如何把一堆沙子變成CPU，國產CPU要突破重圍，不是光刻機這麼簡單

CPU的具體結構十分複雜，但每個部分都依託於一種基礎的部件，就是電晶體。電晶體的發明讓人類走入了電器時代，發明者曾經獲得諾貝爾獎。

電晶體就是一個微型開關，能表達導通和截止兩種狀態，把他們組合起來就可以進行各種運算，那麼，想製作一款高性能的CPU，就要在有限的面積上，塞上儘可能多的電晶體，進行反覆運算的同時，提高運算速度。

比如一款約4000左右的CPU，有8個核心即8核，其中共包含有數十億個電晶體，其中最小的只有十幾納米，這幾十億個電晶體之間還得用導線相連，所以，CPU的複雜程度就相當於拿跟紅線，將一堆沙子串成項鍊。

那麼怎麼從沙子得到CPU，首先，得放下這幾十億個電晶體，需要把沙子中的二氧化矽提純，做成純度高達99.99之後再好幾個9的單晶矽片，然後切割成不到一毫米厚的原片，研磨拋光做成晶圓，晶圓代工是一項非常精密的任務。

製成晶圓之後，一切的活動就可以在晶圓上運行，科學家就需要利用工具在晶圓上雕刻出幾十億的電晶體和電路了，這種雕刻需要用到兩種精密的技術，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，再讓紫外系透過，照射矽晶的表面，刻出電路圖。而刻蝕就是在晶圓表面刻出溝壑，寬度大概是頭髮絲的5千分之一，再經過一系列機器複雜的工序，才能得到性能可靠的CPU內核。

在整個過程中，光刻機的先進程度，直接決定了電晶體的大小，從而間接影響了CPU的性能，而關鍵就是，有能力生產光刻機的公司就不多。比如，目前世界上最高端的光刻機，是荷蘭阿斯麥的光刻機，他們能製造5和7納米的CPU，英特爾的高端CPU，就是用這種光刻機生產的。

這種級別的光刻機，產量低價格高，一臺就上億人民幣，但關鍵排隊不一定買得到，比如2011年，中芯國際在荷蘭訂購了一臺7納米光刻機，但由於種種原因，至今沒有到貨。

中國沒有自主研發的光刻機嗎，也有，比如上海微電子就可以生產90納米的光刻機，只是和頂級光刻機的差距比較大。一方面是因為起步較晚，另一方面是一些國際協定的限制，目前還不能從國外進口光刻機所需的精密零件，所以，國產廠商要想自主製造高端光刻機，就需要打通各個環節，這不是一項技術，而是一個產業鏈的幾十年的交織與碰撞。

不過，儘管如此，我們也算是有自主研發，製造光刻機的能力，比如2016，神威計算機成為世界上運行速度最快的計算機，一共用了40960顆CPU，該CPU由江南計算機研究中心自主研發。龍芯系列則是更為大眾的國產CPU，主要面向科學計算，航空航天等特殊行業，銷量不錯。但問題是，這些CPU，無法裝進你的電腦，這和CPU 的工作原理有關，CPU內部是一系列執行功能的電路，但如果讓他們按照一定的邏輯順序工作，完成各種各樣的任務，還需要指令集，相當於CPU的工作說明書，指令集不光決定CPU的設計思路，電路結構，還會影響作業系統和軟體的兼容性，手機的CPU大多為ARM指令集，而電腦的CPU主要使用X86指令集。

所以即使是同樣的CPU，兩者也不能互換使用 ，目前世界上最主流的桌面作業系統windows和macOS，都使用了基於X86指令集的CPU，這一指令集的智慧財產權，掌握在英特爾手上，除他之外，只有AMD擁有合法授權，可以生產基於X86的CPU，這些硬體廠商深耕多年，早已形成了覆蓋幾十億用戶的完整的生態鏈，其他廠商想搶生意，從零開始培養用戶並不現實。

同樣由於授權原因，龍芯系列的CPU不兼容X86指令集，因此不支持windows系統和大多數軟體，所以直到今天，你也難以在家用電腦上看到國產CPU。