CPU需要怎樣的襯底技術(shù)，如何從晶圓"源頭"為國產(chǎn)芯片打好"地基"

中央處理器（central processing unit，簡(jiǎn)稱(chēng)CPU）作為計算機系統的運算和控制核心，是信息處理、程序運行的最終執行單元。CPU自產(chǎn)生以來(lái)，在邏輯結構、運行效率以及功能外延上取得了巨****展。

只要花五十塊錢(qián)，你就能買(mǎi)到一噸沙子，主要成分是二氧化硅，把它提煉制作成硅片，變成一塊二百來(lái)克的電腦CPU就能賣(mài)到將近四千塊錢(qián)，給人們帶來(lái)無(wú)數歡樂(lè )。

既然這么賺錢(qián)，那怎么把沙子變成CPU為什么你的電腦還沒(méi)用上國產(chǎn)CPU呢？CPU的具體結構十分復雜，但每個(gè)部分都依托于一種最基礎的部件晶體管。晶體管相當于一個(gè)微型開(kāi)關(guān)，能表達導通和截止兩種狀態(tài)組合起來(lái)就可以進(jìn)行各種運算。想制作一塊高性能的CPU， 就要在有限的面積中塞下盡可能多的晶體管提高運算速度。比如這塊售價(jià)將近四千元的CPU 一共有八個(gè)核心。共包含數十億個(gè)晶體管，其中最小的只有十幾納米，長(cháng)這幾十億個(gè)晶體管之間還要用導線(xiàn)相連，復雜程度相當于讓你拿根紅線(xiàn)把剛才這堆沙子穿成項鏈。為了制造這幾十億個(gè)晶體管，你需要把沙子中的二氧化硅做成純度高達百分之九十九點(diǎn)九九九九九九九的單晶硅錠，再切割成不到一毫米厚的圓片。研磨拋光清洗做成晶圓，然后在晶圓上雕刻出幾十億個(gè)晶體管和電路，這種雕刻需要用到兩種精密技術(shù)，光刻和刻蝕。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光刻就是在晶圓表面覆蓋一層光刻膠，再讓紫外線(xiàn)透過(guò)印有電路系統的眼膜照射歸晶圓，表面刻出電路圖?？淌褪窃诰A表面開(kāi)鑿出一道道溝壑，每一道溝壑的寬度大約是頭發(fā)絲的五千到六千分之一。把這個(gè)過(guò)程重復幾十遍，再經(jīng)過(guò)一系列極其復雜的工序，能得到可用的CPU內核。在整個(gè)制造過(guò)程中，光刻機的先進(jìn)程度直接決定了晶體管的大小，并間接影響了CPU的性能。而關(guān)鍵就是有能力生產(chǎn)光刻機的公司并不多。

比如目前世界上最高端的光客機是荷蘭阿斯麥公司造的這兩款機器，他們能制造七納米和五納米制成的CPU 英特爾的高端CPU就是用這些機器生產(chǎn)的。這種級別的光科機產(chǎn)量低，價(jià)格高，一臺需要上億美元，還得排隊購買(mǎi)。

二零一八年，中芯國際斥資一點(diǎn)二億美元從阿斯麥公司訂購了一臺七納米制成光刻機，但由于種種原因，至今也沒(méi)收到貨。那么中國沒(méi)有自主研發(fā)的光刻機嗎？也有，比如上海微電子裝備就能生產(chǎn)九十納米制成的光刻機，只是距離頂級光刻機還有較大差距。這一方面是因為起步較晚，另一方面是由于瓦森納協(xié)定的限制，目前還不能從國外進(jìn)口高端光刻機所需的精密零件。所以國產(chǎn)廠(chǎng)商要想完全自主的造出高端CPU，自然就比較困難。

不過(guò)，即便如此，中國也已經(jīng)擁有了自主研發(fā)、制造CPU 的能力。比如，二零一六年神威太湖之光上線(xiàn)，成為當時(shí)世界上運算能力最強的超級計算機。他一共用了四萬(wàn)零九百六十顆深VSW二六零一零型CPU這就是由江南計算技術(shù)研究所自主研發(fā)的。龍芯系列則是更為大眾的國產(chǎn)CPU，它主要面向科學(xué)計算、航空航天等特殊行業(yè)，銷(xiāo)量也不錯。但問(wèn)題是，這些CPU 無(wú)法裝進(jìn)你的電腦里，這和CPU的工作原理有關(guān)。CPU內部具有一系列可以執行各種功能的電路，但如果要讓他們按照一定的邏輯順序工作，完成各種任務(wù)，還需要依靠指令集。它相當于CPU的工作說(shuō)明書(shū)。指令集不光決定了CPU 的設計思路，電路結構還會(huì )影響操作系統和應用軟件的兼容性。

舉個(gè)例子，手機上的CPU 大多基于A(yíng)RM 指令集，而電腦上的CPU 主要使用x86指令集，所以即便都是CPU兩者也不能互換使用。目前世界上最主流的桌面操作系統是windows 和macos 它們都只能運行在基于x86指令集的CPU 上。這一指令集的知識產(chǎn)權掌握在英特爾手上。除它之外，只有AMD 擁有授權，可以合法生產(chǎn)?；趚 86指令級的CPU 這些軟硬件廠(chǎng)商深耕多年，早就已經(jīng)形成了一套覆蓋幾十億用戶(hù)的完整生態(tài)。其他廠(chǎng)商想搶生意，只能從零開(kāi)始培育軟件生態(tài)并不現實(shí)。同樣，由于授權和專(zhuān)利原因，龍芯系列CPU不兼容x86指令集，因此不支持windows 系統和大多數常用軟件。所以直到今天，你也難以在家用電腦上看到國產(chǎn)CPU 。

不過(guò)手機芯片領(lǐng)域就有所不同了，目前主流的ARM指令集由英國的ARM公司開(kāi)發(fā)，它不生產(chǎn)芯片，而是通過(guò)銷(xiāo)售ARM指令集的授權盈利。所以美國的蘋(píng)果、高通、韓國的三星、中國的華為、聯(lián)發(fā)科都可以花錢(qián)購買(mǎi)授權設計、制造自己的手機芯片。CPU的設計和制造是一個(gè)涉及多種尖端技術(shù)的全球產(chǎn)業(yè)鏈，給家用電腦換上國產(chǎn)CPU 不光要打破技術(shù)壁壘，還需要面對政策成本、市場(chǎng)。用戶(hù)習慣等諸多問(wèn)題，不必強求，畢竟強扭的瓜不光不甜，還可能有人以假亂真，讓認真耕耘的瓜農心寒。

所以說(shuō)，想真正用上自己的國產(chǎn)CPU是一個(gè)巨大的系統工程。缺少其中任何一個(gè)節點(diǎn)都不行，單單CPU本身做好是遠遠不夠的。只有讓國產(chǎn)CPU成為一顆跳動(dòng)的"芯"，才能真正體現他的價(jià)值，不然就是一塊廢鐵。所以說(shuō)，一切都做到完美，這得需要時(shí)間來(lái)磨合。所以還請大家不要再隨意的謾罵了，給點(diǎn)時(shí)間吧，給點(diǎn)耐心吧。