語種
中文簡體 中文繁體 English
營業(yè)廳
網(wǎng)上營業(yè)廳 掌上營業(yè)廳
返回頂部
龍年說“龍芯” | 國產(chǎn)CPU“芯”紀(jì)元,且讓世界聽龍吟
2024-03-05 中國電信博物館微信公眾號
分享:
   

2023年11月,龍芯中科在發(fā)布會上公開了其第四代微架構(gòu)首款產(chǎn)品——龍芯3A6000處理器。經(jīng)過評測,該款處理器的總體性能已經(jīng)可以媲美目前主流的Intel 10代酷睿和AMD Zen2處理器。它的推出無疑為我國芯片設(shè)計制造領(lǐng)域注入了一針強心劑,表明我國桌面CPU自主研發(fā)設(shè)計踏上了新的臺階。

圖片來源:央視新聞

從二戰(zhàn)時的解密機器到送人上月球的飛船;從日常出行的交通工具再到我們閱讀這篇文章時所用的手機或電腦,我們在日常工作生活中至少會用到幾十甚至上百種芯片。而這一切,都得益于芯片技術(shù)的發(fā)展,更離不開芯片的設(shè)計和制造。

從無到有、從弱到強,龍芯的誕生和發(fā)展見證了中國在信息技術(shù)領(lǐng)域的崛起。龍芯3A6000的突破性能和創(chuàng)新技術(shù),極大增強了我國在國際競爭中的話語權(quán)和影響力,對我國信息安全和科技發(fā)展都具有重要意義。

那么,芯片到底是什么?它是如何制造出來的?龍芯又是怎么發(fā)展的呢?值此甲辰龍年歲首,讓我們走進(jìn)芯片的微觀世界,一起探尋“中國芯”的科技魅力吧!

01 小身材、大功能的芯片

芯片是半導(dǎo)體元件的總稱,又叫微電路、微芯片或集成電路,其本質(zhì)是半導(dǎo)體加集成電路,通常被制造在一塊半導(dǎo)體晶圓上。大部分芯片一般幾毫米到十幾毫米不等,雖然身材小巧但功能十分強大。日常生活中我們使用的許多電子設(shè)備的核心功能,靠的就是這枚小小的芯片。

芯片分為很多類型,比如CPU、GPU(圖形處理器)的處理器芯片,5G、Wi-Fi、藍(lán)牙的通信芯片,內(nèi)存、U盤里的存儲芯片,內(nèi)置陀螺儀的傳感芯片等。不同類型的芯片發(fā)揮著不同的功能,以手機為例,手機觸屏需要有觸控芯片,儲存信息需要有存儲芯片,實現(xiàn)通信功能要有基帶芯片、射頻芯片、藍(lán)牙芯片,想要拍出好看的照片就需要GPU芯片......

02 芯片為何難以制作?

雖然芯片只有指甲蓋大小,里面卻可以集成100多億個晶體管,復(fù)雜程度遠(yuǎn)超想象,其制作過程不亞于在方寸間建造一座城市。


芯片的微觀立體示意圖
(圖片來源:四川衛(wèi)視《了不起的分享》)

在芯片制作之前,首先要對芯片的電路圖和版圖進(jìn)行設(shè)計,也就是IC設(shè)計。這就像建房子前的圖紙規(guī)劃,根據(jù)功能需要來確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計以及遵守的法規(guī)等,設(shè)計好圖紙后再開始動工搭建。制作芯片也需要經(jīng)過類似步驟,才能確保制作過程不會出現(xiàn)差錯。


不同尺寸硅片的芯片分布
(圖片來源:Photography Stack Exchange)

在IC設(shè)計完成后,芯片就可以進(jìn)行制作了。首先需要經(jīng)過熔煉、切割等過程,得到芯片所需的晶圓,再經(jīng)過“光刻”“摻雜”等步驟,得到所需的晶體管并實現(xiàn)它們之間的互連,之后再次繼續(xù)新一層的光刻,再通過封裝、測試等步驟,芯片就制作完成了。越是先進(jìn)制程的芯片,層數(shù)越多。一個芯片可以包含幾十層構(gòu)架,就像層層交織的高速公路。


圖片來源:央視新聞

一般而言,芯片做得越小、包含的晶體管越多,芯片的制造技術(shù)就越先進(jìn)。從1958年全球第一塊現(xiàn)代集成電路誕生至今,芯片已經(jīng)突破7納米制程工藝,換句話說,芯片中晶體管之間的間距達(dá)到了7納米級別。一根頭發(fā)絲的直徑是60微米,而1微米等于1000納米,也就是說,芯片晶體管元器件間距離比一根頭發(fā)絲還要小上6萬倍!


1958年誕生的全球第一塊現(xiàn)代集成電路
(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

03 龍芯的突破之路

作為芯片的一種,電腦的核心組件CPU(Central Processing Unit,中央處理器)在電腦系統(tǒng)中扮演著類似人類大腦的角色。幾十年來,全球電腦CPU市場幾乎被英特爾和AMD瓜分。

直到20世紀(jì)90年代末,以夏培肅、金怡濂、周毓麟為代表的一批中國科學(xué)家認(rèn)為:“我國在芯片研發(fā)方面存在‘造不如買’的隱患,通用CPU是核心技術(shù),不可受制于人”,呼吁并討論自主研發(fā)國產(chǎn)CPU。

2001年,中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所所長李國杰組建課題組并開始了自主CPU “龍芯”的研發(fā)之路。

僅僅一年后,我國首款自主研發(fā)的通用CPU“龍芯1號”于2002年8月10日清晨誕生了。

“當(dāng)‘login:’的字樣如約而至地出現(xiàn)在用‘龍芯1號’作CPU的計算機屏幕上,隨著一陣歡呼從中國科學(xué)院計算所北樓105房間傳出,中國人結(jié)束了只能用歐美人的CPU造計算機的歷史……”這是該項目負(fù)責(zé)人胡偉武在日記中寫下的話。 “龍芯1號”的研制成功在我國計算機發(fā)展史上具有里程碑式的意義,是我國研制自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能通用CPU的典范之作。從此,中國的計算機終于擁有了自己的“中國芯”!

2005年4月,龍芯2號在北京人民大會堂召開發(fā)布會。

2007年7月,龍芯第一款產(chǎn)品芯片龍芯2F流片成功問世。

2009年9月, “龍芯3A”流片成功,這是我國首款四核CPU,是“中國芯”取得重要進(jìn)展的標(biāo)志。

經(jīng)過20年研發(fā)與生態(tài)建設(shè),龍架構(gòu)(LoongArch)在2020年發(fā)布。作為中國歷史上首個100%自研的芯片指令集,其從頂層架構(gòu)到指令功能和 ABI 標(biāo)準(zhǔn)等,全部無需國外授權(quán),具有較好的自主性、先進(jìn)性和兼容性,讓我國徹底擺脫了對國外廠商的依賴。

2021年,龍芯中科發(fā)布了一款跨時代產(chǎn)品——龍芯3A5000處理器,首次實現(xiàn)了從指令集、微構(gòu)架到芯片設(shè)計的完全自研,是一款根紅苗正的100%純國產(chǎn)處理器。

2023年8月,龍芯3A6000處理器研制成功,它的出現(xiàn)引發(fā)了網(wǎng)友們的驚嘆和熱議。作為我國自主CPU發(fā)展的重要里程碑,其突破性能和創(chuàng)新技術(shù)為我國的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了新的活力。


龍芯3A6000
(圖片來源:央視新聞)

盡管前路艱難,龍芯仍堅持“為人民做龍芯、為國家做龍芯”,通過大量堅實奮發(fā)的實際工作,自立自強摸索出了一條前人沒有走過的路。

科技自立自強是國家強盛之基、安全之要。二十余年,以龍芯為代表之一的眾多國產(chǎn)芯片,正在積極走向開放市場,努力建成自主掌控的信息技術(shù)體系,努力讓“中國芯”從國產(chǎn)替代走向國產(chǎn)突破。如今,國產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為中國科技領(lǐng)域的一股強大力量,帶動著相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和完善,促進(jìn)著中國經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型升級。

“待到中華騰飛日,且讓世界聽龍吟”,《龍芯誓詞》已逐漸從理想變成現(xiàn)實,在手機電腦中、在工廠車間內(nèi)、在高鐵飛機里、在北斗衛(wèi)星上......越來越多的中國“芯”正在閃耀跳動,發(fā)出屬于中國巨龍的聲音。

參考資料:

1、中國青年報:《夏培肅:為中國“芯”甘為人梯》,作者:中青報·中青網(wǎng)記者 溫維娜、實習(xí)生 何萍;

2、 市界 :《龍芯,中國CPU追趕美國20年》;

3、鈦媒體App:《新一代國產(chǎn)芯片龍芯3A6000發(fā)布,胡偉武:中國有望解決芯片“卡脖子”問題|硅基世界》,作者|林志佳;

4、企業(yè)家雜志公眾號:《為國做“芯”——訪龍芯中科技術(shù)股份有限公司董事長胡偉武》,作者:姚詠梅;

5、央視中國經(jīng)濟大講堂:《央視最強科普:什么是芯片?一顆芯片是怎么誕生的?》;

6、網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)急技術(shù)國家工程實驗室公眾號 :《一文看懂國產(chǎn)芯片現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》,作者:中國網(wǎng)安;

7、“中關(guān)村科學(xué)城”公眾號:《“且讓世界聽龍吟”,這是龍芯中科的“芯故事”與“芯思考”》;

8、 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教育基金會公眾號:《夏培肅:中國計算機事業(yè)的無名先驅(qū)》。

掃一掃在手機打開當(dāng)前頁