集成化的杰作：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路

集成化產(chǎn)品，在工業(yè)化時代隨處可見，如手機、電視、轎車等。一般而言，集成化帶來了更多功能，但也引發(fā)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障多發(fā)、成本上升等問題，甚至得不償失。于是，逆向集成的分布式結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生，如一體化智能家居。物極必反，這是事物發(fā)展的辯證法。

一、集成化的由來

集成，是將一些事物或元素匯集在一起，形成新的有機整體。

集成，是工業(yè)化大生產(chǎn)的基本方式與重要特征。在工業(yè)化社會，流水線隨處可見，其功能就是在流動中實現(xiàn)從零部件到最終產(chǎn)品的總裝集成。流水線的出現(xiàn)，簡化了勞動，實現(xiàn)了標準化生產(chǎn)，提高了勞動生產(chǎn)率，適應(yīng)了社會大化生產(chǎn)的需要。在流水線上，采用不同的零部件可以生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品，采用相同的零部件進行不同組合也可以生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品，因此，集成不僅是工業(yè)化時代社會化大生產(chǎn)的重要特征，也是工業(yè)化時代實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的重要途徑。伴隨著工業(yè)化的推進，產(chǎn)品的集成度越來越高。目前，汽車的集成度大約是上萬量級，飛機的集成度為百萬量級，巨大規(guī)模集成電路可以達到上億量級。

集成，也是工業(yè)化時代武器裝備實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的基本途徑。以飛機為例。飛機本身就是飛行器平臺與動力裝置的集成。作戰(zhàn)飛機，是飛機與機載武器的集成。依此類推，航空武器裝備的創(chuàng)新歷程就是其集成方式不斷豐富、集成度不斷提高的發(fā)展歷程。細分起來，航空武器裝備的集成方式可以分為結(jié)構(gòu)集成、功能集成和任務(wù)集成等等。按結(jié)構(gòu)集成，飛機與空戰(zhàn)武器的集成，形成了戰(zhàn)斗機；飛機與空面打擊武器的集成，形成了轟炸機、攻擊機；飛機與空中偵察設(shè)備的集成，形成了偵察機；飛機與雷達、指揮控制系統(tǒng)的集成，形成了空中預(yù)警指揮機、對地監(jiān)視指揮機、海上巡邏指揮機等等。按功能集成，超聲速飛行與后向攻擊能力的集成，形成了第一代超聲速戰(zhàn)斗機；“雙二”飛行與有限前半球攻擊能力的集成，形成了第二代超聲速戰(zhàn)斗機；高機動、全向攻擊與多目標攻擊能力的集成，形成了第三代戰(zhàn)斗機；隱身、超聲速巡航、非常規(guī)機動與自主攻擊能力的集成，形成了第四代戰(zhàn)斗機。按任務(wù)集成，空戰(zhàn)與對地攻擊任務(wù)的集成，形成了第三、四代多用途戰(zhàn)斗機；作戰(zhàn)任務(wù)與空中加油任務(wù)的集成，形成了各種類型的伙伴加油機；空中運輸與空中加油任務(wù)的集成，形成了運輸/加油機等等。

當前，武器裝備的集成化趨勢仍在延續(xù)，今后相當一個時期仍然有望保持其旺盛的生命力。與此同時，也暴露出了一些問題，最大的問題就是隨著武器裝備集成度的提高，不僅面臨火力與平臺的集成，還融入了信息系統(tǒng)、智能決策系統(tǒng)等，技術(shù)難度越來越大，研制成本越來越高，研制周期越來越長，“拖、降、漲”問題越來越嚴重，迫使人們探尋武器裝備創(chuàng)新發(fā)展的新模式。

二、分布式的提出

分布式：結(jié)構(gòu)分散、功能一體

分布式概念，美國空軍2010年在《技術(shù)地平線——2010到2030年間空軍科學(xué)技術(shù)構(gòu)想》中首次提出。

目前，分布式產(chǎn)品在大眾生活中已經(jīng)出現(xiàn)，最典型的就是一體化智能家居系統(tǒng)。可以把現(xiàn)有的家電、家居等產(chǎn)品聯(lián)為一體，實現(xiàn)一體控制，甚至實現(xiàn)更高級的智能控制。在發(fā)展思路上，一體化智能家居系統(tǒng)跳出了傳統(tǒng)的集成化模式，不但不苛求在結(jié)構(gòu)或形態(tài)上的物理集成，而且反其道而行之，采用了“分布式”結(jié)構(gòu)，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)物理分離、功能一體。同時，這種智能家居系統(tǒng)是開放的，可以根據(jù)用戶需求靈活擴展或刪減。

就概念而言，分布式，是將原先高度集成化的功能系統(tǒng)拆分為若干個物理分離、結(jié)構(gòu)相對簡單、功能相對專一的子系統(tǒng)，通過信息互聯(lián)，保持原有功能。以無人戰(zhàn)斗機為例，可以拆分為信息無人機、火力打擊無人機和電子攻擊無人機等，還可以進一步拆分，通過信息互聯(lián)，保持戰(zhàn)斗機的完整功能。如果把結(jié)構(gòu)集成稱之為“形”，功能集成稱之為“神”，分布式結(jié)構(gòu)就是結(jié)構(gòu)分散、功能一體，“形散而神不散”。分布式的好處，主要是通過結(jié)構(gòu)拆分，降低了系統(tǒng)集成度，從而降低了系統(tǒng)開發(fā)難度，達到降低成本、縮短周期、減少風(fēng)險等目的，同時增加作戰(zhàn)平臺數(shù)量，也有利于提高己方裝備的戰(zhàn)場生存力，增大敵方對目標選擇和打擊的難度，迫使其投入和消耗更多的作戰(zhàn)資源。

顯然，分布式結(jié)構(gòu)依賴于網(wǎng)絡(luò)通信和智能控制。首先是網(wǎng)絡(luò)通信，要解決在強對抗環(huán)境下子系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)通信的有效帶寬、時效性和抗干擾等問題；其次是協(xié)同控制，要解決物理分離的各子系統(tǒng)圍繞同一作戰(zhàn)任務(wù)，在作戰(zhàn)空間自主實現(xiàn)有效協(xié)同。因此，分布式結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)依賴于信息化和智能化建設(shè)的整體推進，體現(xiàn)出了信息化時代的產(chǎn)品創(chuàng)新模式和時代特征。

忠誠僚機

近年來，蜂群無人機、忠誠僚機、有人/無人協(xié)同空戰(zhàn)等十分火爆，其無人機采用的都是分布式結(jié)構(gòu)。表明美國空軍在推進分布結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)邁出了實質(zhì)性步伐，分布式武器裝備投入使用指日可待。此外，美國海軍正在大力推進分布式無人艦船和海上分布式作戰(zhàn)，美國太空軍也在推進太空分布式系統(tǒng)。

三、集成/分布長期共存

如同信息化不是對工業(yè)化的否定，而是在工業(yè)化基礎(chǔ)上的創(chuàng)新與拓展一樣，分布式結(jié)構(gòu)，也不是對集成化的否定，而是在信息化條件下的創(chuàng)新與拓展，因此在未來產(chǎn)品發(fā)展中，集成化模式與分布式結(jié)構(gòu)必然長期共存。

這種必然性是由集成化模式與分布式結(jié)構(gòu)的特點所決定的。集成化依賴并適應(yīng)于流水線生產(chǎn)，滿足了人類對產(chǎn)品大批量、多功能、高性能的持續(xù)追求，但也帶來了成本越來越高、周期越來越長等問題。分布式，是集成化的逆向思維，降低了產(chǎn)品的集成度，結(jié)構(gòu)分散、功能一體，高度依賴并適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)化、智能化環(huán)境，滿足了人們對產(chǎn)品個性化、短周期、低成本的需求，拓展了產(chǎn)品的發(fā)展模式，與集成化形成了互補，而不是否定或取代。由此決定了二者長期共存的必然性。

這種共存表現(xiàn)于多個層面。

產(chǎn)品形態(tài)。分布式結(jié)構(gòu)是將原先高度集成的功能系統(tǒng)拆分為若干個物理分離、結(jié)構(gòu)相對簡單、功能相對專一的子系統(tǒng)，從而降低了子系統(tǒng)的集成度，獲得了相關(guān)利益。也就是說，各個子系統(tǒng)之間是物理分離的，但是各個子系統(tǒng)內(nèi)部依然是集成的，不過集成度大為降低，從而在產(chǎn)品形態(tài)上表現(xiàn)出了分布式結(jié)構(gòu)與集成化模式的長期共存。

歐洲未來空戰(zhàn)系統(tǒng)

體系建設(shè)或裝備使用。未來作戰(zhàn)必定是有人/無人相協(xié)同，美軍的穿透型制空作戰(zhàn)概念和歐洲未來空戰(zhàn)系統(tǒng)都表明了這一點，分布式結(jié)構(gòu)主要運用于無人機系統(tǒng)，有人機仍將采用傳統(tǒng)的集成化模式，從而在體系建設(shè)或裝備使用層面上表現(xiàn)出了分布式結(jié)構(gòu)與集成化模式的長期共存。

力量建設(shè)與作戰(zhàn)使用。作戰(zhàn)力量分散部署在不同地域和不同空間，但是其作戰(zhàn)行動與作戰(zhàn)效果則是一體謀劃、一體實施和高度集成的，由此也表現(xiàn)出了分布式結(jié)構(gòu)與集成化模式的長期共存。

武器裝備的發(fā)展模式總是與一定的社會形態(tài)相對應(yīng)的，有其自身孕育、成長、成熟和衰退的必然規(guī)律，無論是集成化模式，還是分布式結(jié)構(gòu)，都是目前和今后一個時期武器裝備發(fā)展的重要模式，至今為止尚未顯示出衰退跡象，由此也注定了當前和今后一個時期二者仍將長期共存。
責任編輯：彭菁