Многие точно неоднократно задавались вопросом, из-за чего процессоры, видеоплаты и материнские платы каковые мы покупаем в магазинах — созданы и сделаны где угодно, лишь не в Российской Федерации? Из-за чего так получается, неужто мы лишь нефть качать можем?какое количество стоит запуск производства микросхемы, и из-за чего при наличии 22нм фабрик, большинство микросхем в мире до сих пор делается на «устаревшем» 180нм-500нм оборудовании?
Смотрите кроме этого: China Commercial Times: Производство iPhone 5S стартует в декабре 2012

Спрос на iPhone 5 превысил ожидания и производственные возможности Apple, в следствии чего наметился недостаток. Хотя избежать повторения истории с флагманом будущего поколения, компания ускорила процедуру сертификации комплектующих для него и планирует уже в следующем месяце запустить пробное производство. Ожидается, что первая партия составит 50–100 тыс. устройств.

Это заявил информационный ресурс DigiTimes ссылаясь на китайскую газету Commercial Times.Данные стоит принимать со здоровой долей скептицизма, поскольку в прошлом источник уже неоднократно ошибался.

Ответы на эти и многие другие вопросы под катом.Как же трудится микроэлектронное производство и какое количество все это стоит?Транзисторы на кремниевой пластине рисуются посредством фотолитографии, посредством аппаратов именуемых степперами либо сканерами. Степпер — рисует кадр (до 26×33мм) полностью, после этого переходит на новую позицию.

Сканер — в один момент сдвигает пластину и маску так, дабы в любой момент рисовать лишь одну узкую «строчок» в центре кадра, так аберрации оптической совокупности меньше воздействуют на изображение. Главные характеристики степперов/сканеров — протяженность волны света, на которой они трудятся (на ртутных лампах i-line — 365nm, после этого на эксимерных лазерах — 248nm и 193nm), и численная апертура объектива.

Чем меньше протяженность волны, и чем больше апертура — тем меньшие подробности смогут быть нарисованы объективом в соответствии с дифракционным пределом: К примеру, для одного из самых идеальных сканеров ASML NXT 1950i с длиной волны 193нм и численной апертурой 1.35, и k1=0.4(простое значение для фотолитографии без «хитростей») приобретаем теоретическое разрешение 57нм. Используя хитрости наподобие фазовых масок, многократной экспозиции, оптической коррекции близости, off-axis illumination, поляризации света — приобретают минимальные элементы до 22нм.

Другие параметры степперов/сканеров — производительность (какое количество пластин в час они смогут обработать, до 220 пластин), и неточность совмещения (на какое количество нанометров в штуках промахивается позиционирование пластины довольно заданной позиции. На современных сканерах — до 3-5нм).Степперы/сканеры печатают уменьшенное в 4–5 раз изображение вот таковой маски (стеклянной пластинки с рисунком микросхемы, размер приблизительно 15×15см) в совершенно верно заданных местах.

Операцию печати рисунка (с различными масками) необходимо повторить от ~10 (для самых несложных и ветхих микросхем) до ~40 раз дабы организовать все необходимые слои на микросхеме (начиная от самих транзисторов, и заканчивая 2–10 слоями железных соединений). Между операциями фотолитографии пластины подвергаются разной обработке — их греют в печке до 1100 градусов, травят в плазме и растворах.

На выходе остаётся пластину разрезать на отдельные кристаллы, протестировать и поместить в корпус. «Крутость» разработки измеряют размером минимального рисуемого элемента (отдельные части транзистора, к примеру затвор — смогут быть как меньше так и больше данной цифры — т.е. это величина достаточно условная). Ясно что чем меньше транзисторы — тем стремительнее трудится микросхема, и больше кристаллов влезет на пластину (но не везде нужна большая скорость).на данный момент начинается медленный и мучительный переход на EUV-литографию, с длиной волны 13.5nm и зеркальной оптикой.

EUV сканеры до тех пор пока дороже и медленнее простых 193нм, и только-только начинают превосходить их по достижимому разрешению. какое количество стоит собственный процессор сделать?Цифры — неотёсанные оценки, правильных нигде не сообщат без NDA. Лицензия софта на одно рабочее место разработчика микросхем — от 20’000 до 100’000$ в год и выше. Возможно само собой разумеется и красть, но за этим все около следят.

Потом — изготовление масок. Они не должны иметь ни одного повреждения, и их изготовление обходится весьма дорого: от ~7’000$ за набор для микросхем на 1000нм, ~100’000$ для микросхем на 180нм и до ~5’000’000$ для микросхем на 32нм. А ведь микросхема с первого раза вероятнее не получит — и по окончании нахождения неточности маски нужно будет переделывать.

Частично с данной проблемой возможно бороться размещая тестовые микросхемы от многих клиентов на одном комплекте масок — тогда все возьмут по чуть–чуть тестовых микросхем за 1/3–1/10 цены полного комплекта масок (это именуют Shuttle либо MPW — multi project wafer).Любая произведённая пластина стоит от 100–400$ для ветхих разработок на 1000нм, ~1000$ на 180нм и до ~5000$ для самых современных (кроме нанометров тут влияет и сложность разработки — несложная логика дешевле, флеш память дороже, но не в разы). Тут кроме этого необходимо помнить и о размере пластин: самые современные производства на данный момент трудятся с пластинами диаметром 300мм — они по площади приблизительно в два раза больше пластин на 200мм (каковые на данный момент употребляются в Российской Федерации на Микроне, Интеграле и в туманном будущем на Ангстрем-Т), а последние приблизительно в два раза больше ещё более ветхих 150мм.

Пластины бОльшего размера разрешают приобретать микросхемы меньшей цене при громадных заказах т.к. количество телодвижений для того 100 чтобы приблизительно однообразное, независимо от диаметра (это одна из обстоятельств планируемого перехода передовых производств на пластины диаметром 450мм в 2018 году по оптимистичным оценкам).Допустим мы желаем создать x86-совместимый процессор (либо любую другую довольно сложную микросхему), по более-менее современной коммерчески дешёвой технологии 28/32нм (22нм хоть и существует, но коммерческие заказы пока не разместить — так что доступ к разработкам время от времени как любовь: за деньги не продается). Вопрос со ценой патентов опустим, это по большому счету весьма печальная тема.

Предположим, для разработки необходимо 200 мифических человеко-лет (это в случае если мы делаем скромный процессор, не претендующий на первое место). Лицензии на софт — 50k$*100 = 5 млн$ (неотёсанная оценка, не всем необходимы лицензии).Заработная плат разработчиков — допустим 3k$*1,5(налоги)*12*200 = 10.8 млн$Тестовые запуски в MPW — 2*1.5 млн$Изготовление масок для серийного производства 2*5млн$ = 10 млн$ (2 — по причине того, что как ни старайся — с первого раза не выйдет)Итого — 28.8 млн$Это было то, что именуется Non-recurring engineering (NRE) — единоразовые затраты, каковые не зависят от количества производства, и успеха всего мероприятия.

В случае если процессор у нас оказался площадью 200мм2, пластины по разработке 32нм диаметром 300мм стоят 5000$, то с пластины у нас окажется 70690/200 = 350 кристаллов (оценка сверху), из которых трудиться допустим будет 300. Т.е. себестоимость кристалла — 16.6$, 20$ по окончании корпусировки. За какое количество сейчас таковой процессор возможно будет реализовывать?

50$? 100$? Заберём налоги и наценку магазинов…И вот сейчас вопрос — какое количество же необходимо реализовать таких процессоров, дабы окупить отечественные NRE, проценты по кредитам, налоги и проч?

Миллион? 5 миллионов? А основной вопрос — имеется ли какие-то гарантии, что эти 5 миллионов процессоров удастся реализовать, учитывая что соперникам ничего не следует произвести на 5 миллионов больше их уже готового продукта?Вот таковой вот адский бизнес получается — огромные капитальные затраты, умеренная прибыль и огромные риски в лучшем случае.

Китай — решил проблему по собственному, они решили во все школы поставить компьютеры со собственными процессорами и Linux — и неприятность с количествами производства решена ((1) (2)). Так, основной вопрос при создании микросхем — это не как и где произвести, а как создать и кому позже реализовать миллионы штук оказавшейся продукции?А какое количество стоит завод выстроить?Цена современного завода подбирается к отметке 5 млрд$ и выше.

Такая сумма получается вследствие того что цена лицензий и некоторых вторых фиксированных затрат не во многом зависит от количеств производства — и выгодно иметь громадные производства, дабы затраты «размазывались» по бОльшему количеству продукции. А любой современный сканер (что фактически рисует эти 22–32нм подробности) стоит 60–100млн $ (на громадном заводе их возможно пара десятков). В принципе, 5млрд — не такие солидные деньги в масштабах страны.

Но конечно, никто не израсходует 5 млрд без чёткого замысла по возврату инвестиций. А обстановка в том месте такая — не обращая внимания на всю сложность индустрии, лишь монополисты трудятся с видимой прибылью (TSMC, Intel, Samsung и немногие другие), остальные еле сводят концы с концами. Это просто не укладывалось у меня в голове — как же так, вкладывать миллиарды, и чуть–чуть их отбивать?

Выяснилось, все легко — в мире микроэлектроника жесточайше дотируемая отрасль — фабрики всегда выклянчивают освобождение от налогов, льготные кредиты и демпингуют (в Китае пошли ещё дальше — SMIC фабрики сооружает за счёт бюджета страны, и позже ими «руководит» — это у них именуется Reverse Build-Operate-Transfer). По окончании появления каждой новой технологии (45нм, 32нм…) — первые фабрики-монополисты владеющие ей и рубят главную прибыль, а те, кто приходят на 2-5-10 лет позднее старта — вынуждены трудиться фактически по себестоимости.

В следствии денег тут получить очень сложно (без монополии и без дотаций).Это похоже осознали и в Российской Федерации — и проекты громадных микроэлектронных фабрик до тех пор пока отложили, и строят мелкие производства — дабы в случае если и терять деньги, то терять их мало. А кроме того 3000 пластин в месяц, создаваемых на Микроне — это с головой покрывает количества потребления билетов Метро и оборонки (кристалл билета метро имеет размеры 0.6×0.6мм, на одной 200мм пластине получается 87’000 билетов в метро — но о грустной истории с билетами метро я поведаю в одной из следующих статей).Не смотря на бытующую точку зрения, особенных ограничений на продажу оборудования для микроэлектроники в Россию нет — на поправку Джексона — Вэника в Соединенных Штатах каждый год накладывается президентский запрет, и необходимо лишь приобретать простое разрешение на экспорт.

Сами производители оборудования кровно заинтересованы получить побольше денег, и сами пинают со своей стороны выдачу разрешений. Но конечно, без денег никто ничего не делает.

Так что за ваши деньги — любой каприз.Но необходимо не забывать и о том, что собственный завод не гарантирует полной независимости производства, и не дешевле производства за границей: главную цена составляют разработке/лицензии и цена приобритаемого оборудования — а вдруг оборудования и своих технологий нет, и все импортировать — то и дешевле окажется не имеет возможности. Многие расходные материалы кроме этого в любом случае нужно будет импортировать.

Отдельный больной вопрос — производство масок, лишь весьма большие фабрики смогут иметь «собственное» производство масок.А какое количество нанометров необходимо для счастья?Многим думается — вот, у Intel–а 22нм, а у нас 90нм — как мы безнадежно отстали, подайте трактор… Но имеется и вторая сторона медали: посмотрите к примеру на ту же материнскую плату: в том месте много полупроводниковых устройств — MOSFET–ы, драйверы, микросхемы питания, любая запасной мелочь — практически для всех из них хватает и 1000нм технологии. Вся промышленная электроника, и микросхемы для военных и космоса — это фактически в 100% случаев разработки 180нм и толще.

Так, самые последние разработки необходимы только для центральных процессоров (каковые делать весьма сложно/дорого из–за высоких рисков и большого порога выхода на рынок), и разных «жопогреек» (айфонов и проч). В случае если внезапно произойдёт война, и Российская Федерация лишится импорта — без «жопогреек» прожить возможно будет, а вот без промышленной, космической и военной электроники — нет.

Т.е. по факту мы видим, что критичные для страны вещи по возможности делают в Российской Федерации (либо закупают впрок), в противном случае, без чего возможно будет прожить в крайнем случае — импортируем.Имеется и другие факторы — та же цена масок. В случае если нам необходимо сделать несложную микросхему, то делать для её изготовления по 32нм маски ценой 5 млн $ — возможно выгодно в случае если эту микросхему позже создавать тиражом в сотни и десятки миллионов копий.

А вдруг нам необходимо всего 100’000 микросхем — удачнее экономить на масках, и производить микросхему по самой «толстой» технологии. Также, на микросхеме имеется контактные площадки, к каким подсоединяются выводы микросхем — их уменьшать некуда, и следовательно, в случае если площадь микросхемы сравнима с площадью контактных площадок — то делать микросхему по более узкой технологии кроме этого ненужно (в случае если само собой разумеется «толстые нормы» удовлетворяют требованиям по энергопотреблению и скорости).В следствии — большинство микросхем в мире делается по «толстым» разработкам (350–500нм и толще), и миллиарды микросхем уходящие на экспорт с Русских фабрик (правда по большей части в виде пластин) — в полной мере себе пользуются спросом и продаются (так что в сотовых телефонах и материнских платах имеется силовые транзисторы и наши микросхемы — но под зарубежными именами).Ну и наконец, американский F–22 Raptor до недавнего времени летал на процессоре Intel 960mx, созданном в 1984–м году, производство в Соединенных Штатах тогда было по нормам 1000–1500nm — никто очень не жужжал о том, что американцы ставят в самолеты отсталую электронику (не смотря на то, что хорошо, мало жужжали).

Основное так как не нанометры, а соответствие конечного продукта техзаданию. РезюмеРыночная микроэлектронное производство и экономика эльфов — слабо совместимые вещи. Чем больше копаешься — тем меньше видно рынка, больше дотаций, картельных сговоров, прочих радостей и патентных ограничений «свободного рынка». Бизнес в данной отрасли — это одна громадная головная боль, с огромными рисками, прибылью и постоянными кризисами перепроизводства лишь у монополистов.

Не страно, что в Российской Федерации стараются иметь мелкое, но собственное производство, дабы сохраняя независимость, терять меньше денег. Ни о какой прибыли на рыночных условиях сказать не приходится. Ну и не для всех микросхем необходимо 22-32нм производство, большинство микросхем удачнее создавать на более ветхом 180-500нм оборудовании из-за объёмов производства и стоимости масок.В следующих статьях — поведаю об изюминках космической и военной микроэлектроники, и о текущем состоянии микроэлектроники в Российской Федерации.

Случайная статья:

• Обзор материнской платы asus rampage v extreme
• Арматурные наушники со сбалансированным якорем – отличия и особенности против других типов излучателей в наушниках

Микроэлектронное тату.flv

Похожие статьи:

• Что нам стоит скафандр построить? интервью с человеком, который делает космос не таким далеким

  Николай Моисеев за работой (источник фото – сайт FFD)на данный момент тема космических путешествий очень актуальна. О космосе говорят по ТВ, пишут в Сети…

• Летающий динамик с прошедшего ces: как работает aswy

  Чем оптимален CES? — Тем, что в том месте (наподобие как) определяется отечественное технологии и ближайшее будущее, каковые на него повлияют. Чем…

• Как поставить электронику на производство: разбор этапов и задач

  Мы продолжаем серию статей о разработке и производстве сложной современной электроники. Пришло время одной из самых увлекательных тем. Сейчас мы говорим…