高超音速飛彈與台積電

這幾天中國天津飛騰請台灣世芯向台積電訂購晶片的消息被用力的炒作,讓我們以為是利比亞大量買SONY PS3拆CPU 做飛彈的故事又重演了。

飛彈導引,尤其是地形辨認需要又快又大的算力與超級軟體,有趣的是這兩者都是以色列的專長,因為他們為了攔截敵對阿拉伯國家的威脅,耗盡了心力。製造各種攻擊與防禦用飛彈。甚至可以鑑別假彈歪彈以免浪費反飛彈數量。

傳言美國的巡弋飛彈也都是靠以色列的硬體與軟體達成的,但是以色列的半導體產業製程能力卻停留在古代很先進,現在卻很普通的28奈米製程,因為7奈米製程所需的設廠成本太高了,高到用國家力量支持都很吃力,如果飛彈用的IC想要再縮小、再加快、更省電、更不發熱就只能靠台灣,特別是台積電。

台積電是代工廠,就像蘆洲的地下工廠,負責做饅頭、燒賣、雞爪、佛跳牆給台北市各大飯店、餐廳一樣,原則上不必過問客人委託製造的IC的功能與用途,電路內容也不可以與同公司別組的人分享,但是由它使用到什麼IP,內裝哪一科ARM CPU , DA AD 用幾bit的,使用多大的靜態記憶體與動態記憶體,輸入輸出端的電流規格,就可以猜出大約是做什麼用途的。例如是玩具用還是飛彈用的。要求軍規封裝更是立即露餡。

這次出事的其實不是飛彈用的,而是挖礦用的IC,它的特色是平行計算量特大,例如一般CPU 一次平行計算4/8/16bit, 厲害的可以算32/64/128 bit ,例如PC 與手機都是64bit的,計算速度已經超級快了,但是挖礦機因為速度要求無上限,越快越好,即使很耗電都沒關係。

6GHz 城牆
但是矽晶片的物理速度極限是6GHz ,實用速度是3GHz 不可能再高。所以iPhone的CPU從來不超過3GHz 太多,因為增益⋯⋯已經剩下3dB,快要無法維持穩定鎖住,超過3GHz的CPU都是騙人的。就好像台積電將14奈米製程俗稱為7奈米,INTEL將14奈米俗稱為10奈米一樣。原因這次不談。

半導體的工作頻率要再提高,必須將砷化鎵、砷化氮、砷化氧做在紅寶石上,成本太高,不是我們這一個時代的人能做到的。所以要增加算力數十倍,只能能靠大量平行運算,例如螢幕顯示卡就是使用1122bit的,因此被大量買去做挖礦用,比特大陸甚至因而成為台積電的大客戶。其中有一部分也轉給軍方使用。甚至挖礦可能只是煙霧,軍用才是主要目的。也就是台積電實質上是在幫忙中國做飛彈打台灣、日本、美國。

超級電腦
與挖礦機很相似的是超級電腦,世界各國都在比賽誰的超級電腦算力強,這種比賽不是為了面子而是為了裡子。

億兆因素計算
大自然世界的複雜度比一般人想像難很多,例如一個人走路的左右平衡,如果用超級電腦計算,每走一步可能要計算1分鐘,因為人身上的每一個細胞的重量位置角度都不一樣,每一條肌肉拉力、骨胳角度都不一樣,要將這些億兆個單元構成的人體,放入物理模型模擬,所需的算力是極為驚人的。

除此之外軟體的書寫,及其邏輯觀念也很重要,優秀的天才軟體工程師,可以用10行程式達到笨蛋工程師用100行程式都寫得不好的功能,而且速度還快10倍。

這些大陸公司委托台灣公司設計的IC,最後交由台積電製造,然後被用在超級電腦裡面,取代美國禁售的INTEL XEON CPU,用來模擬試爆核子彈,已經是人盡皆知的事情,但是如果用來設計超音速飛彈,例如東風17航母殺手,美國就坐不住了。

高超音速飛彈
音速在高空的時速約800公里,在低空約1200公里,高超音速就是飛行速度是音速的很多倍的意思,例如7-20倍,也就是時速7-20萬公里,即秒速2-10公里,差不多是中軌道人造衛星秒速6公里的速度,這種飛行物遇到空氣時,會有什麼狀況沒有人知道,只能靠實驗測試,人類現有的風洞,頂多音速兩三倍,無法用來模擬。由於實測打到高空的高超音速飛彈很難觀測,而且很容易被敵方發現,所以最好的方法就是用超級電腦模擬。

一顆高超音速飛彈在太空中先用拋物線彈道飛行,進入大氣後再用打水漂方式改變方向,過程中要調整俯衝角度不要太大,以免鼻頭溫度超過攝4000°C的高溫,又由於每一層的大氣,空氣濃度、濕度、風向都不一樣,複雜度非常高。如果用試射、修改、試射再修改的古代做法,可能要費時10年,但是如果將上次測試收集到的參數,送進超級電腦計算,就可以減少了很多次的試誤的時間與經費。

中國的超級電腦中心,有了台積電提供的半導體,速度高、性能穩定,如果再加上以色列的超級軟體,就可以在一星期內模擬一次高超音速飛彈發射。迅速做出下一代的飛彈。由於這麼高速的飛彈,理論上是無法攔截的,所以對美國的航空母艦戰鬥群而言,是一個真實的威脅。它可以阻止美國航空母艦靠近西太平洋,讓美國遲疑,不敢信手靠近台灣,不敢立即馳援台灣,這樣解放軍攻台時顧慮就會比較少。

雖然美國已經跟日本約好,台灣有事日本就會支援,甚至20年前就在鄰居台灣東方100公里的與那國島做好軍用機場,但是日本的能力畢竟與美國差一截。

這次美國出手,想必會禁止台積電繼續交貨,下一代改良品的研發也會停止。對中國的超級電腦研發進程應該會產生很大的影響。

以前能常常看故事說,有人被賣掉了還幫人家數鈔票,台灣的台積電製造IC幫忙中國打台灣,不知道是不是有相似之處。

阿凱2021-04-09

這篇文章只是我在疏洪道榕樹下打瞌睡時夢見的,內容只是夢境,完全沒有任何根據,如果你知道的比較正確,你一定是正確的。
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