国产CPU举步维艰，到底是技术的壁垒还是政策的限制？|图文版

只要花50 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 200 来克的电脑 CPU，就能卖到近4000 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？

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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。

比如这块售价近 4000 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，把刚才这堆沙子串成项链。

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99.999999999%的单晶硅锭。

再切割成不到 1 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掩膜，照射硅晶圆表面，刻出电路图。

刻蚀，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 5000 到 6000 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，才能得到可用的 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刻机，是荷兰阿斯麦公司造的这两款机器，它们能制作 7 纳米和 5 纳米制程的 CPU，英特尔的高端 CPU 就是用这些机器生产的。

这种级别的光刻机产量低，价格高，一台需要上亿美元，还得排队购买。

2018 年，中芯国际斥资 1.2 亿美元从阿斯麦公司订购了一台 7 纳米制程光刻机，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 90 纳米制程的光刻机，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地造出高端 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 2016 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。它一共用了 40960 颗申威SW26010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。但如果要让它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 x86 指令集的 CPU。

这些软硬件厂商深耕多年，早已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。