最近,中國科技界最轟動的事情,莫過於華為正式發布鴻蒙系統。

長久以來,中國製造忍受着“缺心少魂”之痛,“心”指的是芯片,“魂”說的是操作系統。隨着我國在芯片、操作系統等領域的研發與突破,“缺心少魂”的局面正在改善。

然而,在為華為鴻蒙歡呼後,還應冷靜的看到,中國製造仍有一大軟肋。

這就是工業軟件。

1. 落後20年,80%被外企壟斷  

工業軟件,顧名思義,就是指工業範疇使用的軟件。大致可以分為研發設計類、生產調度和過程控制類,以及業務管理類。

(工業軟件分類)

最具代表性的工業軟件,是EDA。

在《痛的不只是華為,這家西方公司卡住中國芯片的脖子》(後台對話框回復關鍵詞“光刻機”,獲取文章)一文中,我介紹了芯片製造的重要機器——光刻機。

其實,芯片製造的第一個環節是設計。這就需要工業軟件EDA。

 

(芯片製造流程)

EDA,即電子設計自動化。在EDA出現之前,設計人員必須手工完成芯片的設計、布線。

隨着技術進步,芯片集成度不斷提升。最早的芯片只有幾千個晶體管,現在的任何一部智能手機里的芯片,都集成了上億個晶體管。如此大規模的器材擺放和繞線,無法靠手藝完成。

EDA軟件的出現,解決了這一問題。通過EDA軟件平台,設計者藉由計算機自動完成邏輯編譯、簡化、分割、布局、布線和仿真,直至對特定目標芯片完成各項工作。

 

(EDA軟件設計界面)

能否設計出更高性能的CPU,既取決於設計團隊的專業知識,也取決於EDA軟件。沒有EDA軟件做產品設計,再高端的設備、再精湛的工藝也得“歇菜”。

因此,EDA軟件被視為工業軟件的尖端,代表了一個國家真正的研發創新。

經過不斷的市場洗牌,EDA行業已經從百家爭鳴變成了三足鼎立 ,成為一個高度壟斷的行業。

目前,Cadence、Synopsys和MentorGraphics穩居行業前三,佔據整個行業營收的70%。

 

 

華大九天是中國自主EDA的佼佼者,經過多年積累,研發出了一批特色方案和工具。

然而,有分析指出,中國本土EDA企業和國外EDA三大巨頭存在的技術差距在20年以上。

(中國主要EDA企業產品與服務領域)

EDA軟件還只是工業軟件中的冰山一角。實際上,中國工業軟件已經被外企壟斷,有數據顯示——

中國80%的規劃軟件、50%的製作軟件、95%的效勞軟件被外企佔據。

核心技術部分,更是大多數都被外企掌握。

中國是世界最大的製造工廠,擁有龐大的製造企業、技術人員,可以生產全球最齊全的工業門類,卻沒有自主可控的頂尖工業軟件。

2. 工業軟件有多重要,短板的危害就有多大  

如果說,以前軟件只是硬件的附屬物,那麼,現在的軟件已反客為主,成為了機器的大腦和神經,主宰了機器世界的運行邏輯。

今天,一個沒有軟件的世界是不可想象的。

正因如此,工業軟件有多重要,短板的危害就有多大。

沒有工業軟件,智能製造就是空想。

提起智能製造,人們談論最多的工業互聯網、人工智能和大數據。殊不知,抹去這些新潮的概念,最內核的是工業軟件。

智能製造涉及硬件、軟件、網絡、計算等多種技術和製造技術的融合,而工業軟件是其中最為關鍵的技術。無論是硬件、網絡、計算等技術和製造工藝融合,都離不開軟件定義、編碼和封裝。

沒有自主可控的工業軟件,智能製造就無從談起。

警惕安全後門,敲響安全警鐘。

工業軟件涉及工業製造、企業管理的各個方面,存儲、處理大量數據,一旦泄密,後果不堪設想。

2011年,法國達索公司旗下的機械設計軟件——SolidWorks,被爆料存在安全“後門”,將個人計算機上的信息泄露給他人。

 

(相關報道)

雖然Solidworks予以否認,但因為這款軟件在中國應用非常廣泛,事關重大。國家相關部門隨即通知各軍工企業停止使用該軟件,以防資料被竊取而導致可能的泄密事件。工信部也下發通知,要求加強工業控制系統信息安全管理。

實事求是,外國軟件一般情況下不會有安全問題。但要知道,軟件畢竟是一種特殊的商品,通過一定的技術手段,可能被製造者或是黑客異地控制。

我們不能將國家的信息安全寄希望於外國軟件的商業道德與自律,加快研發自主可控軟件,是保證中國信息安全的重要手段。

依賴外企,易被卡脖子。

去年4月,美國商務部下令禁止美國公司向中興出售元器件、軟件等產品。隨後,全球最大電子設計自動化公司Cadence的內部郵件流出,郵件稱將停止對中興服務。

(郵件內容)

可見,在美國制裁中興的事件中,除了禁止賣芯片給中興以外,作為最基礎的EDA工具也是美國手中的一大殺器。

中國的製造業嚴重依賴國外工業軟件。一旦軟件停止服務,機器便成為了一堆廢銅爛鐵。

3. 工業軟件,沒有捷徑  

工業軟件如此重要,中國應該如何趕超呢?

在盾構機、手術機器人等文章(對話框回復關鍵詞“盾構機”、“達芬奇”,獲取文章)中,我都提到了一個詞——彎道超車,意思是,中國可以突破某個關鍵技術,藉助中國產業鏈和市場優勢,實現趕超。

遺憾的是,工業軟件沒有捷徑。

這是因為,做工業軟件,是一件“吃力不討好”的事情。

吃力,指的是難度大。

舉目全球,真正具有比較完整的工業軟件體系產品的國家只有“兩個半”,德國、美國各算一個,法國算半個——

德國以SAP、西門子為代表,美國以ANSYS、PTC、歐特克、霍尼韋爾為代表,法國以達索、施耐德電氣為代表。

只有德國、美國能夠向全球其他國家輸出從研發、管理到出產的成體系的工業軟件產品,其他如英國、日本、意大利等國家,工業製造能力雖強,但也沒有應用全球的工業軟件產品。

由此可見,研發工業軟件並非易事。

工業軟件,難就難在它不是一個簡單的軟件,而是工業品。強大的工業軟件,必須建立在強大的工業基礎之上,這便是只有德國、美國擁有完整工業軟件體系的原因。

還是以EDA軟件為例,作為芯片產業鏈的重要一環,EDA軟件與半導體的物理模型、材料工藝、製造封測環環相扣。不了解這些知識,根本無法設計EDA軟件。

(中國大陸晶圓代工廠情況)

中國目前無法研發高端的EDA軟件,不是中國科研人員不夠聰明、不夠努力,而是芯片最先進的設計和生產工藝都源自美國等國家,中國缺乏原生的工業技術。

工業軟件的另一個難點是,千人千面。

微軟的一套office軟件,放之四海而皆準,誰都能用。工業軟件卻不同,工業企業的需求千差萬別,需要“私人訂製”。

要想在個性化需求和軟件的重複應用之間找到技術和商業的平衡,就必須對客戶的業務需求有着非常深刻的理解和精妙的設計。

這又要求,工業軟件必須要有行業積累。

行業積累,顯然沒有捷徑可走。事實上,很多巨頭試圖憑藉強大的技術、資金以及多年的行業經驗開拓工業軟件市場,結果大多鎩羽而歸。

一步落後,步步落後,難就難在這裡。

不討好,指的是收益小。

工業軟件雖然很重要,但市場份額不算大。

(2013-2018年中國中國工業軟件市場規模及增速)

2018年,中國工業軟件市場規模在1600億元左右。要知道,2018年華為一個企業的營業收入就超7000億元。

工業軟件本來難度就極大,市場規模還小,自然沒有太大的吸引力。

退一步說,即便研發出來,也不一定能賺到錢。

正如前文所說,工業軟件的一個特點是千人千面,這便造成了工業軟件形成了一個個獨特的生態系統。

這個系統,既有技術門檻,更有經驗壁壘。企業一旦使用了某個工業軟件,就會形成路徑依賴,輕易不會更換。

此外,中國知識產權意識的缺失,也讓工業軟件面臨被盜版的風險。

由此可見,工業軟件研發之路,註定了荊棘遍布,更無捷徑可言。

4. 只有舉國體制,才能搞出工業軟件  

歷史經驗告訴我們,越是被外企壟斷的,越是要打破;越是困難的,越是要攻克。

當然,實現工業軟件的自主可控並不是要排斥國外工業軟件,而是打破現在國產工業軟件幾近於無的不利局面。

問題是,中國工業軟件如何才能趕超?

答案是:舉國體制。

從歷史看,國家重視不足,導致工業軟件落後。

中國工業軟件落後的原因很複雜,國家重視不足是一個原因。這也有點無奈,因為1980年代之前,國人對工業軟件的認知幾乎為零。直到引進了IBM大型機、Apollo作業站,這些昂貴設備上附帶的軟件,才得以一睹了工業軟件的“芳容”。

長期以來,無論是政府還是企業,都沒有認識到工業軟件的重要性,沒有進行持續的投入。有數據顯示,全球最大的CAE仿真軟件公司Synopsys2016年一年的研發投入為3.5億美元,相當於我國政府三個五年計劃在三維CAD/CAE研製投入總和的10倍。

從現實看,只有舉國體制,才能克服工業軟件的難點。

只有舉國體制,才能組織頂尖的科研力量進行攻關,在技術上取得突破。

只有舉國體制,才能持續投入資金,解決企業短期無法獲得收益的窘境。

只有舉國體制,才能協調軟件企業與製造企業合作,並將新研發的軟件先試先行,避免軟件無用武之地的尷尬。

只有舉國體制,才能將工業軟件的重要性上升到芯片的高度,同時加強知識產權保護,引起社會廣泛關注,國產工業軟件才能迎來春天。

中國製造2025十大重點領域

現在,有些人羞談“舉國體制”,總和“計劃經濟”聯繫在一起。還有的人認為,科技研發應該讓市場主導,企業自己發展,政府不應該過度參與。

正如我在《波音戰空客、美歐撕破臉:啟示中國必須要造自己的大飛機》(對話框回復關鍵詞“空客波音”,獲取文章)一文中所說,關鍵產業和領域,早已超出了企業、產業之爭,而變成了國家之爭。

工業軟件也不例外。近年,歐美國家將“把握最先進的製造業中心軟件”視為確保本國製造業“繼續掌控全球工業布局主導權”的必要條件——

2009年,美國“競爭力委員會”白皮書《美國製作業——依靠建模和模仿保持全球領導地位》,將建模、模仿和剖析的高性能核算,視為維繫美國製作業競爭力戰略的主力。

2013年,德國《高技能戰略2020》確定“工業4.0”為未來十大項目之一,重點支持工業軟件。

2015年,日本經濟產業省公布《2015年版製造白皮書》,強調發揮IT的作用。

歐美國家早已取得領先優勢,卻仍然在大力發展、扶持工業軟件,本就落於人後的我們,還在幻想着完全靠市場經濟、企業自主發展就能趕超。

這不是幼稚,是愚蠢。

被外企壟斷的工業軟件,是一柄懸在中國製造頭上的達摩克利斯之劍。

也許,這把劍已經被特朗普握在手裡了。