CPU需要怎样的衬底技术，如何从晶圆"源头"为国产芯片打好"地基"

中央处理器（central processing unit，简称CPU）作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨****展。

只要花五十块钱，你就能买到一吨沙子，主要成分是二氧化硅，把它提炼制作成硅片，变成一块二百来克的电脑CPU就能卖到将近四千块钱，给人们带来无数欢乐。

既然这么赚钱，那怎么把沙子变成CPU为什么你的电脑还没用上国产CPU呢？CPU的具体结构十分复杂，但每个部分都依托于一种最基础的部件晶体管。晶体管相当于一个微型开关，能表达导通和截止两种状态组合起来就可以进行各种运算。想制作一块高性能的CPU， 就要在有限的面积中塞下尽可能多的晶体管提高运算速度。比如这块售价将近四千元的CPU 一共有八个核心。共包含数十亿个晶体管，其中最小的只有十几纳米，长这几十亿个晶体管之间还要用导线相连，复杂程度相当于让你拿根红线把刚才这堆沙子穿成项链。为了制造这几十亿个晶体管，你需要把沙子中的二氧化硅做成纯度高达百分之九十九点九九九九九九九的单晶硅锭，再切割成不到一毫米厚的圆片。研磨抛光清洗做成晶圆，然后在晶圆上雕刻出几十亿个晶体管和电路，这种雕刻需要用到两种精密技术，光刻和刻蚀。

简单来说，光刻就是在晶圆表面覆盖一层光刻胶，再让紫外线透过印有电路系统的眼膜照射归晶圆，表面刻出电路图。刻石就是在晶圆表面开凿出一道道沟壑，每一道沟壑的宽度大约是头发丝的五千到六千分之一。把这个过程重复几十遍，再经过一系列极其复杂的工序，能得到可用的CPU内核。在整个制造过程中，光刻机的先进程度直接决定了晶体管的大小，并间接影响了CPU的性能。而关键就是有能力生产光刻机的公司并不多。

比如目前世界上最高端的光客机是荷兰阿斯麦公司造的这两款机器，他们能制造七纳米和五纳米制成的CPU 英特尔的高端CPU就是用这些机器生产的。这种级别的光科机产量低，价格高，一台需要上亿美元，还得排队购买。

二零一八年，中芯国际斥资一点二亿美元从阿斯麦公司订购了一台七纳米制成光刻机，但由于种种原因，至今也没收到货。那么中国没有自主研发的光刻机吗？也有，比如上海微电子装备就能生产九十纳米制成的光刻机，只是距离顶级光刻机还有较大差距。这一方面是因为起步较晚，另一方面是由于瓦森纳协定的限制，目前还不能从国外进口高端光刻机所需的精密零件。所以国产厂商要想完全自主的造出高端CPU，自然就比较困难。

不过，即便如此，中国也已经拥有了自主研发、制造CPU 的能力。比如，二零一六年神威太湖之光上线，成为当时世界上运算能力最强的超级计算机。他一共用了四万零九百六十颗深VSW二六零一零型CPU这就是由江南计算技术研究所自主研发的。龙芯系列则是更为大众的国产CPU，它主要面向科学计算、航空航天等特殊行业，销量也不错。但问题是，这些CPU 无法装进你的电脑里，这和CPU的工作原理有关。CPU内部具有一系列可以执行各种功能的电路，但如果要让他们按照一定的逻辑顺序工作，完成各种任务，还需要依靠指令集。它相当于CPU的工作说明书。指令集不光决定了CPU 的设计思路，电路结构还会影响操作系统和应用软件的兼容性。

举个例子，手机上的CPU 大多基于ARM 指令集，而电脑上的CPU 主要使用x86指令集，所以即便都是CPU两者也不能互换使用。目前世界上最主流的桌面操作系统是windows 和macos 它们都只能运行在基于x86指令集的CPU 上。这一指令集的知识产权掌握在英特尔手上。除它之外，只有AMD 拥有授权，可以合法生产。基于x 86指令级的CPU 这些软硬件厂商深耕多年，早就已经形成了一套覆盖几十亿用户的完整生态。其他厂商想抢生意，只能从零开始培育软件生态并不现实。同样，由于授权和专利原因，龙芯系列CPU不兼容x86指令集，因此不支持windows 系统和大多数常用软件。所以直到今天，你也难以在家用电脑上看到国产CPU 。

不过手机芯片领域就有所不同了，目前主流的ARM指令集由英国的ARM公司开发，它不生产芯片，而是通过销售ARM指令集的授权盈利。所以美国的苹果、高通、韩国的三星、中国的华为、联发科都可以花钱购买授权设计、制造自己的手机芯片。CPU的设计和制造是一个涉及多种尖端技术的全球产业链，给家用电脑换上国产CPU 不光要打破技术壁垒，还需要面对政策成本、市场。用户习惯等诸多问题，不必强求，毕竟强扭的瓜不光不甜，还可能有人以假乱真，让认真耕耘的瓜农心寒。

所以说，想真正用上自己的国产CPU是一个巨大的系统工程。缺少其中任何一个节点都不行，单单CPU本身做好是远远不够的。只有让国产CPU成为一颗跳动的"芯"，才能真正体现他的价值，不然就是一块废铁。所以说，一切都做到完美，这得需要时间来磨合。所以还请大家不要再随意的谩骂了，给点时间吧，给点耐心吧。