（作者：李沛）2月21日，總書記就加強基礎研究做出重要指示，要打好科技儀器設備、操作系統和基礎軟件國產化攻堅戰，鼓勵科研機構、高校同企業開展聯合攻關，提升國產化替代水平和應用規模，爭取早日實現用我國自主的研究平臺、儀器設備來解決重大基礎研究問題。
儀器設備領域的自主可控，一時間引起各界廣泛關注。無論從構建新發展格局的長遠需要，還是當下應對外部“卡脖子”風險的角度看，儀器設備攻堅戰都勢在必行，而在這一重大“戰役”中，本土半導體產業必將承擔極其重要的使命。
壹引其綱，萬目皆張
當前，高端儀器設備如電子顯微鏡、質譜/色譜/光譜儀、CT斷層掃描儀、X射線斷層儀等整機及其關鍵原材料、零部件供應鏈，仍然相當程度上被歐美發達國家壟斷。
這樣的現狀，一方面固然是相關地區基礎科學研究能力的折射。許多今天應用廣泛的儀器設備，追根溯源，往往是各個大學或工業實驗室為了捕捉某一物理世界現象而自行發揮創意DIY的產物，歐美學術界的開放氛圍，也極其有利于這種手藝性認知（craft-knowing）的涌現。科技史家Brian Cathcart就曾記述二十世紀前期劍橋大學卡文迪許實驗室的氛圍，指出“無論在這個領域知道些什么，不管是技術、設備、數學工具，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、挑戰和考驗，有時是在討論上，有時是在其他活動中。對于原子物理學的任何問題或困難，在卡文迪許的某個地方，你一定能找到答案。”
而在試驗裝置顯現出實用價值后，歐美基礎工業能力，又能夠與核心創新緊密結合，逐漸將其迭代為商業產品，NI、力科（LeCroy）等皆為經典案例，而歷經數十年發展，歐美儀器設備產業早已形成科學與工藝緊耦合的極端制造（extreme manufacturing）策源地。
不過另一方面，歐美儀器設備領域優勢得以長期維持，也離不開其對后來者使出的許多“陰招”。
為了鞏固其絕對領先地位，美國多年來也十分積極地利用單邊、多邊技術管制體系控制相關物項流入我國，甚至在2006年后推出所謂的“視同出口”（deemed export）規則，規定特定國家公民在美學習EAR管制物項技術知識，也必須申請商務部審批許可，歷年向美商務部工業與安全局（BIS）提交的視同出口許可證申請，約50%為中國公民提交。
美國對中美科技領域人員、貿易往來的“精準調控”，使我國不得不投入大量資源進行國外已成熟工藝和技術的跟蹤研仿，“重新發明輪子”，明顯延緩了相關領域科學儀器的研制速度。盡管歷經攻關，不少關鍵儀器設備與國際先進水平的差距并未明顯縮小，甚至有進一步擴大的危險。
在研發苦苦追趕的同時，國產儀器設備應用規模也不盡人意，中高端儀器設備仍然大量依賴進口，例如海關編碼9030的“示波器、頻譜分析儀及其他用于電量測量或檢驗的儀器和裝置”，2022年進口總額44.7億美元，貿易逆差則達到22億美元。
值得注意的是，盡管各類儀器設備利用的理化現象和量綱千差萬別，但來自物理世界的模擬信號，通常都需要在進行模擬數字轉換后才能供人類記錄、分析，因此高性能的模擬-數字轉換系統，可以說是儀器設備產業發展的核心支點，如同《呂氏春秋》所言，“壹引其綱，萬目皆張”。
不過在我國機械、化學、光學等基礎工業取得長足進步的背景下，高速高精度數模轉換芯片（ADC）、FPGA芯片等儀器設備的“短板”也已益發凸顯，在這一領域，我國半導體產業理當大有作為。
高端ADC芯片可成“突破口”
正如上文所述，高端模擬數字芯片，對儀器設備自立自強具有“綱舉目張”的重大價值。
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以ADC芯片為例，在核技術研究等領域，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都有極高的要求。目前，相關規格的高速高精度ADC芯片，基本被ADI和TI這兩家美企壟斷，而其頂級產品，也均被列為兩用物品受到出口管制，國內很難獲取。
而更為外界熟悉的FPGA芯片，瓦森納協議等機制也按其管腳數、傳輸速率進行了限制。作為邏輯器件，FPGA芯片的性能不僅由設計決定，更與生產工藝相關，更先進的制程帶來更低的閾值電壓和功耗、更快的運行速度，目前AMD（賽靈思）UltraScale等高端FPGA制程已演進至16乃至7納米水平，而國內由于眾所周知的限制，國產FPGA在相當長時間內恐怕將很難獲得相關先進制程支持。
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高端ADC、FPGA芯片受限，反過來對半導體領域也有直接影響。例如不少“專家”大談特談所謂Chiplet技術可“彎道超車”，繞開美國對先進制程技術封鎖，殊不知2.5D/3D堆疊往往涉及裸片間超高速互連通信，相關接口IP由于瓦森納協議對高性能示波器及分析軟件的禁運，國內同樣很難進行開發，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這條賽道在國內已堪稱“顯學”，相比之下，高端ADC芯片則仍顯冷清，不少院校看似ADC芯片研究論文不斷，細加辨析往往是用“師兄留下的方案”修修補補，仿真跑出個別不錯的指標交差，方案再傳承給下一屆師弟，成果的“成色”可想而知。772所等機構的產品則面向航天軍工等小批量科研生產的特殊領域，難以進入公開市場。
目前，盡管也有一些海外人才歸國創辦企業，從事高性能ADC芯片開發，但作為模擬芯片中極為考校手藝積累的“硬骨頭”，現有產品性能與ADI等大廠還有不小的距離。除了設計能力，在產品流片環節，雖然不需要先進制程支持，但臺積電等海外廠商對此類敏感產品審核極其嚴苛，而國內55-28納米代工產能盡管漸具規模，適應高性能模數混合芯片需求的工藝庫仍然尚待完善。
有鑒于當前迫切的應用需求，高端ADC或可成為半導體產業助力儀器設備自立自強的關鍵切入點，而在實踐模式上，借鑒核高基專項突破高端DSP的寶貴經驗，鼓勵科研機構、高校同企業開展聯合攻關無疑是一條極具可行性的道路。
而著眼更長期的基礎能力保障，在相關領域打造跨越學術、工業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目成功更具意義。
結語
著眼當前與長遠需要，我國儀器設備領域進一步強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生產的‘配角’，然而它早已成為我國科技發展和提升工業產品質量的核心組成部分，作用舉足輕重。事實證明，中國科技實力與經濟發展的‘咽喉’，部分地被卡在儀器儀表這一關上。”
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對儀器設備而言，半導體在一眾支撐性能力中具有非同尋常的關鍵性意義，我國半導體產業，也必將在儀器設備自立自強的進程中獲得廣闊的發揮舞臺。
