一款工科軟件,最近成為科研界議論的焦點。
2020 年 6 月 6 日開始,哈爾濱工業大學師生髮現,科學計算和仿真軟件 MATLAB 無法正常使用。
哈工大自 2019 年 3 月起,採購了 MATLAB 校園版,提供給全校師生使用。無法正常使用從彈出反激活通知開始,並且很快許可證就顯示無效。
哈工大和出品了 MATLAB 的 MathWorks 進行了溝通,被告知是因為美國實體清單緣故,即使購買了許可證,也無法繼續使用。
PingWest 品玩就此事聯繫了哈工大相關的老師,對方表示不方便發表評論。
同樣遭遇 MATLAB 被禁用的,還有哈爾濱工程大學。2020 年 5 月 22 日,美國商務部將 33 箇中國實體加入“實體清單”,哈工大和哈工程均位列其中。
這個清單裏的實體,如果和美國企業做進出口貿易,要取得美國商務部批准,包括硬件和軟件。MATLAB 被禁用,正是哈工大和哈工程被歸入清單後的第一刀。
MATLAB 全名叫“矩陣實驗室”(Matrix Laboratory),有着“工科神器”之稱。對於很多工科生來説,這是學習生涯中都要學會使用的軟件。
這個軟件之所以能被冠以“神器”之名,是因為其在工科領域廣泛的應用,涵蓋數學計算、建模仿真、電子通信、機械化工、汽車航空、電力能源、經濟金融和生物醫學等跨度極大的學科。
MATLAB 實際上可以分為兩部分來看,一部分是基礎功能,相當於一個高級計算器,主要用來進行計算和畫圖。另一部分,是各種工具箱(toolbox)和 Simulink。
大多工具箱都針對一個特定的學科,由領域內專家編寫設計。工具箱之於 MATLAB,好比瀏覽器插件之於 Chrome。MATLAB 能覆蓋這麼多不同的學科,正是得益於工具箱。2017 年時,MATLAB 工具箱數量超過了 80 個。
集成在 MATLAB 裏的 Simulink,則是一個大型仿真軟件包。所謂仿真,即通過軟件來模擬現實中的試驗。
MATLAB 可替代性幾何?眾説紛紜。有的人説 MATLAB 被禁用,還可以用 Python 取而代之。而有的人説,MATLAB 和工程一線結合緊密,很難找到替代品。
一位長期從事工業仿真領域的人士告訴 PingWest 品玩,對於 MATLAB 基礎的計算和畫圖部分,一些開源方案可以取而代之,比如 Octave、Scilab 和 Python。
而工具箱和 Simulink 的部分,就沒這麼容易替代了。它們涉及到工業具體場景和跨學科背景,都是在一線經過長時間迭代積累,才得以形成如今的競爭力。當然,這並不是説工具箱和 Simulink 完全沒有替代品,但問題在於,很多替代軟件同樣是美國的商業軟件,也會有被禁用風險。
即使假設能完全替代 MATLAB 和 Simulink,但在發表論文時,依然繞不開它的影響力。
南山工業書院創始人、北京聯訊動力諮詢公司總經理林雪萍在工業領域有豐富經驗,他指出:MATLAB 本身已經成為 “合格認定” 的一部分。許多提交論文,必須附加 Matlab 的程序驗證。如果不允許使用 Matlab,會使得許多研究人員直接斷炊。這就是標準的力量。
哈工大和哈工程被禁用 MATLAB 的戲碼,一年前也發生過,當時是華為被禁用 EDA 軟件。
EDA 全稱“電子設計自動化”(Electronic Design Automation),被譽為“芯片之母”,是所有芯片設計的基礎軟件。
如今芯片上有百億個晶體管,沒有 EDA 軟件輔助,基本不可能高效地完成芯片設計。並且,芯片設計廠商絕大多數沒有自己生產芯片的能力,通常是把芯片方案設計出來後,交給晶圓廠(生產芯片的代工廠)去量產。而 EDA 軟件,就是芯片設計公司和晶圓廠溝通的橋樑。
華為之前使用的 EDA 軟件,都是購買美國廠商的產品。2019 年 5 月,華為被列入實體清單後,不僅零部件廠商對其斷供,EDA 廠商也陸續停止對其支持。雖然已購買的授權可以繼續使用,但無法獲得軟件更新。
2020 年 5 月,美國商務部進一步收緊對華為的管制,要求幫華為生產芯片的代工廠,只要用了美國軟件和設備,都需要許可。這意味着,之前還可繼續使用的 EDA 軟件,現在沒有美國商務部許可,也不能用了。
芯片被禁,華為尚且有海思作為替代。但如果沒有了 EDA 軟件,海思想設計芯片,也沒有工具可用。
要找到美國 EDA 軟件的替代品,十分困難。幾乎所有芯片設計公司,都依賴於美國公司製造的 EDA 工具。全球範圍內,EDA 行業每年 70% 的收入,都集中在美國三家公司手中,分別是楷登電子科技(Cadence)、新思科技(Synopsys)和明導國際(Mentor Graphics)。在中國,這一比例更是超過 90%。
雖説有國產替代品,海思內部也早有補救方案,但在對先進技術和工藝的支持上,還存在不小差距。
在一篇微博中,南山工業書院創始人林雪萍寫道:華為 EDA 軟件斷供是第 1 刀,哈工大的 Matlab 斷供是第 2 刀。一刀砍在實體企業,一刀砍在大學科研。刀刀見血。這是科學和產業雙脱鈎的前哨戰。
不管是 MATLAB,還是 EDA,都指向了中國核心工業軟件缺失的問題。
所謂工業軟件,即用在工業領域裏的軟件,涉及原料供給調度、產品設計分析、工藝流程管理、工業控制和質量管理方方面面。
以智力最密集的產品設計環節為例,其流程通常是,先在軟件裏建模,然後在軟件裏進行數學計算,接着在軟件裏模擬試驗——是的,每一步都離不開軟件。
工業軟件能給設計人員提供試錯空間,並且降低成本和提高效率。不管是火箭飛機這樣的龐然大物,還是服飾玩具這些身邊之物,只要設計研發和製造,都離不開工業軟件。
做一個比較極端的假設:如果沒有工業軟件輔助,設計人員要手動畫圖紙,在算盤上計算公式,並且每次都要通過實物試驗試錯。
工業軟件有很多細分方向,和產品研發設計高度相關、最為重要的兩類,是 CAD(計算機輔助設計)和 CAE(計算機輔助仿真)。EDA 實際上也是廣義 CAD 的一種,MATLAB 則屬於 CAE。
接受科技日報採訪時,中國信息安全研究院總工程師夏剛研究員説:“我國的核心工業軟件領域,基本還是'無人區'。”
美國斷供 MATLAB 和 EDA,管制 CAD 和 CAE 等核心工業軟件的出口,讓人們對核心工業軟件國產化越來越重視。
不過,工業軟件和移動應用不同,不是一家商業公司砸人砸錢,封閉開發一兩個月就能開發出來的。人才和資金固然很重要,但工業軟件更需要和時間做朋友。MATLAB 初始版本誕生於 1984 年,30 多年來堅持不斷迭代。同樣從 1984 年起,美國國家科學基金會平均每年資助 40 個和 EDA 相關的項目,以鞏固其領先地位。
此外,工業軟件需要實際場景的反饋,才能逐漸貼近真正的需求。林雪萍指出,軟件是用户用出來的,不用不長進,光供應商一頭髮力是沒用的。這就是工業軟件難以快速發展的一個根本原因。