散英魂寄千萬雄鷹翱翔神州，

盡智魄載十億慧芯呼喚華夏。

——《國務院給予江上舟同志挽聯(lián)》

01

前沿導讀

中國核彈科學家、原中國工程物理研究院研究員魏世杰在訪談中表示，造芯片要比造原子彈難很多，原子彈現(xiàn)在看起來，難度不是很大，美國的一個大學生，就能造個原子彈出來。根據(jù)現(xiàn)有的公開資料為基礎，通過這些公開的資料，就可以造原子彈。

02

核武器與芯片

魏研究員在訪談中還指出，原子彈和芯片完全屬于兩個難度的技術領域。

原子彈的基礎是核物理，其關鍵就是要掌握核裂變的原理，即重原子核（如鈾 - 235或钚 - 239）吸收一個中子后，會分裂成兩個或多個較輕的原子核，同時釋放出巨大的能量、幾個中子以及γ射線。

這個過程涉及到復雜的量子力學計算，要精確地計算出裂變發(fā)生的概率、中子的產(chǎn)生和傳播規(guī)律等。像費米、奧本海默等科學家在原子彈研發(fā)初期，花費了大量時間在理論推導上，構建數(shù)學模型來預測裂變反應的鏈式反應能否持續(xù)進行。

核武器的發(fā)展，在論證階段困難度最高，需要用到各種相關的物理化學知識來佐證核武器的可行性，在通過氣體擴散法、離心分離法等將天然鈾中鈾 - 235的豐度從0.72%提高到武器級的90%以上，這一過程雖然技術難度較大，但是技術點相對集中。

而芯片不但技術難度大，而且技術點分散的特別多，每一個技術節(jié)點都需要相應的技術創(chuàng)新。以CPU舉例，CPU涉及到指令集架構的設計、還要考慮與存儲器之間進行數(shù)據(jù)交換的傳輸效率。

并且對于不同的產(chǎn)品，指令集架構需要重新進行研發(fā)。例如，電腦端的x86架構和移動端的ARM架構，這兩種不同的指令集架構，它們在設計上各有特點。

x86架構在處理復雜計算任務時有優(yōu)勢，但功耗相對較高；ARM架構則以低功耗、高能效比著稱，適用于移動設備等對功耗敏感的場景。

核武器的流程是先進行體系的論證，只要理論體系可以跑的通，剩下就是進行材料上面的研發(fā)。

但是芯片的邏輯電路，需要使用硬件語言（如Verilog或VHDL）來描述電路的功能，然后通過電子設計自動化（EDA）工具進行仿真和驗證。

例如，在設計一個高速緩存（Cache）電路時，要考慮到數(shù)據(jù)的存儲方式、訪問速度、命中率等多個因素。緩存的組織結構（如直接映射、全相聯(lián)、組相聯(lián)等）會影響其性能，設計人員需要通過大量的仿真和優(yōu)化來確定最佳的緩存設計方案，以提高芯片的整體性能。

在制造上面，雖然原子彈的制造環(huán)節(jié)多，但是產(chǎn)業(yè)模式簡單，主要依賴于本國的科研力量以及材料資源。芯片產(chǎn)業(yè)極其依靠全球的產(chǎn)業(yè)鏈分工，而且需要上下游供應鏈進行協(xié)同發(fā)展。

芯片的基材是高純度的硅片，而且純度要達到99.9999%以上，任何細小的雜質(zhì)，都會直接影響到芯片的性能與可靠性。

拿鐵元素舉例，微量的鐵雜質(zhì)會在硅中形成復合中心，降低少數(shù)載流子的壽命，影響晶體管的開關速度。而且除了硅材料，芯片制造還需要各種特殊的材料，如光刻膠、掩模版材料等，這些材料的性能和質(zhì)量也直接影響芯片制造的成功率。

芯片的制造還需要依靠光刻機、刻蝕機、離子注入機、化學氣相沉積等設備，這些設備是無法依靠單一國家的力量制造而成。

光刻機經(jīng)過曝光工藝之后，需要在晶圓上面涂抹光刻膠，然后經(jīng)過刻蝕機的處理，將多余的光刻膠去除。

一旦在設備與材料上面出現(xiàn)偏差，比如光刻膠和清洗液的材料不匹配，那么會導致兩種材料無法直接進行有效的化學反應，已曝光的晶圓會直接報廢。

03

成本與市場因素

除此之外，芯片產(chǎn)業(yè)還需要考慮市場因素，必須要有盈利的能力，才能繼續(xù)下一步的研發(fā)。

而原子彈等核武器的研發(fā)是從0到1的過程，只要成功研發(fā)了出來，就不需要像芯片那樣持續(xù)進行迭代和技術創(chuàng)新。只要能夠制造出具有威懾力的原子彈武器，就能在戰(zhàn)略上產(chǎn)生重大影響，提升國家在國際上面的軍事力量與話語權。

芯片產(chǎn)業(yè)需要不斷的進行技術創(chuàng)新，提升產(chǎn)品性能，以此來匹配使用體驗更好的消費級電子產(chǎn)品。

根據(jù)摩爾定律的影響，每經(jīng)過18個月或者更短的時間，芯片內(nèi)部的晶體管堆疊數(shù)量翻倍，芯片的性能翻倍，功耗降低，上一代的芯片在制造成本上面會大幅度下降。

這就意味著相關企業(yè)需要不斷的打磨技術工藝，從7nm到5nm、3nm，在下探到技術瓶頸之后，就需要在晶體管的技術上面動手。將曾經(jīng)的fin FET晶體管技術更換成GAA晶體管，以此來實現(xiàn)更好的電流控制。

芯片產(chǎn)業(yè)是需要不斷在底層技術、制造技術、制造材料等領域持續(xù)發(fā)展的，產(chǎn)業(yè)鏈分工繁雜，而且主流的制造設備掌握在少數(shù)國家企業(yè)的手里。

原子彈的產(chǎn)業(yè)鏈相對獨立，依靠美國和蘇聯(lián)的理論基礎，再加上國內(nèi)的資源開采與材料儲備，完全可以在幾年的時間內(nèi)攻克原子彈等核武器技術。

芯片技術雖然發(fā)展了幾十年，但是這幾十年當中的變數(shù)太多，尤其是在全球的高端芯片領域，目前仍然是少數(shù)企業(yè)和國家所持有的技術。

芯片的設計制造，涉及多個領域，任何一個環(huán)節(jié)的缺失，都會對相關產(chǎn)業(yè)造成嚴重的阻礙。美國曾經(jīng)在制造上面卡中國脖子，后來又在EDA設計軟件上面對中國進行封鎖，EDA軟件市場被美國的三大巨頭——Synopsys、Cadence、Mentor牢牢掌控，占據(jù)90%的份額。

一旦美國限制出口，中國芯片企業(yè)將面臨無從下手的困境，這也極大拖慢了中國企業(yè)在芯片產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展。

相對于原子彈這種可以不計成本的技術研發(fā)，芯片產(chǎn)業(yè)需要重點考慮成本和市場因素。

原子彈的目的是國家的戰(zhàn)略威懾，價值在于維護國家的安全與戰(zhàn)略平衡，是國家軍事技術的命脈，不能去考慮成本方面的問題。

而芯片的設計和制造，需要考慮成本與投入產(chǎn)出方面的規(guī)模。技術研發(fā)、設備采購、材料采購等方面投入大量資金，同時要確保產(chǎn)品能夠以合理的價格進入市場并獲得利潤。

例如，如果中國舉國之力花費1000億美元制造出一個2nm的芯片，但市場不接受，芯片無法通過消費市場進行盈利，那么之前的這些資金投入將無法收回，下一步的技術研發(fā)也無法繼續(xù)下去。

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