कई लोग शायद एक बार से अधिक आश्चर्यचकित हो गए कि प्रोसेसर, वीडियो कार्ड और मदरबोर्ड जो हम दुकानों में खरीदते हैं, डिज़ाइन किए गए और कहीं भी क्यों बनाए गए हैं, लेकिन रूस में नहीं? ऐसा क्यों है, क्या हम केवल तेल पंप कर सकते हैं?

माइक्रोकाइक्रिट का उत्पादन शुरू करने के लिए कितना खर्च होता है, और क्यों, 22nm कारखानों के साथ, दुनिया भर के अधिकांश माइक्रोक्रिचट अभी भी "अप्रचलित" 180nm-500nm उपकरणों का उपयोग करके बनाए गए हैं?

इन और कई अन्य सवालों के जवाब कट के तहत हैं।

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उत्पादन कैसे काम करता है और इसकी लागत कितनी है?

सिलिकॉन वेफर पर ट्रांजिस्टर फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करके तैयार किए जाते हैं, जो स्टेपर या स्कैनर नामक उपकरणों का उपयोग करते हैं। स्टेपर - पूरे फ्रेम (26x33 मिमी तक) को खींचता है, फिर एक नई स्थिति में चला जाता है। स्कैनर - एक साथ मुखौटा और प्लेट को इस तरह से आगे बढ़ाता है कि प्रत्येक क्षण में केवल एक संकीर्ण "लाइन" को फ्रेम के केंद्र में खींचा जाता है, इस प्रकार ऑप्टिकल सिस्टम के अपघटन का छवि पर कम प्रभाव पड़ता है।



स्टेपर / स्कैनर की मुख्य विशेषताएं प्रकाश की तरंग दैर्ध्य हैं, जिस पर वे काम करते हैं (i-लाइन पारा लैंप - 365nm, फिर एक्जिम लेज़र - 248nm और 193nm), और लेंस का एक संख्यात्मक एपर्चर । छोटी तरंग दैर्ध्य, और बड़ा एपर्चर - छोटे विवरण को लेंस द्वारा विवर्तन सीमा के अनुसार खींचा जा सकता है:



उदाहरण के लिए, 193 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ सबसे उन्नत स्कैनर ASML NXT 1950i और 1.35 का एक संख्यात्मक एपर्चर, और k1 = 0.4 (इन ट्रिक्स के बिना फोटोलिथोग्राफी के लिए सामान्य मूल्य) के लिए हम 57 एनएम का एक सैद्धांतिक संकल्प प्राप्त करते हैं। फेज़ मास्क, मल्टीपल एक्सपोज़र, ऑप्टिकल प्रॉक्सिमिटेशन करेक्शन, ऑफ-एक्सिस इल्यूमिनेशन , लाइट के ध्रुवीकरण जैसी ट्रिक्स को लागू करने से - 22nm तक के न्यूनतम तत्व मिलते हैं।

स्टेपर / स्कैनर के अन्य पैरामीटर उत्पादकता हैं (प्रति घंटे कितने प्लेट वे प्रक्रिया कर सकते हैं, 220 प्लेट तक), और संरेखण त्रुटि (टुकड़ों में कितने नैनोमीटर एक दिए गए स्थान के सापेक्ष प्लेट की स्थिति को याद करते हैं। आधुनिक स्कैनर पर, 3-5 एनएम तक)।

स्टेपर / स्केनर ठीक निर्दिष्ट स्थानों में इस तरह के एक मुखौटा की 4-5 बार कम की गई छवि (एक माइक्रोक्रिसिट पैटर्न के साथ एक ग्लास प्लेट, लगभग 15x15 सेमी) प्रिंट करते हैं।



एक तस्वीर (अलग-अलग मुखौटे के साथ) प्रिंट करने की प्रक्रिया को माइक्रोकैक्रिट (सभी ट्रांजिस्टर से शुरू होने वाली और धातु यौगिकों की 2-10 परतों के साथ समाप्त) पर सभी आवश्यक परतों के निर्माण के लिए ~ 10 (सबसे सरल और सबसे पुराने माइक्रोकिरेट्स के लिए) ~ 10 से दोहराया जाना चाहिए। फोटोलिथोग्राफ़िक संचालन के बीच, प्लेट विभिन्न प्रसंस्करण से गुजरती हैं - उन्हें ओवन में 1100 डिग्री तक गर्म किया जाता है, समाधान और प्लाज्मा में उकेरा जाता है। बाहर निकलने पर, प्लेट को व्यक्तिगत क्रिस्टल में काट दिया जाता है, परीक्षण किया जाता है और आवास में रखा जाता है।

प्रौद्योगिकी की "शीतलता" को खींचे जाने वाले न्यूनतम तत्व के आकार से मापा जाता है (ट्रांजिस्टर के व्यक्तिगत भागों, उदाहरण के लिए, एक गेट, इस आंकड़े से या तो छोटा या बड़ा हो सकता है - अर्थात, यह मान काफी मनमाना है)। यह स्पष्ट है कि ट्रांजिस्टर जितने छोटे होते हैं, उतनी ही तेजी से माइक्रोक्रिसिट काम करता है, और अधिक क्रिस्टल वेफर पर फिट होंगे (लेकिन हर जगह अधिकतम गति की आवश्यकता नहीं होती है)।

अब EUV लिथोग्राफी में 13.5nm और दर्पण प्रकाशिकी के तरंग दैर्ध्य के साथ धीमा और दर्दनाक संक्रमण शुरू होता है। EUV स्कैनर अभी भी 193nm की तुलना में अधिक महंगे और धीमे हैं, और केवल प्राप्त करने योग्य रिज़ॉल्यूशन में उन्हें पार करना शुरू कर रहे हैं।

आपके प्रोसेसर की लागत कितनी है?

संख्या मोटे तौर पर अनुमान है, वे एनडीए के बिना कहीं भी सटीक नहीं होंगे।

चिप डेवलपर के एक कार्यस्थल के लिए सॉफ्टवेयर लाइसेंस - 20'000 से 100'000 डॉलर प्रति वर्ष और उससे अधिक। आप, बेशक, चोरी कर सकते हैं, लेकिन हर कोई देख रहा है।

इसके बाद मास्क का निर्माण होता है। उनके पास एक भी क्षति नहीं होनी चाहिए, और उनका निर्माण बहुत महंगा है: 1000nm पर चिप्स के लिए एक सेट के लिए ~ 7'000 $, 180nm पर चिप्स के लिए ~ 100'000 $ और 32nm पर चिप्स के लिए ~ 5'000'000 $ तक । लेकिन सबसे अधिक संभावना चिप पहली बार काम नहीं करेगा - और त्रुटि को खोजने के बाद मुखौटा को फिर से बनाना होगा। मास्क के एक सेट पर कई ग्राहकों से टेस्ट चिप्स रखकर इस समस्या को आंशिक रूप से दूर किया जा सकता है - फिर सभी को मास्क के एक पूरे सेट की कीमत के 1 / 3–1 / 10 के लिए थोड़ा परीक्षण चिप्स मिलेगा (इसे शटल या एमपीडब्ल्यू - मल्टी प्रोजेक्ट वेफर कहा जाता है)।

प्रत्येक निर्मित प्लेट की लागत $ 1000-400 प्रति पुरानी तकनीकों के लिए 1000nm, ~ $ 1000 के लिए 180nm और सबसे आधुनिक लोगों के लिए $ 5000 तक है (नैनोमीटर के अलावा, प्रौद्योगिकी की जटिलता भी इसे प्रभावित करती है - सरल तर्क सस्ता है, फ्लैश मेमोरी अधिक महंगी है, लेकिन कई बार नहीं। )। प्लेटों के आकार के बारे में याद रखना भी महत्वपूर्ण है: सबसे आधुनिक पौधे अब 300 मिमी के व्यास के साथ प्लेटों के साथ काम करते हैं - वे क्षेत्र में 200 मिमी तक प्लेटों के रूप में लगभग दो बार बड़े होते हैं (जो अब रूस में मिक्रॉन, इंटीग्रल और फॉग्जी भविष्य में एंगस्ट्रॉम-टी पर उपयोग किए जाते हैं), और बाद में। लगभग 150 मिमी जितना पुराना। बड़े वफ़र के बाद से बड़े ऑर्डर पर कम लागत के माइक्रोकिरेट्स प्राप्त करना संभव हो जाता है व्यास की परवाह किए बिना 100 प्लेटों के निर्माण के लिए गतियों की संख्या लगभग समान है (यह आशावादी अनुमानों के अनुसार 2018 में 450 मिमी व्यास प्लेटों के लिए उन्नत उत्पादन के नियोजित संक्रमण के कारणों में से एक है)।

मान लें कि हम एक x86- संगत प्रोसेसर (या किसी अन्य अपेक्षाकृत जटिल चिप) को विकसित करना चाहते हैं, 28 या 32nm की अधिक या कम आधुनिक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध तकनीक का उपयोग करते हुए (हालांकि 22nm, अभी भी कोई वाणिज्यिक आदेश नहीं हैं - इसलिए प्रौद्योगिकियों का उपयोग कभी-कभी प्यार की तरह होता है: पैसे के लिए बिक्री के लिए नहीं है)। हम पेटेंट की लागत के मुद्दे को छोड़ देते हैं, यह आम तौर पर एक बहुत दुखद विषय है। मान लीजिए कि आपको विकास के लिए 200 पौराणिक व्यक्ति-वर्षों की आवश्यकता है (यह है अगर हम एक मामूली प्रोसेसर बनाते हैं जो पहले होने का दावा नहीं करता है)।

सॉफ्टवेयर लाइसेंस - $ 50k * 100 = $ 5 मिलियन (एक मोटा अनुमान, हर किसी को लाइसेंस की आवश्यकता नहीं है)।
डेवलपर्स का वेतन - मान लें कि 3k $ * 1.5 (कर) * 12 * 200 = $ 10.8 मिलियन है
एमपीडब्ल्यू में टेस्ट लॉन्च - $ 2 * 1.5 मिलियन
बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए मास्क का उत्पादन 2 * $ 5 मिलियन = $ 10 मिलियन (2 - क्योंकि आप कितनी भी कोशिश कर लें, यह पहली बार काम नहीं करेगा)

कुल - $ 28.8 मिलियन

यह वही था जिसे गैर-आवर्ती इंजीनियरिंग (एनआरई) कहा जाता है - एक बार की लागत जो उत्पादन की मात्रा और संपूर्ण घटना की सफलता पर निर्भर नहीं करती है।

यदि हमें 200 मिमी 2 के क्षेत्र के साथ एक प्रोसेसर मिला है, तो 300 मिमी लागत वाले $ 5000 के व्यास के साथ 32 एनएम प्रौद्योगिकी प्लेटें हैं, तो हमें प्लेट से 70690/200 = 350 क्रिस्टल मिलेंगे (शीर्ष अनुमान), जिनमें से 300 काम करेंगे, उदाहरण के लिए। पैकेजिंग के बाद क्रिस्टल की लागत $ 16.6, $ 20 है। अब ऐसे प्रोसेसर को कितना बेचा जा सकता है? 50 $? $ 100? कर घटाएँ और मार्जिन को स्टोर करें ...

और अब सवाल यह है कि हमारे एनआरई, ऋणों पर ब्याज, करों, आदि को पुनः प्राप्त करने के लिए आपको ऐसे प्रोसेसर को बेचने की कितनी आवश्यकता है? एक लाख? 5 मिलियन? और मुख्य प्रश्न यह है कि क्या कोई गारंटी है कि इन 5 मिलियन प्रोसेसर को बेचा जा सकता है, यह देखते हुए कि प्रतियोगियों को किसी भी तैयार उत्पाद की तुलना में 5 मिलियन अधिक लागत नहीं है?

यह एक ऐसा नारकीय व्यवसाय है - सबसे बड़ा पूंजीगत व्यय, बहुत बड़ा जोखिम और मध्यम लाभ।

चीन - समस्या को अपने तरीके से हल किया, उन्होंने सभी स्कूलों में अपने प्रोसेसर और लिनक्स के साथ कंप्यूटर लगाने का फैसला किया - और उत्पादन संस्करणों के साथ समस्या हल हो गई ( (1) (2) )।

इस प्रकार, चिप्स बनाते समय मुख्य प्रश्न यह नहीं है कि उत्पादन कैसे और कहां किया जाए, लेकिन परिणामी उत्पाद के लाखों टुकड़ों को कैसे विकसित और फिर बेचा जाए?

और एक संयंत्र बनाने में कितना खर्च होता है?

एक आधुनिक संयंत्र की लागत $ 5 बिलियन या उससे अधिक है । यह राशि प्राप्त की जाती है क्योंकि लाइसेंस की लागत और कुछ अन्य निश्चित लागत उत्पादन की मात्रा पर ज्यादा निर्भर नहीं करती हैं - और यह बड़े उत्पादन के लिए फायदेमंद है ताकि उत्पादन की एक बड़ी मात्रा में लागत "फैल" जाए। और प्रत्येक आधुनिक स्कैनर (जो वास्तव में इन 22-32 एनएम भागों को खींचता है) की लागत $ 60-100 मिलियन (एक बड़े कारखाने में एक दर्जन से अधिक हो सकती है)। सिद्धांत रूप में, 5 बिलियन - इतना पैसा देशव्यापी नहीं। लेकिन निश्चित रूप से, कोई भी निवेश पर वापसी के लिए एक स्पष्ट योजना के बिना 5 बिलियन खर्च नहीं करेगा। और वहां की स्थिति यह है - उद्योग की सभी जटिलता के बावजूद, केवल एकाधिकारवादी दृश्यमान मुनाफे (टीएसएमसी, इंटेल, सैमसंग और कुछ अन्य) के साथ काम करते हैं, बाकी मुश्किल से मिलते हैं।

यह सिर्फ मेरे सिर में फिट नहीं था - यह अरबों का निवेश कैसे हो सकता है, और बमुश्किल उन्हें वापस हरा दिया जाए? यह पता चला है कि सब कुछ सरल है - माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक दुनिया भर में सबसे गंभीर रूप से रियायती उद्योग है - कारखाने लगातार कर छूट, नरम ऋण और डंपिंग के लिए भीख मांगते हैं (चीन में वे और भी आगे जाते हैं - एसएमआईसी सार्वजनिक खर्च पर कारखानों का निर्माण करता है, और फिर उन्हें "प्रबंधित करें" - इसे रिवर्स कहा जाता है ) बिल्ड-ऑपरेट-ट्रांसफर )। प्रत्येक नई तकनीक (45nm, 32nm ...) के आगमन के बाद - पहली मोनोपोलिस्ट फैक्ट्रियों को रखने से इसमें मुख्य लाभ में कटौती होती है, और जो शुरुआत के मुकाबले 2-5-10 साल बाद आते हैं वे लगभग लागत पर काम करने के लिए मजबूर होते हैं। नतीजतन, यहां पैसा बनाना बेहद मुश्किल है (बिना एकाधिकार और बिना सब्सिडी के)।

ऐसा लगता है कि रूस में भी समझा गया है - और बड़े माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक कारखानों की परियोजनाओं को स्थगित कर दिया गया है, और वे छोटे उद्योगों का निर्माण कर रहे हैं - ताकि यदि आप पैसा खो देते हैं, तो खोने के लिए बहुत कम है। और यहां तक ​​कि एक महीने में 3,000 प्लेटें मिक्रॉन में उत्पादित होती हैं - यह मेट्रो और रक्षा टिकटों की खपत को कवर करती है (मेट्रो टिकट क्रिस्टल 0.6x0.6 मिमी आकार में है, 200 मिमी प्लेट पर 87'000 टिकट प्राप्त होते हैं - लेकिन टिकट के साथ एक दुखद कहानी मैं निम्नलिखित लेखों में से एक में मेट्रो को बताऊंगा)।

आम धारणा के विपरीत, रूस के लिए माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की बिक्री पर कोई विशेष प्रतिबंध नहीं हैं - संयुक्त राज्य अमेरिका में जैक्सन-वणिक संशोधन पर राष्ट्रपति की स्थगन प्रतिवर्ष लगाई जाती है, और आपको बस एक नियमित निर्यात परमिट प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। उपकरण निर्माता खुद को अधिक पैसा बनाने में दिलचस्पी रखते हैं, और अपने हिस्से के लिए वे परमिट जारी करने को लात मार रहे हैं। लेकिन स्वाभाविक रूप से, पैसे के बिना कोई भी कुछ भी नहीं करता है। तो आपके पैसे के लिए - किसी भी तरह।

लेकिन आपको यह याद रखना होगा कि आपका संयंत्र उत्पादन की पूर्ण स्वतंत्रता की गारंटी नहीं देता है, और विदेशों में उत्पादन की तुलना में सस्ता नहीं है: मुख्य लागत प्रौद्योगिकियों / लाइसेंस और खरीदे गए उपकरणों की लागत है - और यदि आपके पास अपनी तकनीक और उपकरण नहीं हैं और सब कुछ आयात करते हैं, तो यह सस्ता हो जाएगा। नहीं कर सकता। कई आपूर्ति को वैसे भी आयात करना होगा। एक अलग गले का बिंदु मास्क का उत्पादन है, केवल बहुत बड़े कारखानों में मास्क का अपना उत्पादन हो सकता है।

और खुशी के लिए कितने नैनोमीटर की आवश्यकता होती है?

यह कई लोगों को लगता है - यहाँ, इंटेल में 22nm है, और हमारे पास 90nm है - हम कितनी आसानी से पीछे हैं, ट्रैक्टर देते हैं ... लेकिन सिक्के का एक और पक्ष है: उदाहरण के लिए, एक ही मदरबोर्ड को देखें: सैकड़ों सेमीकंडक्टर डिवाइस हैं - MOSFETs, ड्राइवर। पॉवर माइक्रोक्रेसीप्स, हर छोटी-बड़ी ट्रिफ़ल - 1000nm तकनीक इन सभी के लिए पर्याप्त है। सभी औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स, और अंतरिक्ष और सेना के लिए माइक्रो-सर्किट - यह लगभग 180% तकनीक 180nm मोटा है। इस प्रकार, नवीनतम तकनीकों की आवश्यकता केवल केंद्रीय प्रोसेसर के लिए होती है (जो उच्च जोखिम और बाजार में प्रवेश के लिए एक उच्च सीमा के कारण करना बहुत मुश्किल / महंगा है), और विभिन्न "हत्यारे" (आईफ़ोन, आदि)। यदि अचानक युद्ध होता है और रूस अपना आयात खो देता है, तो "जैक-ओक" के बिना रहना संभव होगा, लेकिन औद्योगिक, अंतरिक्ष और सैन्य इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना, नहीं। यानी वास्तव में, हम देखते हैं कि, यदि संभव हो तो, देश के लिए महत्वपूर्ण चीजें रूस में की जाती हैं (या भविष्य के लिए खरीदी जाती हैं), और हम कुछ आयात कर सकते हैं जिसके बिना चुटकी में रहना संभव होगा।

अन्य कारक हैं - मास्क की समान लागत। अगर हमें एक साधारण माइक्रोक्रेसीट बनाने की आवश्यकता है, तो इसे बनाने के लिए $ 5 मिलियन के लिए एक 32nm मुखौटा बनाने के लिए, यह फायदेमंद हो सकता है अगर यह माइक्रोक्रिसिट फिर दसियों और सैकड़ों लाखों प्रतियों में उत्पन्न होता है। और अगर हमें केवल 100'000 माइक्रोक्रेसीट की आवश्यकता है - यह मास्क पर बचाने के लिए अधिक लाभदायक है, और "सबसे मोटी" तकनीक के अनुसार माइक्रोक्रिचट का उत्पादन करें। इसके अलावा, माइक्रोक्रिकिट पर संपर्क पैड होते हैं, जिनसे माइक्रोक्रिस्किट के पिन जुड़े होते हैं - उन्हें कहीं भी कम करने के लिए नहीं है, और इसलिए, यदि माइक्रोकिरिचुट क्षेत्र संपर्क पैड के क्षेत्र के बराबर है, तो अधिक परिष्कृत तकनीक का उपयोग करके माइक्रोकिरचिट बनाने का भी कोई मतलब नहीं है (जब तक कि "मोटे मानकों" से संतुष्ट न हों) गति और बिजली की खपत)।

नतीजतन, दुनिया में माइक्रोक्रिस्केट के विशाल बहुमत को "मोटी" प्रौद्योगिकियों (350-500 एनएम और अधिक मोटा) का उपयोग करके बनाया गया है, और रूसी कारखानों से निर्यात किए गए अरबों माइक्रोचिप्स (हालांकि ज्यादातर प्लेटों के रूप में) की मांग में काफी हैं और इसलिए (माँ में बेचा जाता है) सर्किट बोर्ड और सेल फोन में हमारे चिप्स और पावर ट्रांजिस्टर हैं - लेकिन विदेशी नामों के तहत)।

और अंत में, अमेरिकन एफ - 22 रैप्टर जब तक हाल ही में इंटेल 960mx प्रोसेसर पर उड़ान भरी, 1984 में विकसित हुई, तब यूएसए में उत्पादन 1000-1500nm के मानकों पर था - कोई भी विशेष रूप से गुलजार नहीं था कि अमेरिकी हवाई जहाज में बैकलिट इलेक्ट्रॉनिक्स डाल रहे थे (ठीक है, वे थोड़ी बहुत चर्चा कर रहे थे)। मुख्य बात नैनोमीटर नहीं है, लेकिन तकनीकी विशिष्टताओं के लिए अंतिम उत्पाद की अनुरूपता है।

सारांश

कल्पित बौने और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उत्पादन की बाजार अर्थव्यवस्था खराब संगत चीजें हैं। जितना अधिक आप खोदते हैं, उतना ही कम आप बाजार देखते हैं, अधिक सब्सिडी, कार्टेल षड्यंत्र, पेटेंट प्रतिबंध और "मुक्त बाजार" के अन्य खुशियाँ। इस उद्योग में व्यापार एक बड़ा सिरदर्द है, जिसमें भारी जोखिम है, केवल एकाधिकार के बीच अतिउत्पादन और लाभ का निरंतर संकट है।

यह आश्चर्य की बात नहीं है कि रूस में वे कम पैसे खोने के लिए, छोटे, लेकिन अपने स्वयं के उत्पादन की कोशिश करते हैं, ताकि स्वतंत्रता बनाए रखी जा सके। बाजार की स्थितियों पर कोई लाभ की बात नहीं कर सकता।

खैर, सभी माइक्रोक्रिस्केट्स को 22-32nm उत्पादन की आवश्यकता नहीं होती है, मास्क और उत्पादन संस्करणों की लागत के कारण पुराने 180-500nm उपकरणों पर उत्पादन करने के लिए माइक्रोक्रिस्केट के विशाल बहुमत अधिक लाभदायक होते हैं।

निम्नलिखित लेखों में मैं आपको अंतरिक्ष और सैन्य माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक की विशेषताओं के बारे में बताऊंगा, और रूस में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक की वर्तमान स्थिति के बारे में।