一款工科软件,最近成为科研界议论的焦点。
2020 年 6 月 6 日开始,哈尔滨工业大学师生发现,科学计算和仿真软件 MATLAB 无法正常使用。
哈工大自 2019 年 3 月起,采购了 MATLAB 校园版,提供给全校师生使用。无法正常使用从弹出反激活通知开始,并且很快许可证就显示无效。
哈工大和出品了 MATLAB 的 MathWorks 进行了沟通,被告知是因为美国实体清单缘故,即使购买了许可证,也无法继续使用。
PingWest 品玩就此事联系了哈工大相关的老师,对方表示不方便发表评论。
同样遭遇 MATLAB 被禁用的,还有哈尔滨工程大学。2020 年 5 月 22 日,美国商务部将 33 个中国实体加入“实体清单”,哈工大和哈工程均位列其中。
这个清单里的实体,如果和美国企业做进出口贸易,要取得美国商务部批准,包括硬件和软件。MATLAB 被禁用,正是哈工大和哈工程被归入清单后的第一刀。
MATLAB 可被替代吗?
MATLAB 全名叫“矩阵实验室”(Matrix Laboratory),有着“工科神器”之称。对于很多工科生来说,这是学习生涯中都要学会使用的软件。
这个软件之所以能被冠以“神器”之名,是因为其在工科领域广泛的应用,涵盖数学计算、建模仿真、电子通信、机械化工、汽车航空、电力能源、经济金融和生物医学等跨度极大的学科。
MATLAB 实际上可以分为两部分来看,一部分是基础功能,相当于一个高级计算器,主要用来进行计算和画图。另一部分,是各种工具箱(toolbox)和 Simulink。
大多工具箱都针对一个特定的学科,由领域内专家编写设计。工具箱之于 MATLAB,好比浏览器插件之于 Chrome。MATLAB 能覆盖这么多不同的学科,正是得益于工具箱。2017 年时,MATLAB 工具箱数量超过了 80 个。
集成在 MATLAB 里的 Simulink,则是一个大型仿真软件包。所谓仿真,即通过软件来模拟现实中的试验。
MATLAB 可替代性几何?众说纷纭。有的人说 MATLAB 被禁用,还可以用 Python 取而代之。而有的人说,MATLAB 和工程一线结合紧密,很难找到替代品。
一位长期从事工业仿真领域的人士告诉 PingWest 品玩,对于 MATLAB 基础的计算和画图部分,一些开源方案可以取而代之,比如 Octave、Scilab 和 Python。
而工具箱和 Simulink 的部分,就没这么容易替代了。它们涉及到工业具体场景和跨学科背景,都是在一线经过长时间迭代积累,才得以形成如今的竞争力。当然,这并不是说工具箱和 Simulink 完全没有替代品,但问题在于,很多替代软件同样是美国的商业软件,也会有被禁用风险。
即使假设能完全替代 MATLAB 和 Simulink,但在发表论文时,依然绕不开它的影响力。
南山工业书院创始人、北京联讯动力咨询公司总经理林雪萍在工业领域有丰富经验,他指出:MATLAB 本身已经成为 “合格认定” 的一部分。许多提交论文,必须附加 Matlab 的程序验证。如果不允许使用 Matlab,会使得许多研究人员直接断炊。这就是标准的力量。
工业软件之重
哈工大和哈工程被禁用 MATLAB 的戏码,一年前也发生过,当时是华为被禁用 EDA 软件。
EDA 全称“电子设计自动化”(Electronic Design Automation),被誉为“芯片之母”,是所有芯片设计的基础软件。
如今芯片上有百亿个晶体管,没有 EDA 软件辅助,基本不可能高效地完成芯片设计。并且,芯片设计厂商绝大多数没有自己生产芯片的能力,通常是把芯片方案设计出来后,交给晶圆厂(生产芯片的代工厂)去量产。而 EDA 软件,就是芯片设计公司和晶圆厂沟通的桥梁。
华为之前使用的 EDA 软件,都是购买美国厂商的产品。2019 年 5 月,华为被列入实体清单后,不仅零部件厂商对其断供,EDA 厂商也陆续停止对其支持。虽然已购买的授权可以继续使用,但无法获得软件更新。
2020 年 5 月,美国商务部进一步收紧对华为的管制,要求帮华为生产芯片的代工厂,只要用了美国软件和设备,都需要许可。这意味着,之前还可继续使用的 EDA 软件,现在没有美国商务部许可,也不能用了。
芯片被禁,华为尚且有海思作为替代。但如果没有了 EDA 软件,海思想设计芯片,也没有工具可用。
要找到美国 EDA 软件的替代品,十分困难。几乎所有芯片设计公司,都依赖于美国公司制造的 EDA 工具。全球范围内,EDA 行业每年 70% 的收入,都集中在美国三家公司手中,分别是楷登电子科技(Cadence)、新思科技(Synopsys)和明导国际(Mentor Graphics)。在中国,这一比例更是超过 90%。
虽说有国产替代品,海思内部也早有补救方案,但在对先进技术和工艺的支持上,还存在不小差距。
在一篇微博中,南山工业书院创始人林雪萍写道:华为 EDA 软件断供是第 1 刀,哈工大的 Matlab 断供是第 2 刀。一刀砍在实体企业,一刀砍在大学科研。刀刀见血。这是科学和产业双脱钩的前哨战。
不管是 MATLAB,还是 EDA,都指向了中国核心工业软件缺失的问题。
所谓工业软件,即用在工业领域里的软件,涉及原料供给调度、产品设计分析、工艺流程管理、工业控制和质量管理方方面面。
以智力最密集的产品设计环节为例,其流程通常是,先在软件里建模,然后在软件里进行数学计算,接着在软件里模拟试验——是的,每一步都离不开软件。
工业软件能给设计人员提供试错空间,并且降低成本和提高效率。不管是火箭飞机这样的庞然大物,还是服饰玩具这些身边之物,只要设计研发和制造,都离不开工业软件。
做一个比较极端的假设:如果没有工业软件辅助,设计人员要手动画图纸,在算盘上计算公式,并且每次都要通过实物试验试错。
工业软件有很多细分方向,和产品研发设计高度相关、最为重要的两类,是 CAD(计算机辅助设计)和 CAE(计算机辅助仿真)。EDA 实际上也是广义 CAD 的一种,MATLAB 则属于 CAE。
接受科技日报采访时,中国信息安全研究院总工程师夏刚研究员说:“我国的核心工业软件领域,基本还是’无人区’。”
美国断供 MATLAB 和 EDA,管制 CAD 和 CAE 等核心工业软件的出口,让人们对核心工业软件国产化越来越重视。
不过,工业软件和移动应用不同,不是一家商业公司砸人砸钱,封闭开发一两个月就能开发出来的。人才和资金固然很重要,但工业软件更需要和时间做朋友。MATLAB 初始版本诞生于 1984 年,30 多年来坚持不断迭代。同样从 1984 年起,美国国家科学基金会平均每年资助 40 个和 EDA 相关的项目,以巩固其领先地位。
此外,工业软件需要实际场景的反馈,才能逐渐贴近真正的需求。林雪萍指出,软件是用户用出来的,不用不长进,光供应商一头发力是没用的。这就是工业软件难以快速发展的一个根本原因。