隨著硬件迭代升級(jí)，現(xiàn)如今相對(duì)于硬件本身，制造設(shè)備的“核心競(jìng)爭(zhēng)力”越來(lái)越多地體現(xiàn)在了軟件中，核心零部件“卡脖子”問(wèn)題還沒(méi)解決，工業(yè)軟件的“卡脖子”問(wèn)題又來(lái)了。而且遠(yuǎn)比想象的要嚴(yán)重得多。

此前，B站一位UP主——極客隊(duì)長(zhǎng)GeekLead在《華為等中國(guó)制造，美國(guó)如何靠軟件，卡住脖子？》這一投稿視頻中，分析了中國(guó)在工業(yè)軟件領(lǐng)域的短板問(wèn)題，相對(duì)于“卡脖子”的核心零部件，工業(yè)軟件的受限制程度堪比“卡腦袋”。

為什么中國(guó)火箭都能上天，偏偏芯片還會(huì)被卡？

這是由于美國(guó)控制了制造業(yè)的基礎(chǔ)，這一幕堪比釜底抽薪。

如果說(shuō)，生產(chǎn)芯片方面國(guó)產(chǎn)企業(yè)還可以湊合一些場(chǎng)景，但在設(shè)計(jì)芯片的軟件上中國(guó)就差的太遠(yuǎn)了。關(guān)鍵軟件是生產(chǎn)的上游，這意味著美國(guó)不僅卡了中國(guó)的脖子，還把頭卡住了。

工業(yè)軟件是中國(guó)整個(gè)工業(yè)體系中的最大短板之一。很多人對(duì)于中國(guó)軟件有一個(gè)認(rèn)知上的錯(cuò)誤：很多大型互聯(lián)網(wǎng)公司都是做軟件的，中國(guó)軟件能差到哪兒？

雖然中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用很厲害，但中國(guó)大型工業(yè)軟件和芯片設(shè)計(jì)軟件（EDA設(shè)計(jì)工具）是最為薄弱的環(huán)節(jié)。極客隊(duì)長(zhǎng)作為工程師在互聯(lián)網(wǎng)界和工業(yè)軟件界都呆過(guò)，留學(xué)期間的導(dǎo)師就是工業(yè)軟件領(lǐng)域的專家，當(dāng)時(shí)也曾在北美西門(mén)子工業(yè)軟件研發(fā)部實(shí)習(xí)。正是這段實(shí)習(xí)經(jīng)歷讓極客隊(duì)長(zhǎng)體會(huì)到了行業(yè)的難度和中國(guó)的差距，這一科普對(duì)于大眾認(rèn)知也十分重要。

工業(yè)軟件是如何卡住“中國(guó)脖子”的

首先，工業(yè)軟件到底是什么？

工欲善其事，必先利其器。工業(yè)軟件其實(shí)就是工業(yè)領(lǐng)域的工具，就像office、photoshop等。

工業(yè)軟件大概可以分成三類：幫助設(shè)計(jì)的、幫助仿真的，以及幫助制造的，英文簡(jiǎn)稱以CA（計(jì)算機(jī)輔助）開(kāi)頭：

設(shè)計(jì)類的軟件——CAD，簡(jiǎn)單理解就是畫(huà)圖工具，例如造一棟建筑或做零件、芯片，都需要先畫(huà)圖紙，早期都是手工畫(huà)，現(xiàn)在就由計(jì)算機(jī)來(lái)操作，拖拽標(biāo)準(zhǔn)件直接組合就可以完成。

仿真類的軟件——CAE，在用途上來(lái)講就是試驗(yàn)，即幫助檢驗(yàn)涉及是否合適、合理。

制造類的軟件——CAM，由于生產(chǎn)要靠設(shè)備來(lái)完成，操作設(shè)備就要靠CAM，例如在機(jī)床生產(chǎn)中，需要依靠軟件控制刀頭如何移動(dòng)、如何切割。

當(dāng)然，這些概念如今已被融合起來(lái)，成為一個(gè)大的概念，提供一整套服務(wù)——PLM（product lifecycle management）即產(chǎn)品生命周期管理，電子領(lǐng)域成為EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件）。

目前，無(wú)論你是PLM還是EDA，中國(guó)都完全地被國(guó)外，尤其是美國(guó)“卡脖子”了。

由于軟件是一切環(huán)節(jié)的工具，沒(méi)有工業(yè)軟件就什么都做不了，卡住了軟件就卡住了一切。因?yàn)楝F(xiàn)在無(wú)法靠工程師徒手繪制上億個(gè)晶體管。就算是在70年代，EDA就誕生在硅谷，當(dāng)年的英特爾和惠普就已經(jīng)在企業(yè)內(nèi)部自己探索了，之后才形成單獨(dú)的產(chǎn)業(yè)——Synopsys和Cadence，之后才在硅谷創(chuàng)業(yè)，如今他們?cè)跇I(yè)內(nèi)已經(jīng)是壟斷一般的巨頭存在了。

為什么中國(guó)工業(yè)軟件發(fā)展不好

第一個(gè)原因是難。

不少人以為工業(yè)軟件屬于計(jì)算機(jī)專業(yè)，事實(shí)上，工業(yè)軟件看起來(lái)是軟件，但背后是無(wú)數(shù)知識(shí)的結(jié)晶，是絕對(duì)的跨學(xué)科領(lǐng)域。它需要你在各個(gè)領(lǐng)域都沒(méi)有短板，只有計(jì)算機(jī)專業(yè)參與是絕對(duì)沒(méi)戲的。

首先它涉及基礎(chǔ)學(xué)科，這里極客隊(duì)長(zhǎng)著重分享了其實(shí)習(xí)經(jīng)歷。

當(dāng)時(shí)極客隊(duì)長(zhǎng)實(shí)習(xí)的公司是著名的西門(mén)子NX，實(shí)習(xí)部門(mén)中文翻譯過(guò)來(lái)就是動(dòng)畫(huà)組，客戶是特斯拉。當(dāng)時(shí)他們?cè)谘邪l(fā)model 3，外形還沒(méi)有最終敲定。因?yàn)榭蛻舻脑O(shè)計(jì)很新穎，有巨大的玻璃還是電動(dòng)車，有很多需求確實(shí)是當(dāng)時(shí)的第一家。特斯拉給了幾個(gè)版本的設(shè)計(jì)，需要讓計(jì)算機(jī)模擬出汽車制造的過(guò)程，來(lái)看看設(shè)計(jì)是否合理。

最初極客隊(duì)長(zhǎng)以為做動(dòng)畫(huà)片兒能有多難，結(jié)果開(kāi)工之后就傻眼了，這雖然是做動(dòng)畫(huà)但不是動(dòng)畫(huà)片那種動(dòng)畫(huà)，能動(dòng)起來(lái)就行，工業(yè)的要求是十分嚴(yán)格精準(zhǔn)的。極客隊(duì)長(zhǎng)每天都要研究力學(xué)，以模擬幾千個(gè)零部件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，計(jì)算每個(gè)零部件的空間位移，而且不同零部件相互直接還有一定的作用力，僅靠基礎(chǔ)知識(shí)是完全不夠用的。

可以說(shuō)工業(yè)軟件的程序員如果不懂動(dòng)力學(xué)，根本無(wú)法下手干活，所有動(dòng)畫(huà)仿真必須要基于物理公式，工業(yè)生產(chǎn)不是兒戲，并不是好看就可以，要能夠切實(shí)知道實(shí)際生產(chǎn)。

由此，極客隊(duì)長(zhǎng)明白了：工業(yè)軟件本質(zhì)上是把物理公式寫(xiě)到軟件里，讓軟件快速實(shí)現(xiàn)運(yùn)算。而且如果所需要的物理公式不存在，那就要先去推導(dǎo)公式，這就需要研究物理這一基礎(chǔ)學(xué)科，之后還需要計(jì)算機(jī)底層研究能力。由于有些物理公式過(guò)于復(fù)雜，雖然理論是正確的，但無(wú)法計(jì)算出來(lái)，這是就要靠計(jì)算機(jī)學(xué)家，讓計(jì)算成為可能。

這里極客隊(duì)長(zhǎng)列舉了一個(gè)典型應(yīng)用：CFD（計(jì)算流體力學(xué)），計(jì)算流體（例如空氣、水等）對(duì)于產(chǎn)品的影響是CFD重要的應(yīng)用之一，這類仿真在飛機(jī)翅膀和汽車外形設(shè)計(jì)的時(shí)候都必須要做，如今更設(shè)計(jì)到了更多領(lǐng)域，例如芯片的散熱。

其實(shí)CFD相關(guān)的物理方程早在19世紀(jì)就提出了，但在沒(méi)有計(jì)算機(jī)的時(shí)候解起來(lái)非常困難，所以此前基本要靠實(shí)驗(yàn)，例如在機(jī)翼搭風(fēng)洞，防止機(jī)翼，然后用風(fēng)扇模擬氣流，再用傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，這一過(guò)程耗費(fèi)巨大成本且浪費(fèi)時(shí)間。

在一臺(tái)IBM計(jì)算機(jī)解除這一方程過(guò)后，從此使用計(jì)算機(jī)解物理方程成為可能，而在技術(shù)不斷迭代的影響下，CFD也越來(lái)越強(qiáng)大，無(wú)論是運(yùn)算量還是運(yùn)算速度都持續(xù)攀升。

而在CFD這一領(lǐng)域，中國(guó)可以說(shuō)被美國(guó)拿捏得死死得，2019年美國(guó)華為禁令剛剛開(kāi)始，美國(guó)Ansys就禁售了，作為業(yè)內(nèi)王冠級(jí)的工業(yè)軟件，臺(tái)積電、聯(lián)發(fā)科等都是Ansys的客戶，而其CFD領(lǐng)域的名片級(jí)產(chǎn)品fluent就在禁售之中。

美國(guó)密歇根大學(xué)CFD領(lǐng)域泰斗Philip.L.Roe教授就評(píng)價(jià)表示：現(xiàn)在CFD分析已經(jīng)完全取代實(shí)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品了。如果美國(guó)歐盟真的認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)政策，中國(guó)的汽車、飛機(jī)設(shè)計(jì)就都要回去吹風(fēng)洞了。

目前工業(yè)仿真軟件主要被美德法三國(guó)把持，美國(guó)Ansys、德國(guó)西門(mén)子、法國(guó)達(dá)索。關(guān)鍵是歐盟和美國(guó)脫不開(kāi)關(guān)系，Ansys收購(gòu)了很多歐洲公司。直白講，工業(yè)軟件領(lǐng)域，美國(guó)依然操控全場(chǎng)。

第二個(gè)原因是錢(qián)不夠。

說(shuō)實(shí)話，做什么都不能靠用愛(ài)發(fā)電，極客隊(duì)長(zhǎng)在西門(mén)子實(shí)習(xí)時(shí)，在一個(gè)非常小的城市，物價(jià)很低，一個(gè)暑假兩三個(gè)月，稅后工資到手15000刀，差不多10萬(wàn)多人民幣。同比極客隊(duì)長(zhǎng)很多國(guó)內(nèi)做工業(yè)軟件的朋友，工資差距非常懸殊。

工資低是有市場(chǎng)原因的，因?yàn)楣I(yè)軟件行業(yè)的頭部效應(yīng)非常明顯。為了自己的研發(fā)周期不被影響，客戶只會(huì)為最先進(jìn)可靠的軟件買單。而國(guó)產(chǎn)軟件在公平競(jìng)爭(zhēng)下面對(duì)高端客戶并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，客戶為什么要賭上自己的未來(lái)給國(guó)產(chǎn)軟件送溫暖，外國(guó)貨物美價(jià)廉，直接用不香嗎？

而且國(guó)外的工業(yè)軟件其實(shí)已經(jīng)滲透到了整個(gè)中國(guó)工程師的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，現(xiàn)在絕大部分中國(guó)高校工科專業(yè)，一進(jìn)大學(xué)就要學(xué)習(xí)國(guó)外軟件，學(xué)的第一個(gè)3D設(shè)計(jì)軟件就是SolidWorks，它的母公司是法國(guó)達(dá)索?？刂谱〈髮W(xué)就是控制住了中國(guó)未來(lái)的工程師，從源頭上扼住了中國(guó)人才。

第三個(gè)原因是政策。

美國(guó)國(guó)防部就牽頭開(kāi)展了電子復(fù)興計(jì)劃（ERI），這里的“復(fù)興”并不是由于落后，而是美國(guó)發(fā)現(xiàn)其領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)不夠明顯了，要依靠政策進(jìn)一步擴(kuò)大優(yōu)勢(shì)。ERI計(jì)劃在5年內(nèi)投入15億美元，EDA軟件巨頭Cadence在這一計(jì)劃中獲得了2400萬(wàn)美金的資助。而這只是近年來(lái)美國(guó)各種扶持政策下面的一項(xiàng)。

而在中國(guó)，統(tǒng)計(jì)表明，在十五，十一五期間，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的各類政策投資一共只投入了5000萬(wàn)人民幣左右，在十二五期間也不超過(guò)兩個(gè)億，差距可見(jiàn)一斑。就是說(shuō)美國(guó)一項(xiàng)扶持政策的強(qiáng)度等于中國(guó)15年來(lái)投入的50倍。這里還有另外一方面原因，就是工業(yè)軟件的位置很尷尬，如果屬于軟件的話，按照中國(guó)分類屬于工業(yè)應(yīng)用；但正如之前所說(shuō)，工業(yè)軟件最重要的是跨學(xué)科的基礎(chǔ)研究，不單單是工業(yè)就能涵蓋的。典型的中國(guó)時(shí)刻又出現(xiàn)了，按照經(jīng)驗(yàn)，多內(nèi)容融合，兩頭都管的結(jié)果就是踢皮球，兩頭都不管。

而且還有一個(gè)問(wèn)題就是，觀念上覺(jué)得科研投入“軟不如硬”，例如華為事件中，很多科普視頻都在講光刻機(jī)，因此很多時(shí)候上面政策投資更喜歡看到的是拿錢(qián)去建實(shí)驗(yàn)室，購(gòu)買高大上的實(shí)驗(yàn)裝置，反觀投資買軟件，帶來(lái)的效果不好看，領(lǐng)導(dǎo)參觀怎么展示？看一堆電腦？這一點(diǎn)倪光南院士也呼吁過(guò)，要改變軟件不重要的思想，要知道工業(yè)軟件是和光刻機(jī)、機(jī)床一樣重要的工業(yè)實(shí)力。

值得慶幸的是，國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始非常重視了，“十四五規(guī)劃”重點(diǎn)是解決國(guó)家卡脖子工程，光刻機(jī)、芯片、操作系統(tǒng)、觸覺(jué)傳感器等35項(xiàng)卡脖子關(guān)鍵技術(shù)將是未來(lái)重點(diǎn)方向。

結(jié)語(yǔ)：中國(guó)工業(yè)軟件的發(fā)展依舊依靠廣大行業(yè)從業(yè)者，中國(guó)的年輕人才，在人口紅利過(guò)后，接下來(lái)就是人口素質(zhì)提高帶來(lái)的工程師紅利。中國(guó)由全世界數(shù)量最多的大學(xué)生群體，日后也將擁有世界上最大的工程師群體。希望借此機(jī)會(huì)激起年輕一代人對(duì)于工業(yè)軟件的興趣，也算勞有所值了。