以上。但是有些难度很高的新技术，花费半年时间，可能良率才50%。前不久有新闻爆出京东方的LTPS OLED屏幕因为良率太低，可能失去苹果iPhone 15的订单。台积电的新制程，在发布初期通常良率低于40%，随后才逐渐提升到70%以上。在面板行业，由于良率问题的高度不确定性，在正式投入生产之前，需要建设中试生产线进行良率测试，测试达标后才会大规模投入生产。而中试生产线的投资都需要上百亿。可见提高良率有时候成本是非常高昂的。柔宇科技之所以被很多人当做骗子，就是因为他的柔性屏技术良率太低，连中试生产线都没有搭建。

利基市场与持续迭代

   很多民用技术能够发展到一种登峰造极的程度，靠的是长期的技术积累和迭代。而长期的技术积累和迭代又需要巨额的资金投入，比如IBM为了研发大型机，在90年代以前投入的资金就高达260亿美元。IBM当然不是一次性投入这么多的资金，而是长期持续累积投资这么多钱。这就需要IBM在这个过程中是盈利的，且现金流维持为正。如果长期持续亏损，那企业肯定要破产，技术研发也就没法维持。在这里面，有一个投资开发新技术>赚取利润>拿利润再投资研发>靠新技术赚取利润的正向循环过程。越往后，投资金额越大，获得的利润也就越高。

   那么要想开启上述技术研发到利润，再从利润到技术研发的正向循环，最重要的是要找到一个利基市场，能够让你靠技术赚到钱。如果一开始的技术研发投入就是亏损的，很显然这个正向循环就没办法开始。企业刚开始就被技术研发投入给拖死倒闭了。而很多小公司的利基市场，往往是非常不起眼的，甚至被人看不起的微小技术创新。有时候甚至就是山寨抄袭。因为小公司缺乏足够的资金投资前沿技术，也没有能力将前沿技术市场化，把这个技术产品给卖出去。这里面有一些简单的商业逻辑在里面。一个毫无技术名气和技术积累的小公司，你突然研发出了一个很牛逼的技术和相应的产品，大部分潜在客户是不敢用你的产品的，因为缺乏信任度啊。小公司还没来得及在市场上建立自己的信誉。一旦你的产品有质量问题，买了你产品的公司就得亏钱。华为创业起家从事的是交换机组装业务，后来靠研发成功万门程控交换机站稳脚跟；联想从摆摊、给人装电脑起家，后来靠联想汉卡成名。今天的吉利汽车和长城汽车，都是中国汽车行业的实力选手，但是他们刚刚进去乘用车行业生产的汽车，以现在的眼光来看完全就是不合格产品。大部分小公司起家的时候，研发的都不是高精尖的技术。但是只要他能够靠这个技术赚到钱，经营得当，就能长成参天大树，最后他们就有实力投资研发世界级的尖端技术。不同经济发展水平，对高科技产品和尖端技术的需求也不一样。当经济发展水平还很低的时候，对一些高端技术产品的需求会很小，因为这些尖端技术对客户来说太贵了，根本用不起。这里面很典型的案例就是工业机器人。在人工还非常便宜，企业利润很薄的情况下，购置工业机器人用于生产是非常不划算的。

   十几年前国内舆论常常批评民营企业技术落后，民营企业老板目光短浅，不愿意投资尖端技术。现在看来，并不存在这么一回事。那会之所以不投，实在是力有不逮，且很难为这些技术找到应用领域。而一旦中国民营企业发展壮大了，有了足够的实力，也产生了相应的市场需求，他们就开始大规模的投资一些世界前沿技术。比如阿里巴巴研发云计算、大数据、服务器芯片和AI芯片；百度研发自动驾驶技术和AI芯片技术；宁德时代研发了麒麟电池包和钠离子电池；比亚迪研发IGBT芯片和三电系统。

   华为的手机芯片从被人嘲笑到世界顶尖，也是一个从利基市场的菜鸟水平持续迭代到世界先进的案例。华为2009年推出第一款智能手机芯片K3，用于山寨机市场。2011年推出K3v2，性能很垃圾，导致当年基于这款手机开发的P1和D1都失败了。但是华为手机每年巨大的出货量，给了华为海思一个稳固的基本盘，能够让它不停地持续迭代提高自己的技术水平，到2020年华为发布麒麟9000的时候，芯片性能已经是世界顶级水准。联发科从山寨机市场做起，进入智能手机芯片市场，最后也推出顶级旗舰芯片与高通较量，也是一个类似的案例。

   举国体制为何不适合搞民用技术，其中一个原因也是这个。举国体制你搞出了某某技术，如果得不到持续迭代升级，那么很快就会落后。而你不可能一直把全国资源都集中到这一个项目上把。