中央處理器(central processing unit,簡稱CPU)作為計算機系統的運算和控制核心,是資訊處理、程式執行的最終執行單元。CPU自產生以來,在邏輯結構、執行效率以及功能外延上取得了巨大發展。
只要花五十塊錢,你就能買到一噸沙子,主要成分是二氧化矽,把它提煉製作成矽片,變成一塊二百來克的電腦CPU就能賣到將近四千塊錢,給人們帶來無數歡樂。
既然這麼賺錢,那怎麼把沙子變成CPU為什麼你的電腦還沒用上國產CPU呢?CPU的具體結構十分複雜,但每個部分都依託於一種最基礎的部件電晶體。電晶體相當於一個微型開關,能表達導通和截止兩種狀態組合起來就可以進行各種運算。想製作一塊高效能的CPU, 就要在有限的面積中塞下儘可能多的電晶體提高運算速度。比如這塊售價將近四千元的CPU 一共有八個核心。共包含數十億個電晶體,其中最小的只有十幾奈米,長這幾十億個電晶體之間還要用導線相連,複雜程度相當於讓你拿根紅線把剛才這堆沙子穿成項鍊。為了製造這幾十億個電晶體,你需要把沙子中的二氧化矽做成純度高達百分之九十九點九九九九九九九的單晶矽錠,再切割成不到一毫米厚的圓片。研磨拋光清洗做成晶圓,然後在晶圓上雕刻出幾十億個電晶體和電路,這種雕刻需要用到兩種精密技術,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,再讓紫外線透過印有電路系統的眼膜照射歸晶圓,表面刻出電路圖。刻石就是在晶圓表面開鑿出一道道溝壑,每一道溝壑的寬度大約是頭髮絲的五千到六千分之一。把這個過程重複幾十遍,再經過一系列極其複雜的工序,能得到可用的CPU核心。在整個製造過程中,光刻機的先程序度直接決定了電晶體的大小,並間接影響了CPU的效能。而關鍵就是有能力生產光刻機的公司並不多。
比如目前世界上最高階的光客機是荷蘭阿斯麥公司造的這兩款機器,他們能製造七奈米和五納米制成的CPU 英特爾的高階CPU就是用這些機器生產的。這種級別的光科機產量低,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,但由於種種原因,至今也沒收到貨。那麼中國沒有自主研發的光刻機嗎?也有,比如上海微電子裝備就能生產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,另一方面是由於瓦森納協定的限制,目前還不能從國外進口高階光刻機所需的精密零件。所以國產廠商要想完全自主的造出高階CPU,自然就比較困難。
不過,即便如此,中國也已經擁有了自主研發、製造CPU 的能力。比如,二零一六年神威太湖之光上線,成為當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研究所自主研發的。龍芯系列則是更為大眾的國產CPU,它主要面向科學計算、航空航天等特殊行業,銷量也不錯。但問題是,這些CPU 無法裝進你的電腦裡,這和CPU的工作原理有關。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,還需要依靠指令集。它相當於CPU的工作說明書。指令集不光決定了CPU 的設計思路,電路結構還會影響作業系統和應用軟體的相容性。
舉個例子,手機上的CPU 大多基於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作業系統是windows 和macos 它們都只能執行在基於x86指令集的CPU 上。這一指令集的智慧財產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。基於x 86指令級的CPU 這些軟硬體廠商深耕多年,早就已經形成了一套覆蓋幾十億使用者的完整生態。其他廠商想搶生意,只能從零開始培育軟體生態並不現實。同樣,由於授權和專利原因,龍芯系列CPU不相容x86指令集,因此不支援windows 系統和大多數常用軟體。所以直到今天,你也難以在家用電腦上看到國產CPU 。
不過手機晶片領域就有所不同了,目前主流的ARM指令集由英國的ARM公司開發,它不生產晶片,而是透過銷售ARM指令集的授權盈利。所以美國的蘋果、高通、韓國的三星、中國的華為、聯發科都可以花錢購買授權設計、製造自己的手機晶片。CPU的設計和製造是一個涉及多種尖端技術的全球產業鏈,給家用電腦換上國產CPU 不光要打破技術壁壘,還需要面對政策成本、市場。使用者習慣等諸多問題,不必強求,畢竟強扭的瓜不光不甜,還可能有人以假亂真,讓認真耕耘的瓜農心寒。
所以說,想真正用上自己的國產CPU是一個巨大的系統工程。缺少其中任何一個節點都不行,單單CPU本身做好是遠遠不夠的。只有讓國產CPU成為一顆跳動的"芯",才能真正體現他的價值,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。
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