微电子生产的微妙之处

可能很多不止一次想过,为什么处理器,显卡和主板,我们在卖场选购 - 设计和制造在俄罗斯任何地方,但不是?为什么,真的,我们只能油泵?

多少钱启动生产芯片,为什么在22纳米工厂的存在,世界各地的大多数芯片仍是“过时”的180纳米,500纳米的设备?

如何生产微电子多少是值得的?

晶体管被吸引用设备所谓步进机或扫描仪通过光刻法在晶片上。步进 - 绘制一帧(最多26x33mm)完全,然后移动到一个新的位置。扫描器 - 同时和移动掩模板,使得在每个时刻只有一个窄的平局“行”中的帧的中心,光学系统的这样的像差较少受图像。主要特点步进机/扫描仪 - 光的波长,这是他们的工作(对于水银灯i线 - 为365nm,则受激准分子激光器 - 248nm的和193nm的),以及透镜的数值孔径。的波长越短,而较大的孔 - 小细节可以得出透镜按照与衍射极限:






例如,目前最先进的扫描仪1 ASML 1950i NXT具有193纳米的波长和1.35的数值孔径,以及K1 = 0.4(用于光刻正常值没有“技巧”)中,我们得到57nm的理论分辨率。施加花样像相掩模,多重曝光,光学邻近校正,离轴照明,光偏振 - 起床到22纳米最小元素。

其他选项步进机/扫描仪 - 性能(它们可以多少每小时板处理多达220板),并对准误差(多少纳米片射门相对于一个给定的位置上的板的定位在现代扫描器 - 至3-5nm)。<比Br / >
步进机/扫描仪打印减少此处的4-5倍的图像是一个掩模(一个玻璃板用图片芯片尺寸约15x15sm)在精确限定的位置。


印刷操作模式(具有不同的掩模)必须重复〜10(为最简单和旧芯片)到〜40倍,以形成在芯片上的所有层(从晶体管本身开始,用2-10层的金属化合物的结尾)。经过各种处理操作的光刻板之间 - 温暖他们在烤箱1100度,蚀刻溶液和等离子体。输出保持板切割成单个晶体,并放置在一个测试外壳。

“冷寂”技术措施的最小拉伸元件的尺寸(晶体管的部件,如快门 - 可以是小于或大于这个数字越大 - 即足够量的条件)。很显然,在更小的晶体管 - 越快芯片,更晶体将适合于所述板(但不总是需要的最大速度)

现在,开始缓慢而痛苦的过渡到EUV光刻用为13.5nm和反射镜光学波长。 EUV扫描仪,而更昂贵,比平常慢的193nm,并且刚刚开始超越他们达到的分辨率。

您的处理器是多少呢?

图 - 粗略估算,准确的说,无处没有NDA。

从2万到10万美元一年或更多 - 每个工作站开发芯片软件许可证。这当然是可能的,偷的,但背后的这一切在轨道附近。

下一步 - 制作面具。他们不应该有任何的伤害,他们的生产是非常昂贵:从〜$ 7'000每套为筹码,在1000nm的〜10万美元的芯片,在180纳米和高达〜$ 5'000'000的芯片32纳米。但是,从第一次的芯片可能会无法正常工作 - 并发现错误口罩必须重做后。部分这个问题可以通过将测试芯片的许多客户在同一组口罩来处理 - 那么每个人都会得到测试芯片一点点的1 / 3-1 / 10的价格整套口罩(这就是所谓的班车或MPW - 多项目晶圆)。

生产每块板为$ 100-400为〜1000美元的180nm和比较老的技术,在1000纳米到约5000美元的最先进的(除了纳米这里有技术的冲击和复杂 - 简单的逻辑更便宜的闪存比较昂贵,但有时)。这里同样重要的是要记住和约板的尺寸:最现代化的生产正与一个直径为300毫米板 - 它们是200mm晶圆约两倍的面积(其现在用于在俄罗斯在美光,积分,并且在昏暗的未来埃-T),和最后一个约两倍,更多的老150毫米。平板大尺寸可以让你获得更低成本的芯片大订单为手势板100的制造数量是大致相同的,不管直径(它的原因之一,据乐观估计,2018年的计划过渡到先进的制造450毫米晶圆)。

假设我们想开发一个或多或少现代技术的商用28 / 32nm的一个x86兼容处理器(或任何其他相对复杂的芯片)(22nm制虽然存在,但商业订单,直到地方 - 使接入技术,有时是作为爱:钱是不出售)。问题专利忽略的成本,这通常是一个很伤感的话题。假设你需要制定一个神话般的200人年(这是,如果我们做一个温和的处理器,并没有打算在首位)。

许可证软件 - 50K $ * 100 = 500万美元(粗略估计,并不是每个人都需要一个许可证)
。 薪水开发商 - 说3K $ * 1,5(税)* 12 * 200 = 1080万$
在MPW试运行 - 2 * 150万$
使口罩批量生产2 * 500万=千万美元$(2 - 因为无论你怎么努力 - 在第一时间会来)

总 - 28800000 $

这是所谓的非重复性工程(NRE) - 不依赖生产量和活动的成功对一次性费用。

如果处理器,我们已经把200平方毫米领域,制版技术的32nm 300mm直径价值$ 5000,那么我们将得到的板二百分之七万零六百九= 350晶体(上限),其中的工作会说300。也就是说,晶体的成本 - 16.6 20元korpusirovki之后。多少钱,现在可以这样的处理器出售? 50美元?百美元?扣除税收和标记的商店...

现在的问题 - 卖多少钱这样的处理器来弥补我们的NRE,贷款,税收利益,等等?百万? 500万?和主要的问题 - 是否有任何保证,这500万的处理器就可以卖,因为比赛没有任何费用产生500万以上有其成品

这是一个企业的这样一个地狱原来 - 巨大的资本支出,巨大的风险和合理的利润的最好的。

中国 - 解决了这个问题上他们自己的方式,他们决定把所有学校的电脑用的处理器和Linux - ,问题就解决了​​生产量((1)(2))。

因此,主要的问题创建的芯片时 - 这不是如何以及在哪里生产,以及如何发展,谁再卖数以百万计的最终产品的单位?多少的费用是建一个工厂?

现代化厂房的成本获取到5元左右十亿以上。获得这样的总和,因为许可证和其他固定成本的成本是不强烈依赖生产的体积 - 和有利的是具有大的生产成本“变淡”过大量的生产。和每一个现代的扫描仪(这实际上吸引这些细节22-32nm)耗资60-100mln(大型工厂可能有几十个)。原则上,5mlrd - 没有那么多钱在全国范围内。但当然,没有人会花5十亿没有了投资回报率的明确计划。而出现这样的情况 - 尽管这个行业的复杂性,只有具有明显的垄断利润(台积电,英特尔,三星和其他一些)工作,别人几乎入不敷出。

它只是不适合在我的脑海 - 它是如何投资数十亿美元,而且很难击败他们吗?原来,一切都很简单 - 全球微电子残酷补贴的产业 - 植物不断乞求免税和税收抵免和反倾销(在中国走得更远 - 中芯厂始建公费,接着就“管理” - 他们称之为反转BOT模式)。每一个新技术的出现后(45纳米,32纳米,...) - 第一工厂垄断者有她切的基本收入,和那些谁前来2-5-10年开始后 - 以成本几乎工作。其结果是,赚钱这里是非常困难的(不垄断,不补贴)。

这似乎已经意识到在俄罗斯 - 和大项目的微电子工厂已被推迟,并建立小规模生产 - 赔钱,如果你失去他们一点点。甚至3000元不等片,制作了美光 - 头覆盖的门票和防御地下(地铁票水晶消费量的大小0.6x0.6mm的,得到87'000票在地铁1 200mm晶圆 - 而是关于门票的心酸史地铁,我会在以后的文章中讨论)。

流行的看法相反,对所售设备在俄罗斯微电子特殊的限制是不是 - 杰克逊 - 瓦尼克修正案,美国总统每年暂停征收,只需要接受定期的出口许可证。萨米设备制造商有一个既得利益赚更多的钱,而踢自己为他们的部份许可证。但当然,没有钱没有人做任何事情。所以,你的钱 - 每一个心血来潮

但是,我们必须记住,你的工厂不保证生产的完全独立,和更便宜的国外生产:成本主要是技术/执照和购买设备的成本 - 如果他们的技术和设备也没有了,所有的进口 - 然后得到更便宜不能。很多用品在任何情况下都需要进口。单独的痛点 - 生产口罩,只有非常大的工厂可能有“他”的生产口罩

多少纳米的快乐所需要的?

很多人认为 - 即从英特尔和22纳米,90纳米,我们 - 我们是无可救药的落后,张贴拖拉机......但还有另一面硬币:看,例如在同一个主板:有数百个半导体器件 - MOSFET-S,司机,芯片供应任何支持的细节 - 几乎所有的人都缺乏技术和1000nm的。所有工业电子和航天和军用集成电路 - 为180nm技术和较厚的几乎100%。因此,仅针对的CPU(这使得因为高风险和高阈值,以市场上很困难/昂贵),和各种“zhopogreek”(的iPhone等)所需要的最新技术。如果发生战争,俄罗斯将失去进口 - 没有“zhopogreek”能活着,但没有工业,航空航天和军工电子 - 没有。即事实上,我们看到的东西都是为国家尽可能多地在俄罗斯进行的关键(或购买在商店),然后,没有这一点,将有可能生活在极端的情况下 - 进口

还有其他一些因素 - 掩模的成本相同。如果我们需要做一个简单的芯片,做一些为它生产的32纳米面膜价值500万美元 - 可能是有益的,如果该芯片然后产生成百上千数百万份的发行量。如果我们只是需要10万筹码 - 更有利可图,以节省口罩和生产芯片的“厚”的技术。此外,该芯片具有焊盘,它们被连接到芯片的端子 - 减少他们不通,因此,如果芯片区域相媲美的接触垫的面积 - 事做在薄芯片技术也没有意义(当然,除非“厚规范”符合要求速度和功率消耗)。

作为一个结果 - 芯片在世界上绝大多数是由“厚”技术(350-500nm和较厚),以及数十亿美元的芯片留下出口到俄罗斯工厂(虽然主要是在板的形式)来完成 - 相当多的需求和销售的(这样父卡和手机有我们的芯片和功率晶体管 - 但在国外的名字)

最后,美国的F-22猛禽,直到最近飞到处理器英特尔960mx,于1984年开发,生产于美国当时的标准1000-1500nm - 人很嗡嗡嗡什么美国人把在落后的机载电子设备(不过,还好,有点嗡嗡嗡)。主要事实不是纳米,和参考的最终产品条款的对应关系。

摘要

市场经济的精灵和微电子制造 - 弱相容的东西。越挖 - 越少,你可以看到市场上,更多的补贴,卡特尔,专利限制和其他乐趣“自由市场”。企业在这个行业 - 是一大头痛,生产过剩和利润只有垄断的巨大的风险永久性危机。

这并不奇怪,在俄罗斯正试图有一个小的,但它的生产保持独立性,输较少的钱。两者都不赶到市场状况不会说话。

嗯,不是所有的芯片都22-32nm生产,更有利可图的绝大多数生产,因为口罩和产量的成本较旧的180-500nm设备的芯片。

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