隨著硬件迭代升級，現(xiàn)如今相對于硬件本身，制造設(shè)備的“核心競爭力”越來越多地體現(xiàn)在了軟件中，核心零部件“卡脖子”問題還沒解決，工業(yè)軟件的“卡脖子”問題又來了。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GeekLead在《華為等中國制造，美國如何靠軟件，卡住脖子？》這一投稿視頻中，分析了中國在工業(yè)軟件領(lǐng)域的短板問題，相對于“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”。

為什么中國火箭都能上天，偏偏芯片還會(huì)被卡？

這是由于美國控制了制造業(yè)的基礎(chǔ)，這一幕堪比釜底抽薪。

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

工業(yè)軟件是中國整個(gè)工業(yè)體系中的最大短板之一。很多人對于中國軟件有一個(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，中國軟件能差到哪兒？

雖然中國互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用很厲害，但中國大型工業(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)長作為工程師在互聯(lián)網(wǎng)界和工業(yè)軟件界都呆過，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)長體會(huì)到了行業(yè)的難度和中國的差距，這一科普對于大眾認(rèn)知也十分重要。

工業(yè)軟件是如何卡住“中國脖子”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，英文簡稱以CA（計(jì)算機(jī)輔助）開頭：

設(shè)計(jì)類的軟件——CAD，簡單理解就是畫圖工具，例如造一棟建筑或做零件、芯片，都需要先畫圖紙，早期都是手工畫，現(xiàn)在就由計(jì)算機(jī)來操作，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，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，無論你是PLM還是EDA，中國都完全地被國外，尤其是美國“卡脖子”了。

由于軟件是一切環(huán)節(jié)的工具，沒有工業(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)，如今他們在業(yè)內(nèi)已經(jīng)是壟斷一般的巨頭存在了。

為什么中國工業(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)軟件看起來是軟件，但背后是無數(shù)知識(shí)的結(jié)晶，是絕對的跨學(xué)科領(lǐng)域。它需要你在各個(gè)領(lǐng)域都沒有短板，只有計(jì)算機(jī)專業(yè)參與是絕對沒戲的。

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

當(dāng)時(shí)極客隊(duì)長實(shí)習(xí)的公司是著名的西門子NX，實(shí)習(xí)部門中文翻譯過來就是動(dòng)畫組，客戶是特斯拉。當(dāng)時(shí)他們在研發(fā)model 3，外形還沒有最終敲定。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程，來看看設(shè)計(jì)是否合理。

最初極客隊(duì)長以為做動(dòng)畫片兒能有多難，結(jié)果開工之后就傻眼了，這雖然是做動(dòng)畫但不是動(dòng)畫片那種動(dòng)畫，能動(dòng)起來就行，工業(yè)的要求是十分嚴(yán)格精準(zhǔn)的。極客隊(duì)長每天都要研究力學(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。

可以說工業(yè)軟件的程序員如果不懂動(dòng)力學(xué)，根本無法下手干活，所有動(dòng)畫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)長明白了：工業(yè)軟件本質(zhì)上是把物理公式寫到軟件里，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于復(fù)雜，雖然理論是正確的，但無法計(jì)算出來，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，但在沒有計(jì)算機(jī)的時(shí)候解起來非常困難，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，再用傳感器測量數(shù)據(jù)，這一過程耗費(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也越來越強(qiáng)大，無論是運(yùn)算量還是運(yùn)算速度都持續(xù)攀升。

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

美國密歇根大學(xué)CFD領(lǐng)域泰斗Philip.L.Roe教授就評價(jià)表示：現(xiàn)在CFD分析已經(jīng)完全取代實(shí)驗(yàn)來設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品了。如果美國歐盟真的認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)政策，中國的汽車、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把持，美國Ansys、德國西門子、法國達(dá)索。關(guān)鍵是歐盟和美國脫不開關(guān)系，Ansys收購了很多歐洲公司。直白講，工業(yè)軟件領(lǐng)域，美國依然操控全場。

第二個(gè)原因是錢不夠。

說實(shí)話，做什么都不能靠用愛發(fā)電，極客隊(duì)長在西門子實(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10萬多人民幣。同比極客隊(duì)長很多國內(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。而國產(chǎn)軟件在公平競爭下面對高端客戶并沒有優(yōu)勢，客戶為什么要賭上自己的未來給國產(chǎn)軟件送溫暖，外國貨物美價(jià)廉，直接用不香嗎？

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

第三個(gè)原因是政策。

美國國防部就牽頭開展了電子復(fù)興計(jì)劃（ERI），這里的“復(fù)興”并不是由于落后，而是美國發(fā)現(xiàn)其領(lǐng)跑優(yōu)勢不夠明顯了，要依靠政策進(jìn)一步擴(kuò)大優(yōu)勢。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2400萬美金的資助。而這只是近年來美國各種扶持政策下面的一項(xiàng)。

而在中國，統(tǒng)計(jì)表明，在十五，十一五期間，對相關(guān)領(lǐng)域的各類政策投資一共只投入了5000萬人民幣左右，在十二五期間也不超過兩個(gè)億，差距可見一斑。就是說美國一項(xiàng)扶持政策的強(qiáng)度等于中國15年來投入的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，按照中國分類屬于工業(yè)應(yīng)用；但正如之前所說，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)問題就是，觀念上覺得科研投入“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去建實(shí)驗(yàn)室，購買高大上的實(shí)驗(yàn)裝置，反觀投資買軟件，帶來的效果不好看，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，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，國家已經(jīng)開始非常重視了，“十四五規(guī)劃”重點(diǎn)是解決國家卡脖子工程，光刻機(jī)、芯片、操作系統(tǒng)、觸覺傳感器等35項(xiàng)卡脖子關(guān)鍵技術(shù)將是未來重點(diǎn)方向。

結(jié)語：中國工業(yè)軟件的發(fā)展依舊依靠廣大行業(yè)從業(yè)者，中國的年輕人才，在人口紅利過后，接下來就是人口素質(zhì)提高帶來的工程師紅利。中國由全世界數(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)激起年輕一代人對于工業(yè)軟件的興趣，也算勞有所值了。