Wpis z mikrobloga

#pikabu #ruskapropaganda #rosja #wojna #elektronika

q000p
1 godzinę temu
Mikroelektronika w Rosji przed i po 24.02.2022
W świetle ostatnich wydarzeń (dla potomnych: google Rosja, Ukraina, 24 lutego 2022 r.), które doprowadziły do nałożenia sankcji na Rosję w zakresie wysokich technologii, a w szczególności mikroelektroniki, często słyszę pytanie: co dalej ? Jaki jest obecny stan rosyjskiej produkcji mikroelektronicznej? Czy Rosja będzie w stanie stworzyć całkowicie lokalną produkcję chipsów?
Muszę od razu powiedzieć, że ten artykuł nie udaje całościowej niezależnej analizy sytuacji, ale odzwierciedla mój osobisty punkt widzenia, oparty w dużej mierze nie na otwartych źródłach, ale na doświadczeniu: ponad 20 lat w branży, 15 lat za granicą, jak w R&D (IMEC) oraz w produkcji masowej (Global Foundries) plus 8 lat w Rosji (uruchomienie od podstaw zakładu produkcyjnego MEMS), komunikacja osobista, opinie innych specjalistów; ogólnie wszystko, na co niemożliwe lub bardzo trudne jest znalezienie dowodów. Dlatego nie będę przedstawiał dowodów – każdy ma swój punkt widzenia i prawo do jego wyrażania (przynajmniej na razie).
Opowiem tylko o technologiach produkcyjnych, ponieważ sam jestem byłym technologiem, nigdy nie miałem nic wspólnego z projektowaniem, a zwroty typu „licencjonowanie rdzeni procesora” są dla mnie mroczne i niezrozumiałe.
Zaznaczam też, że będę mówił tylko o produkcji CMOS, po pierwsze dlatego, że ten temat jest najbardziej interesujący dla konsumentów (jest to elektronika użytkowa - procesory, pamięci itp.), a po drugie pracowałem za granicą przy produkcji CMOS (aka CMOS ) i mam dobry pomysł od środka, po trzecie sam teraz pracuję w branży MEMS i nie będę o tym pisał, bo jestem zainteresowany.
Artykuł składa się z trzech części:
Analiza obecnych producentów
Refleksje na temat całkowicie lokalnej produkcji mikroelektroniki
Próba spojrzenia w przyszłość

Analiza obecnej sytuacji

Najpierw spójrzmy na obecnych producentów mikroelektroniki. Opowiem tylko o mniej lub bardziej nowoczesnych fabrykach zdolnych do produkcji mikroukładów zgodnie z technologią procesu 180 nm i poniżej. Aby było jasne, podam przykłady procesorów wyprodukowanych zgodnie z określoną technologią, dane pochodzą z Wikipedii, tam w artykule po prawej stronie znajduje się kolumna ze wszystkimi procesami technicznymi, możesz kliknąć i zobaczyć, co zostało wyprodukowane ten proces techniczny (i kiedy). Tak więc 180 nm to początek lat 2000, procesory takie jak Intel Celeron i PlayStation 2. Nie będziemy brać pod uwagę żadnych starych radzieckich fabryk (takich jak NZPP) pracujących na technologiach większych niż mikron (na przykład Intel 80286 został wykonany przy użyciu 1,5 technologia mikronowa).
Małe zastrzeżenie dotyczące wielkości talerzy. Nowoczesna produkcja działa na waflach krzemowych 200 mm (do 90 nm) lub 300 mm (65 nm i poniżej). Najbardziej zaawansowany sprzęt dla technologii poniżej 65 nm istnieje tylko w wariancie 300 mm. W związku z tym nie będzie działać tworzenie zaawansowanych technologii na płytach 200 mm. A sprzęt do wafli 300 mm jest znacznie (wielokrotnie) droższy niż sprzęt do wafli 200 mm.
Więc co mamy w tej chwili.

Mikron

Mikron to najbardziej dynamiczna produkcja mikroelektroniczna w Rosji. Pracują na waflach 200 mm, mają technologię 180 nm (w masowej produkcji), 90 nm (nie jestem pewien czy to bardzo masowa produkcja, ale mogę się mylić; 90 nm to Intel Celeron M/D, AMD Athlon 64 ), 65 nm (tu mam duże wątpliwości co do masowej produkcji; 65 nm to AMD Turion 64 X2, Microsoft Xbox 360 „Falcon”). Kiedyś brałem udział w próbach opracowania technologii 65 nm na waflach 200 mm (IMEC, Belgia), ale sprzęt nie ciągnął, więc technologię procesu 65 nm przeniesiono na sprzęt 300 mm.
Mikron produkuje w dużych ilościach, głównie chipy do kart bankowych, paszportów, biletów metra itp. W małych ilościach produkują to, za co zostali sankcjonowani. Od dawna podlegają sankcjom, więc już jakoś się nauczyli, jak sobie z tym radzić. Obroty to ponad 6 miliardów rubli, z czego około połowę zarabiają sami, reszta jest przekazywana przez państwo (np. w formie dotacji na podstawie dekretu 109 Ministerstwa Przemysłu i Handlu - Micron jest zawsze wśród odbiorców dotacji tam).

Angstrem-T

Nie myl tylko z Angstrem (bez T) - Angstrem to tylko stara radziecka produkcja, zrobili żetony do sowieckich kalkulatorów i gry "Tylko czekaj" - jeśli ktoś jest na tyle dorosły, żeby to zapamiętać, jest wilk złowione jaja spod kurczaków. Angstrem wciąż żyje i produkuje produkty (oczywiście nie do kalkulatorów).
Historia Angstrem-T rozpoczęła się w 2007 roku, kiedy to Global Foundries (wtedy była to jeszcze fabryka AMD – Fab36, Drezno) rozpoczęło przejście na wafle 300 mm i sprzedało cały sprzęt i technologie dla 200 mm Angstrem-T: 130 nm ( AMD Athlon level MP Thoroughbred) pełna dokumentacja procesu z gwarantowaną wydajnością i 90 nm - opracowana, ale jeszcze nie w masowej produkcji. W tamtym czasie była to całkiem nowa technologia. Ale wtedy coś poszło nie tak. Sprzęt utknął w magazynie w Rotterdamie, a kiedy przyjechałem do pracy w Global Foundries w 2011 roku, to było już w mieście dyskusja - jak sprzedali sprzęt rosyjskiej firmie, ale zamiast być używany, został gnije w magazynie od 4 lat. Gnił gdzieś indziej aż do 2014 roku, po czym mimo to dotarł do Rosji. W Zelenogradzie zbudowano zakład, prawie dokładną kopię Drezna, zbudowali nawet własną elektrownię, aby kupować gaz zamiast prądu i samodzielnie wytwarzać prąd, aby nie być uzależnionym od przerw w dostawie prądu. To samo zrobiono w Dreźnie, jednak Niemcom udało się sami wyłączyć prąd w zakładzie (w sam raz dla mnie) – ale to już inna historia.
Tak więc fabryka została zbudowana, sprzęt został dostarczony, ja tam byłem i doświadczyłem deja vu po Dreźnie - wszystko jest dokładnie takie samo, instalacje w tych samych miejscach, o tych samych kryptonimach.
To znaczy wszystko wyglądało tam mniej więcej normalnie, ale jest tam jakaś dziwna historia z przywództwem. Mam całą kolekcję wizytówek dyrektorów generalnych Angstrem-T tego samego projektu, tylko nazwy są inne - zmieniały się tam ciągle (wraz z całym zespołem). Kiedy rozmawiałem z jednym z zastępców, zapytał mnie, jak jest zorganizowana kontrola jakości, powiedziałem mu, zaczął się śmiać i powiedział, że nic nie rozumiem z kontroli jakości. Cóż, nasza kontrola jakości jest zorganizowana według tych samych zasad, według których robiłem chipy modemowe dla Qualcomma do piątego iPhone'a w Niemczech, Apple nie wydawało się narzekać na jakość. Więc wzruszyłem ramionami, ale się nie kłóciłem. Po raz kolejny rozmawiałem z wiceprezesem ds. sprzedaży ASML, był zainteresowany tym, jak radzi sobie Angstrem-T i powiedział, że skoro ich skanery były na stanie od 7 lat, uruchomienie ich będzie bardzo trudne i zaoferowano przekazanie starych skanerów do wymiany, a za dodatkową opłatą umieszczenie nowszych w Angstrem-T. Opowiedziałem tę rozmowę kierownictwu Angstrem-T i powiedziałem, że moim zdaniem jest to dobra opcja - uzyskają szybki wynik lepszej jakości, choć za dodatkowe pieniądze. Kierownictwo Angstrem-T powiedziało, że nic nie wie o tej propozycji. Dziwne, pomyślałem, taki lewicowiec jak ja wie, ale ci, którym to zaproponowano i dla których powinno to być ważne - nie.
Najważniejsze jest to, że od zakupu linii minęło 15 lat, a produkcja nadal nie działa. Czy to kiedykolwiek zadziała, nie wiem. Firma jest obecnie w stanie upadłości.

Nanoelektronika Crocus

Oryginalnym pomysłem Crocusa jest produkcja MRAM - pamięci magnetorezystywnej. Nie będę wdawał się w szczegóły, krótko mówiąc - otrzymujesz pamięć nieulotną (jak na dyskach flash), która działa z prędkością RAM (jak DRAM). Wiele osób ślini się z tego połączenia, więc wielu próbowało to zrobić (na pewno wiem o Sony i Infineonie). Problem okazał się taki, że teoretycznie wszystko jest piękne, ale w rzeczywistości nie wyszło zbyt dobrze, a dokładniej okazało się, że prędkość okazała się na poziomie zwykłej pamięci flash, a pamięć flash jest już tam jest, po co zawracać sobie głowę inną technologią, która już działa świetnie?
Ale zanim stało się jasne, Rusnano zdecydował się zainwestować w fabrykę 300 mm wykorzystującą technologię procesową 65 nm w Rosji. Można ironizować na temat Rosnano, ale w tej chwili jest to jedyna w Rosji fabryka wafli 300 mm z działającą technologią 65 nm. To prawda, jest niuans.
W pierwotnym modelu zakładano, że ogniwa MRAM będą produkowane na poziomach metalizacji (tzw. back end). Ponieważ same tranzystory (front end) można wykonać w dowolnej fabryce, jest to produkt łatwo dostępny, postanowiono nie wydawać pieniędzy na fabrykę pełnego cyklu, ale wybudować część fabryki, która będzie zawierała tylko wiedzę. jak do produkcji MRAM. Zaznaczam przy okazji, że sprzęt na front jest dużo droższy (jest go tam po prostu więcej, ale na tył w zasadzie nie trzeba dużo). Oryginalny model wyglądał więc tak:
Zbuduj półfabrykę (tylko back-end) za rozsądne pieniądze
Kup wafle C front-end za małe pieniądze na rynku światowym
Dodaj back-end MRAM
Sprzedaj za duże pieniądze na rynku światowym
ZYSK!

Gdyby technologia MRAM działała, byłoby to bardzo piękne rozwiązanie. Ale to nie zadziałało (i nie tylko z Krokusem), a Krokus zamienił się w rodzaj walizki bez uchwytu.
Z jednej strony nie jest to pełnoprawna fabryka, ponieważ nie robi tranzystorów (frontend) i nie ma sensu zamawiać frontendu w zagranicznej fabryce a potem dokończyć go w domu, łatwiej od razu zamów pełny cykl w zagranicznej fabryce. Jeśli odmówią ci pełnego cyklu, odmówią ci połowy cyklu.
Z drugiej strony jest to jedyny zakład produkcyjny w Rosji działający na waflach 300 mm w technologii procesowej 65 nm, z możliwością dalszej modernizacji do 45 nm i być może do 32 nm.
Oznacza to, że szkoda zabijać i nie jest jasne, co robić dalej. Zbudować do pełnej fabryki? Ale to ogromna inwestycja, a miejsca na pełną fabrykę nie ma fizycznie. Oznacza to, że musi zostać przeniesiony. A jeśli przeniesiesz - czy nie jest więc łatwiej budować od podstaw? (zwykle łatwiej). I zbankrutować - ręka nie podnosi się.
Roczny obrót Crocus wynosi około miliarda rubli, sami zarobili dziesięć procent (głównie jednorazowe zamówienia na składowanie materiałów magnetycznych dla klientów zagranicznych - nie ma rosyjskich, ponieważ w Rosji nie ma fabryk 300 mm).
W rezultacie po długich próbach Rosnano sprzedał Crocus jednej dużej państwowej korporacji. Zrobią tam komputery kwantowe. Nie pytaj mnie, co to znaczy.

Nowy zakład w Zelenogradzie

Niewiele o nim wiadomo. Wielkość wafla 300 mm, proces produkcyjny 65 nm - 45 nm (pierwsza generacja Intel Core i3, i5 oraz i7). Planowano go zbudować od dłuższego czasu, na przykład wiadomość (nieznana data), że mają powstać do 2014 roku. Firma Sitronics miała zamiar zbudować, ale nic zrozumiałego nie można wygooglować. Kilka lat temu rząd przysłał mi zadanie techniczne do zakładu do sprawdzenia, przeczytałem - było napisane poprawnie, wyraźnie napisane przez ludzi, którzy wiedzieli, co robią. Według plotek trwa budowa, z udziałem chińskich wykonawców (jak UMC - jednak to Tajwan). Nic więcej nie mogę powiedzieć. Co z tego wyniknie, również nie jest jasne.

Wynik

Na Micronie teoretycznie możliwe jest wyprodukowanie czegoś na poziomie Intel Celeron / AMD Athlon 64 (proces produkcyjny 90 nm, połowa 2000 roku). Aby przejść dalej, potrzebujesz uzwojenia 300 mm i nie jest on w pełni sprawny.

Czy można w pełni zlokalizować produkcję mikroelektroniki według nowoczesnego procesu technicznego?

Krótka odpowiedź: nie.
Odpowiedź bardziej szczegółowa: Żaden kraj na świecie nie będzie w stanie zlokalizować produkcji mikroelektroniki w procesie technicznym mniejszym niż 90 nm. Wciąż możliwe jest ustalenie czegoś w rodzaju technologii mikronowej (litografia kontaktowa, trawienie cieczą, operacje ręczne) na kolanie, ale będzie to poziom 8086/80286 lub ZX Spectrum.
Szczegółowa odpowiedź. Pomyślna produkcja mikroelektroniki wymaga następujących czynników:
Istnienie rynku sprzedaży
Dostępność sprzętu produkcyjnego
Dostępność kompetentnego personelu
Dostępność surowców, materiałów i materiałów eksploatacyjnych

Przyjrzyjmy się każdemu aspektowi bardziej szczegółowo.

Rynki zbytu

Wydawałoby się, jakie rynki zbytu - jeśli trzeba to zrobić, to trzeba, bez względu na koszty. Problem polega na tym, że sama fabryka półprzewodników to tylko wierzchołek góry lodowej. I bez względu na koszty, będziesz musiał ujrzeć całą górę lodową, a to dużo pieniędzy.
Wszyscy są przyzwyczajeni do tego, że chipy półprzewodnikowe są bardzo tanie. Dlaczego są tanie, pisałem w innym artykule. Wielu błędnie uważa, że wystarczy postawić fabrykę w Rosji, a dostaniemy te same tanie żetony, produkowane tylko w domu. Niestety tak nie jest. Fabryka półprzewodników pochłania ogromne ilości pieniędzy, niezależnie od tego, czy coś produkuje, czy nie. Oznacza to, że aby jeden chip był tani, trzeba tę ogromną sumę pieniędzy podzielić na ogromną liczbę żetonów (dziesiątki milionów na średniej wielkości roślinę). I trzeba je gdzieś sprzedać. Jeśli nie ma gdzie ich sprzedawać (rynek rosyjski nie jest taki duży), to zakład poniesie straty, które albo państwo musi pokryć dotacjami (wtedy chipsy będą tanie dla konsumenta), albo konsumenci same (wtedy żetony będą bardzo drogie). Tj,
Kolejną warstwą góry lodowej jest sprzęt. Zakład potrzebuje kilkunastu instalacji tego samego typu (np. litografia, akwaforta), a takich typów są dziesiątki (jeśli nie setki). Producent sprzętu jednego typu nie jest zainteresowany rynkiem dziesięciu sztuk – znowu albo sprzęt będzie dla zakładu złotem, albo producent sprzętu powinien być dotowany przez państwo. Albo powinno być dużo fabryk, wtedy producent sprzętu ma rynek zbytu i jego produkty stają się tańsze. Ale nie potrzebujemy wielu fabryk - nie wiemy, co zrobić z żetonami z jedną. Oznacza to, że jeśli chcesz zrobić stosunkowo niedrogi sprzęt (stosunkowo niedrogi - oznacza to, że na przykład instalacja fotolitografii kosztuje mniej więcej tyle samo, co Boeing), musisz go sprzedawać na całym świecie.
Kolejna warstwa góry lodowej to elementy wyposażenia – elektronika, pompy, roboty itp. Tutaj ta sama historia - za dziesiątki/setki urządzeń wiele pomp nie jest potrzebnych i znowu napotykamy albo wysokie koszty, albo potrzebę sprzedaży na rynku światowym.
I ta sama historia będzie dotyczyła wszystkiego innego: płytek krzemowych, chemikaliów, systemów uzdatniania wody. Wszystko, co będzie unikalne dla naszej produkcji, będzie szalenie drogie, ponieważ nie sprzedamy tego nikomu innemu (no, albo handlujemy z całym światem).
Jeszcze jedna chwila. Jedna fabryka nie może wyprodukować całego asortymentu mikroelektroniki. To znaczy procesory i pamięć RAM i pamięć flash, mikrokontrolery i modemy radiowe itp. itp. nie ściskaj w jednej roślinie. Produkcja pamięci RAM to generalnie odrębna gałąź mikroelektroniki z osobnymi fabrykami, procesami technicznymi i odtwarzaczami. Kiedyś Niemcy próbowali zagrać w tę grę, Infineon wydzielił firmę Qimonda, która miała zajmować się produkcją pamięci RAM. Nie wypracował. Koszt układu pamięci wyprodukowanego przez Qimondę był równy kosztowi układu pamięci Samsunga na ladzie w sklepie. Qimonda zbankrutowała.
Oznacza to, że aby mieć w pełni zlokalizowaną produkcję, musisz mieć kilka fabryk. I gdzieś sprzedać produkty tych fabryk. Lub utrzymuj te rośliny pracujące przy minimalnym obciążeniu. W uczciwy sposób zauważam, że wiele fabryk stworzy przynajmniej pewien popyt na sprzęt i surowce.
Oszacujmy z grubsza, ile to kosztuje. Na przykład Intel buduje nową fabrykę w Niemczech za 17 miliardów dolarów. Potrzebujemy kilku fabryk, powiedzmy, że będzie to 50-60 miliardów dolarów.Dla porównania są to wydatki na obronę w Rosji w 2020 roku. Myślę, że cały ekosystem będzie kosztował co najmniej rząd wielkości więcej, czyli 500-600 dolarów miliardów, to już jedna trzecia PKB Rosji. Ale taki ekosystem może kosztować więcej niż rząd wielkości.
W rezultacie stworzenie i utrzymanie w pełni zlokalizowanej produkcji jest BARDZO kosztowne.

Sprzęt produkcyjny

Powiedzmy, że znaleźliśmy gdzieś kwadruple pieniędzy i stać nas na wszystko. Pierwszą rzeczą, której potrzebujesz, jest sprzęt. Zaznaczam, że w tej chwili nie ma na świecie ani jednego kraju, który wyprodukowałby cały sprzęt niezbędny do produkcji mikroelektroniki w technologiach 45 nm i niższych. Nawet Stany Zjednoczone, które produkują lwią część sprzętu półprzewodnikowego, nie produkują maszyn fotolitograficznych. Są produkowane przez Holandię (ASML) lub Japonię (Nikon, Canon). Applied Materials (USA), jeden z największych (może nawet największych) producentów sprzętu, zwykle chwali się, że może dostarczyć kompletną linię sprzętu tylko ze swoich maszyn, ale zawsze dodaje: z wyjątkiem fotolitografii.
Wykonanie urządzeń do nowoczesnej produkcji półprzewodników jest bardzo trudne i nie da się zrobić tego samemu od podstaw. Są tu dwa punkty.
Po pierwsze, współcześni producenci sprzętu przeszli długą drogę przez dziesięciolecia, ulepszając i ulepszając swój sprzęt. Na przykład holenderski producent sprzętu fotolitograficznego ASML poświęcił około 15 lat na udoskonalenie instalacji EUV. Pierwszy prototyp został dostarczony do IMEC (gdzie wtedy pracowałem) na początku 2000 roku i wszedł na rynek kilka lat temu (jeszcze nie wiem, ile czasu zajęło im wykonanie pierwszego prototypu). Dzieje się tak pomimo faktu, że ASML ma ogromne doświadczenie w rozwoju i produkcji maszyn fotolitograficznych, a ich budżet na badania i rozwój wynosi około miliarda euro rocznie (myślę, że lwia część tego budżetu poszła i trafia do EUV).
Po drugie, nowoczesny sprzęt to tak naprawdę konstruktor Lego, w którym 90% klocków to standardowe (roboty, pompy próżniowe, regulatory przepływu gazu itp. itp.), a 10% to know-how firmy, dla której i spędzaj większość czasu i pieniędzy na rozwoju. O ile mi wiadomo, elementy wyposażenia półprzewodnikowego o wymaganej jakości nie są produkowane w Rosji.
Możesz oczywiście spróbować zrobić wszystko samemu - ale to tylko jeden z powodów, dla których nasza firma macierzysta Mapper Lithography zbankrutowała: próbowali robić wszystko sami: zasilacze, generatory RF, pisać własne oprogramowanie itp. W efekcie maszyna pracowała godzinę, potem się zepsuła i była naprawiana przez tydzień.
Trzeba też pamiętać, że oprócz urządzeń produkcyjnych potrzebne są urządzenia pomocnicze: systemy uzdatniania wody (a nie jest to filtr do włożenia w kuchni), kompresory sprężonego powietrza, generatory azotu itp. itp. To wszystko też trzeba gdzieś zabrać, teraz cały ten sprzęt jest importowany.
Wniosek: możesz spróbować coś zrobić, jeśli masz dostęp do wysokiej jakości standardowych komponentów, jeśli również sam wykonujesz komponenty, to moim zdaniem jest to niemożliwe. Plus, co napisałem w dziale o rynkach zbytu, nawet jeśli robisz sprzęt, to komu sprzedać, do jednego zakładu? Ale chociaż możesz spróbować sprzedać do Chin - jest tam wiele fabryk.

Kompetentny personel

Wydaje się, że to najmniejszy z problemów, ale jest niuans. Zasadniczo rosyjskie uniwersytety kończą wystarczającą liczbę specjalistów, którzy po kilku latach szkolenia są w stanie pracować w nowoczesnej produkcji. Potwierdza to zarówno doświadczenie naszej firmy, jak i fakt, że w zagranicznych branżach półprzewodnikowych pracuje wielu specjalistów pochodzenia rosyjskiego (ja sam tam pracowałem i znam wielu Rosjan, którzy pracują).
A teraz o niuansach: po pierwsze trzeba szkolić specjalistów, źle się wypadają rodzimi specjaliści, zwłaszcza w dziedzinie kultury produkcji i zarządzania jakością. Z mojego doświadczenia wynika, że jakość przyprawia rosyjskie firmy o ból głowy. Każdy może nitować analogi w jednym egzemplarzu, ale niewiele osób może dostarczyć produkty o trwałej jakości. Jeśli istnieje kierownictwo / wiodący inżynierowie z doświadczeniem zagranicznym, ustanowienie zarządzania jakością nie jest trudne, ale w przypadku firm czysto rosyjskich nie
  • 10
@nocny-mirek: Właśnie skończyłem czytać ;)
@Voww: Generalnie zrobienie u siebie od zera przemysłu mikroprocesorowego jest niewyobrażalnie kosztowne, ale nawet jakby Rosja miała nieograniczone fundusze to nadal w zasadzie nie da się tego zrealizować, ze względu na potrzebne R&D, surowce, specjalistów i zbyt mały rynek zbytu żeby miało to jakikolwiek sens.
@ciasteczkowy_otwur: ja się na tym nie znam, ale cytując przytoczony artykuł:

Żaden kraj na świecie nie będzie w stanie zlokalizować produkcji mikroelektroniki w procesie technicznym mniejszym niż 90 nm. Wciąż możliwe jest ustalenie czegoś w rodzaju technologii mikronowej (litografia kontaktowa, trawienie cieczą, operacje ręczne) na kolanie, ale będzie to poziom 8086/80286 lub ZX Spectrum.


Więc tak, starsze generacje są możliwe, głównie dlatego że proces technologiczny jest inny.