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，簡稱CPU）作為計算機系統(tǒng)的運算和控制核心，是信息處理、程序運行的最終執(zhí)行單元。CPU自產(chǎn)生以來，在邏輯結(jié)構(gòu)、運行效率以及功能外延上取得了巨****展。

只要花五十塊錢，你就能買到一噸沙子，主要成分是二氧化硅，把它提煉制作成硅片，變成一塊二百來克的電腦CPU就能賣到將近四千塊錢，給人們帶來無數(shù)歡樂。

既然這么賺錢，那怎么把沙子變成CPU為什么你的電腦還沒用上國產(chǎn)CPU呢？CPU的具體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，但每個部分都依托于一種最基礎(chǔ)的部件晶體管。晶體管相當(dāng)于一個微型開關(guān)，能表達導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)組合起來就可以進行各種運算。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。比如這塊售價將近四千元的CPU 一共有八個核心。共包含數(shù)十億個晶體管，其中最小的只有十幾納米，長這幾十億個晶體管之間還要用導(dǎo)線相連，復(fù)雜程度相當(dāng)于讓你拿根紅線把剛才這堆沙子穿成項鏈。為了制造這幾十億個晶體管，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。

簡單來說，光刻就是在晶圓表面覆蓋一層光刻膠，再讓紫外線透過印有電路系統(tǒng)的眼膜照射歸晶圓，表面刻出電路圖?？淌褪窃诰A表面開鑿出一道道溝壑，每一道溝壑的寬度大約是頭發(fā)絲的五千到六千分之一。把這個過程重復(fù)幾十遍，再經(jīng)過一系列極其復(fù)雜的工序，能得到可用的CPU內(nèi)核。在整個制造過程中，光刻機的先進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，價格高，一臺需要上億美元，還得排隊購買。

二零一八年，中芯國際斥資一點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，至今也沒收到貨。那么中國沒有自主研發(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口高端光刻機所需的精密零件。所以國產(chǎn)廠商要想完全自主的造出高端CPU，自然就比較困難。

不過，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，成為當(dāng)時世界上運算能力最強的超級計算機。他一共用了四萬零九百六十顆深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)，銷量也不錯。但問題是，這些CPU 無法裝進你的電腦里，這和CPU的工作原理有關(guān)。CPU內(nèi)部具有一系列可以執(zhí)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(dāng)于CPU的工作說明書。指令集不光決定了CPU 的設(shè)計思路，電路結(jié)構(gòu)還會影響操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的兼容性。

舉個例子，手機上的CPU 大多基于ARM 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(tǒng)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(quán)掌握在英特爾手上。除它之外，只有AMD 擁有授權(quán)，可以合法生產(chǎn)。基于x 86指令級的CPU 這些軟硬件廠商深耕多年，早就已經(jīng)形成了一套覆蓋幾十億用戶的完整生態(tài)。其他廠商想搶生意，只能從零開始培育軟件生態(tài)并不現(xiàn)實。同樣，由于授權(quán)和專利原因，龍芯系列CPU不兼容x86指令集，因此不支持windows 系統(tǒng)和大多數(shù)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公司開發(fā)，它不生產(chǎn)芯片，而是通過銷售ARM指令集的授權(quán)盈利。所以美國的蘋果、高通、韓國的三星、中國的華為、聯(lián)發(fā)科都可以花錢購買授權(quán)設(shè)計、制造自己的手機芯片。CPU的設(shè)計和制造是一個涉及多種尖端技術(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。用戶習(xí)慣等諸多問題，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(nóng)心寒。

所以說，想真正用上自己的國產(chǎn)CPU是一個巨大的系統(tǒng)工程。缺少其中任何一個節(jié)點都不行，單單CPU本身做好是遠遠不夠的。只有讓國產(chǎn)CPU成為一顆跳動的"芯"，才能真正體現(xiàn)他的價值，不然就是一塊廢鐵。所以說，一切都做到完美，這得需要時間來磨合。所以還請大家不要再隨意的謾罵了，給點時間吧，給點耐心吧。