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北大一场实验故障的警示：这个领域被卡脖子，比芯片更可怕！

正解局 · 公众号 · · 2024-11-01 12:30

正文

这些年来，中国在越来越多高端科技领域占有了一席之地。

有人把5G、航天、芯片的战争形容为“上甘岭”，任正非说美国人是喝着咖啡搞科研，中国人是小米加步枪打冲锋。

不过，在少数领域，我们可能面临一个尴尬：连打仗的枪，都是对手造的。

这就不得不提到一个幕后行业，科研的上游、科学家的眼睛——仪器仪表。

2018年12月5日深夜，北大核磁中心内，在没有人使用和操作仪器的情况下，一台800兆赫兹谱仪突然喷出液氦，磁场急速下降。

这是严重故障，北大核磁中心联系到德国制造商布鲁克，对方却提出“先付费再升场”，要北大先付23万人工费，再派人准备液氦。

这费用显然是太贵了！

堂堂北大，只能联系国内其他科研用户，发公开信集体声讨。

北大方面的公开信

这场争斗在当时科学界吵得沸沸扬扬。

因为位于北京大学西门内的北京核磁共振中心总共有10台这样的设备，总价值高达2亿元人民币，是全国拥有这类仪器数量最多、规模最大的实验室。

也就是说，我们最高等级的科研单位，花钱的大客户，竟被人拿捏了，还毫无办法。

“中国人购买科研仪器的热潮不知道救活了多少外国公司。”这是有关领导的感叹。

后来有媒体报道，布鲁克对其他客户报价2.2万元的交换机，有人在淘宝上200元就能买到同款；布鲁克报价20万元的配件单元，也有人能2万块找其他公司搞定。

这就是技术垄断养出来的傲慢。

但行业现实情况是怎样呢？

在中国，高端科研仪器依赖进口，需要看别人的脸色。

国内科研常用的核磁共振仪、高分辨质谱仪等大型分析仪器，以及大部分的生命科学仪器如磁共振成像仪、超分辨荧光成像仪、冷冻透射电镜、高端示波器等都大量依靠进口。

从2019到2023年，中国科学仪器进口规模呈上升趋势，到2023年达到169.8亿美元，年均复合增长率为5.4%。

其中，实验分析仪器依然是2023年占比最大的品类，金额97.2亿美元，占比57%；光学仪器和试验机分别占比37%和5%。

已故的院士、我国现代国防光学技术及光学工程奠基人王大珩曾说：

“机器是改造世界的工具，仪器是认识世界的工具、改造世界的前提。”

仪器仪表并不怎么出现在大众视野中，也不像芯片、5G那样人人关注，但它们却是工业和经济社会发展中不可或缺的基石。

我国行业分类的12个大类中，包括农林牧副渔、工业、建筑业、交通运输等9个大类都直接与仪器产业相关。

20世纪90年代，美国商务部曾经给出过两个数据，美国仪器仪表的工业产值在美国GDP总和中占比只有4%，但是仪器仪表行业对整个国家经济的影响达到了66%。

从1901年到2018年的诺贝尔奖获得者中，不完全统计有11%左右与发明仪器或测量原理有关，70%的物理学奖、超过80%的化学奖和90%左右的生理学或医学奖成果是借助高精尖仪器完成的。

西方国家在这方面占据了先发优势。

17世纪末荷兰科学家列文虎克亲手磨出显微镜，首先观察到单细胞生物，这是人类的第一次。

2014年10月8日，诺贝尔化学奖颁给了三名科学家，奖励他们发展出超分辨荧光显微镜（ Super-Resolved Fluorescence Microscopy），把人的视野带进了纳米级尺度中。

1897年，德国科学家费迪南德·布劳恩（Karl Ferdinand Braun）发明世界上第一台阴极射线管示波器。

20世纪40年代，1946年泰克（Tektronix）发明了世界上第一台商用示波器Vollumscope，随后在第二年又推出带宽10MHz的触发扫描示波器。

泰克在1948年的示波器广告，当时售价795美元/台

熟悉电子的人，没有不知道示波器的。

这个东西的发明，大大推动了全球电子、通讯、自动化、军事工业乃至消费电子产品的蓬勃发展。

它的个头通常不大，就像一台电脑主机箱。

但就是这样一个小东西，也紧紧地卡着我们的脖子，阻碍着我们几十个行业领域向更高水准迈进的脚步。

示波器是用途十分广泛的电子测量仪器。很多人对它并不陌生，在学校里就接触过。

它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，能看到电流波形，能测电压、频率、时间、相位等，用在电路设计、数字通信、国防军工等等几乎所有电子相关行业，是实验室或生产线里的标配。

这个领域的全球市场，目前主要由几家大型跨国公司主导。

美国的是德科技（Keysight）是无可争辩的老大，2014年从安捷伦科技（Agilent）拆分出来。

安捷伦科技（Agilent）前身是由惠普公司（HP）在1999年拆分的。

是德科技目前最先进的数字示波器Infiniium UXR系列带宽范围高达110GHz，采样率256GSa/s，专为5G、毫米波、雷达和卫星通信设计；它的自动化测试和设计软件平台，也专门服务于5G、物联网和汽车电子等高科技领域。

什么概念呢？

带宽表示示波器能准确捕捉的最高频率的信号，带宽越高代表示波器能够分析的高频信号就越高，是示波器的核心参数。

采样率越高，越能精确地再现高频和快速变化的信号。

市场上一般将带宽1GHz以下的视为经济型产品，主要用于教学和一般生产测试，通常几千块钱能买到。

1GHz~10GHz的为中端产品，是销量最大的部分，在移动传输接口、USB TypeC接口等中等速度数据总线分析、车载网络、WIFI测试、5G测试、消费电子等领域都会大量使用。

10GHz以上就是高端产品了，一般只在高性能电路研发和前沿研究中才用得到，比如高端芯片研发、光通信网络物理层测试、超宽带信号分析和太赫兹系统测试等。

所以，重点来了，如果说研究高端芯片是横跨太平洋，那么高端数字示波器就是赖以实现的舰船。

普源精电DS80000系列数字示波器

目前国内参数上最先进的DS80000系列示波器，最高带宽也只有13GHz，40GSa/s的采样率。

相差近十倍，我们在这方面和国际最先进技术还有至少两到三代的代差。

而大部分其他厂商连5GHz带宽都摸不到。

正是因为享有这种技术优势，美国可以肆无忌惮地使出手段来打压我们。

2018年以来，美国商务部通过工业和安全局（BIS）执行《出口管理条例》（EAR），在基础技术和新兴技术方面对中国严防死守。

2022年10月美国商务部又颁布了两项出口管制条例，限制中国获得先进计算芯片、开发和维护超级计算机以及制造先进半导体的能力。

模块化的模拟示波器、带宽超过1GHz的非模块化模拟示波器，单通道超过60GHz带宽的实时示波器，都被列入其中。

一丝缝隙都不透出来。

事实上，中国仪器产业也曾有辉煌的时刻。

上世纪50年代初，光学泰斗王大珩先生主导成立了中国科学院仪器馆，即后来的长春光机所。

王大珩先生在英国留学期间，在1945年就发明了V-棱镜精密折射率测定装置，并将它成功转化为商业仪器产品，在欧美得到广泛应用。

光学泰斗王大珩先生

1958年，长春光机所就以研制高精密光学仪器而闻名，所研制的“八大件”（中型电子显微镜等八种测量仪器）更是新中国成立初期中国仪器产业快速崛起的标志。

20世纪60年代，随着国际局势的变化，长春光机所临危受命，先后在红外微光夜视、核爆与靶场光测设备、高空与空间侦察摄影、空间光学测试、高速相机、太阳模拟器等领域实现了重大突破。

仪器仪表技术在那个困难年代还能艰难前行，紧跟世界步伐，却在改革开放后黯然失色了。

一方面，这些老国营厂产品陈旧，缺少工程经验和综合服务体系，在改革开放后就显得动作迟缓、没有商业意识。

另一方面，一部分国营单位改制，分散成众多民营仪器小厂，在市场生存压力下，创新几乎停滞。

彼时国外大量成熟先进的仪器设备涌入国内，迅速满足了各行各业的需要。

相比之下，美国的是德科技、泰克科技、丹纳赫，德国的罗德&施瓦茨，日本的安立公司，已经有几十年的市场经验，他们产品过硬、质量稳定，功能更成熟，工程经验丰富，服务体系完善。

他们还早早就和中国的科研单位、学校机构展开了深入合作，通常会免费捐赠产品、软件，免费培训教学，这一招非常狠毒——在学之用之的学生走上岗位后，这些品牌的产品就已经成了行业标准，成了业内人士最趁手的工具。

就像Windows操作系统、Office办公软件、Autodesk和Adobe设计软件，浸没在整个生态里，习惯一旦养成，就很难再更改。

那如果要自己造呢？

这是一个多学科交叉、多技术整合、多产业协同的行业，技术壁垒不是一般的高。

是德科技拿出了占营收16%的研发费用来保持技术竞争力，2023年这个数字是8.82亿美元，比我们国内全部示波器厂家的总营收加起来都要多。

技术上的追赶看起来遥不可及。

2023年是德科技的营收是54.64亿美元，卡了北大脖子的布鲁克全球营收总量是29.6亿美元。

国内份额第一的国家队企业电科思仪，在此前招股书中披露的2021年营收也只有15.13亿人民币。

这些数字，连国内互联网大厂的零头都不到。

研发投入高，市场容量小，后发者投入产出就显得很不划算。

在造不如买的影响下，国内开始全面引进技术。

一些仪器厂被外资收购，一些改制成民营企业，自主科研逐渐边缘化，队伍也散了。

在北京做精密仪器仪表销售代理的徐总，每天和各大院校、科研机构的工程师泡在一起，深谙这个行业的用户需求。

通常来说，出于操作习惯和“稳妥可靠”的惯性考虑，客户往往还是首选外资品牌。

但这两年他也看到一个趋势，包括普源精电、鼎阳科技、坤恒顺维等国内测量仪器企业，不仅靠品质服务和超高性价比抢占了大批中低端市场，也在中高端产品方面跃跃欲试，产品迭代非常快，市场态度很积极。

对而难的事，不能不做，也不得不做。

国内这几年解决卡脖子、补短板，心情很急迫，政策力度也越来越大。

除了从上到下的开通道、划重点、圈课题、给扶持，也会要求国有单位在同等条件下优先采购国产产品，推进国产替代。

同时，资本市场加速向专精特新企业开放，民营战队中的鼎阳科技和坤恒顺维都在2021年顺利登陆科创板。

国产测量仪器仪表行业的民营企业中营收排在第一（上半年3.07亿元）的国内品牌普源精电也在2022年登陆科创板，市盈率目前超过80倍，长期看好。

不得不提到的国家队领军企业，是位于青岛的电科思仪公司，它身后是一个默默无闻却实力爆棚的强悍队伍。

当年位于陕西凤县的1406研究所

1968年3月，国家在陕西凤县温江寺公社兴建了第1406研究所（超高频电子器件测试设备研究所），主要任务是负责研制测试超高频电真空和微波半导体器件所需的测试设备、仪器、微波元件等。

这就是国之重器中国电科集团第四十一所的前身。

那个特殊年代里，三线工厂的条件有多艰苦，不必多说。

四十一所的开拓者们为我国电子测量领域的战略科技力量，打下了坚实基础。

1982年3月，经第四机械工业部批准，四十一所成建制分期分批迁入安徽省蚌埠市。

这些创业者克服种种困难，经过几年的努力在淮河岸边建成我国唯一的电子测量仪器研究所——华东电子测量仪器研究所。

到了1991年，四十一所又在山东青岛建设分部，将微波/毫米波测试专业的重心转移到这里。

以四十一所为基本盘组建的中电科思仪科技股份有限公司，在2020年增资改制，华为出资并占有8%的持股比例。

在电子测量基础理论和前沿技术研究，在计量、检测技术研究服务和军用装备研制方面，这堪称国家级战略核心力量。

这里有一个人不得不提到，享受政府特殊津贴的总工程师年夫顺，是中国电科首席科学家，他主持研制的测量技术解决了不只一项“卡脖子”的麻烦：

我国第一到三代微波矢量网络分析仪，测频覆盖100kHz～110GHz，综合性能达到了国际先进技术水平；
毫米波与太赫兹测量仪器，测频覆盖50GHz～1.1THz，综合性能位列世界前二；
构建了国产化通用测量平台，集成了材料、器件、天线、雷达散射截面等测量系统；
解决了大型相控阵天线、隐身材料、隐身装备、5G移动通信等测量难题；
微波毫米波与太赫兹测量仪器关键核心部件研制，全部实现国产化。

太牛了，致以崇高敬意！

年夫顺

2012年，同在蚌埠的中国电科第四十所、四十一所实施“一体化”管理，整合科研成果，为“探月”、“北斗导航”、“深空探测”、“载人航天”等国家重大工程的推进发挥了重要的基础保障作用。

北大一场实验故障的警示：这个领域被卡脖子，比芯片更可怕！

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