Компания
286,96
рейтинг
22 ноября 2010 в 19:30

Разное → Трудности производства процессоров

   Недавно в московском Политехническом музее стенд вычислительной техники серьезно обновился — компания Intel разместила там свой стенд, который получил название "От песка до процессора". Отныне этот стенд станет неотъемлемой частью школьных экскурсий, но даже взрослым я советую не откладывать посещение заведения на срок более пяти лет – к 2016 году компания Intel планирует серьёзно «проапгрейдить» музей, чтобы он смог войти в десятку лучших музеев науки в мире!

image

   К этому событию был приурочен одноименный цикл лекций из трех частей. Две лекции уже прошло — их содержание вы сможете найти под катом. Ну а если вас все это заинтересует, то еще успеете посетить третюю лекцию, информация о которой находится в конце поста.

   Мне не стыдно признаться – большая часть данного текста действительно является конспектом первой лекции, которую провел Николай Суетин, директор по внешним проектам в сфере исследований и разработок Intel в России. По большей части, речь шла про современные полупроводниковые технологии и проблемы, которые перед ними стоят.

Предлагаю приступить к чтению интересного, и начнем мы с самых основ.

Процессор


imageТехнически современный микропроцессор выполнен в виде одной сверхбольшой интегральной схемы, состоящей из нескольких миллиардов элементов — это одна из самых сложных конструкций, созданных человеком. Ключевыми элементами любого микропроцессора являются дискретные переключатели – транзисторы. Блокируя и пропуская электрический ток (включение-выключение), они дают возможность логическим схемам компьютера работать в двух состояниях, то есть в двоичной системе. Размеры транзисторов измеряются в нанометрах. Один нанометр (нм) – это одна миллиардная (10−9) часть метра.
   На срезе одного человеческого волоса можно разместить более 2000 транзисторных затворов, выполненных по 45-нм производственной технологии. Если говорить о нанотехнологиях более предметно, то в 2008 году более 227 миллиардов долларов выпущенных полупроводниковых чипов составили почти весь «нано»-рынок, в то время как магнитные диски, оптоэлектроника и т.д. до сих пор составляет не более 15%.
   Основную часть работы при создании процессоров делают вовсе не люди, а роботизированные механизмы – именно они туда-сюда таскают кремниевые пластины. Цикл производства каждой пластины может доходить до 2-3 месяцев.

image

Более подробно (и наглядно) про технологию производства процессоров я еще расскажу, ну а пока совсем вкратце.

   Пластины действительно делаются из песка – по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Путем химических реакций оксид кремния (SiO2) тщательно очищают, делая из «грязного» чистый. Для микроэлектроники нужен монокристалличский кремний – его получают из расплава. Все начинается с небольшого кристалла (который и опускают в расплав) – позже он превращается в специальный монокристаллический «буль» ростом с человека. Далее убираются основные дефекты и специальными нитями (с алмазным порошком) буль нарезается на диски – каждый диск тщательно обрабатывается до абсолютно ровной и гладкой (на атомарном уровне) поверхности. Толщина каждой пластины около 1мм – исключительно для того, чтобы она не ломалась и не прогибалась, то есть, чтобы с ней было можно комфортно работать.

   Диаметр каждой пластины составляет ровно 300мм – чуть позже на этой площади «вырастут» сотни, а то и тысячи процессоров. К слову, компании Intel, Samsung, Toshiba и TSMC уже сообщили о том, что занимаются разработкой оборудования, способного работать с 450мм-пластинами (на большей площади поместится больше процессоров, а значит и цена каждого будет ниже) – переход на них планируется уже к 2012 году.

Вот изображение поперечного сечения процессора:

image

   Сверху находится защитная металлическая крышка, которая помимо защитной функции, так же выполняет роль теплораспределителя – именно ее мы обильно мажем термопастой, когда устанавливаем кулер. Под теплораспределителем находится тот самый кусочек кремния, который выполняет все пользовательские задачи. Еще ниже – специальная подложка, которая нужна для разводки контактов (и увеличения площади «ножек»), чтобы процессор можно было установить в сокет материнской платы.

   Сам чип состоит из кремния, на котором находится до 9 слоев металлизации (из меди) – именно столько уровней нужно, чтобы по определенному закону можно было соединить транзисторы, находящиеся на поверхности кремния (так как сделать все это на одном уровне просто невозможно). По сути, эти слои выполняют роль соединительных проводов, только в гораздо меньшем масштабе; чтобы «провода» не закорачивали друг друга, их разделяют слоем оксида (с низкой диэлектрической проницаемостью).

image

   Как я уже писал выше, элементарной ячейкой процессора является полевой транзистор. Первые полупроводниковые изделия были из германия и первые транзисторы изготавливались из него же. Но как только начали делать полевые транзисторы (под затвором которого находится специальный изолирующий слой — тонкая диэлектрическая пленка, управляющая «включением» и «выключением» транзистора), германий тут же «вымер», уступив дорогу кремнию. Последние 40 лет в качестве основного материала для диэлектрика затвора использовался диоксид кремния (SiO2), что было обусловлено его технологичностью и возможностью систематического улучшения характеристик транзисторов по мере уменьшения их размеров.

   Правило масштабирования простое – уменьшая размеры транзистора, толщина диэлектрика должна уменьшаться пропорционально. Так, например, в чипах с техпроцессом в 65нм толщина слоя диэлектрика затвора из SiO2 составляла порядка 1.2 нм, что эквивалентно пяти атомарным слоям. Фактически, это физический предел для данного материала, поскольку в результате дальнейшего уменьшения самого транзистора (а значит и уменьшения слоя диоксида кремния), ток утечки через диэлектрик затвора значительно возрастает, что приводит к существенным потерям тока и избыточному тепловыделению. В таком случае слой из диоксида кремния перестает быть препятствием для квантового туннелирования электронов, из-за чего пропадает возможность гарантированного управления состоянием транзистора. Соответственно, даже при идеальном изготовлении всех транзисторов (количество которых в современном процессоре достигает нескольких миллиардов), неправильная работа хотя бы одного из них означает неправильную работу всей логики процессора, что запросто может привести к катастрофе – это если учесть, что микропроцессоры осуществляют управление работой практически всех цифровых устройств (от современных сотовых телефонов до топливных систем автомобилей).

image

   Процесс миниатюризации транзисторов не пошел вопреки законам физики, но и компьютерный прогресс, как мы видим, не остановился. Это значит, что проблему с диэлектриком каким-то образом решили. И ведь действительно решили – при переходе на 45нм компания Intel стала использовать новый материал, так называемый high-k диэлектрик, который заменил бесперспективно тонкий слой диоксида кремния. Слой на базе окиси редкоземельного металла гафния с высоким (20 против 4 у SiO2) показателем диэлектрической проницаемости k (high-k) стал более толстым, но это позволило сократить ток утечки более чем в десять раз, сохранив при этом возможность корректно и стабильно управлять работой транзистора. Новый диэлектрик оказался плохо совместим с затвором из поликремния, но и это не стало препятствием — для повышения быстродействия затвор в новых транзисторах был выполнен из металла.

image

   Таким образом, компания Intel стала первой в мире компанией, перешедшей к массовому производству микропроцессоров с использованием гафния. Более того, пальма первенства до сих пор принадлежит корпорации — до сих никто не может воспроизвести эту технологию, т.к. пленка из диэлектрика создается методом атомарного напыления, причем материал наносится последовательными слоями толщиной всего в один атом.
   Га́фний (лат. Hafnium, Hf) — тяжёлый тугоплавкий серебристо-белый металл, 72 элемент периодической системы, открыт в 1923 году. В мире в год в среднем добывается около 70 тонн гафния.

   Несмотря на то, что металл является редкоземельным и добывается его относительно немного, повода для беспокойства нет. Во-первых, используется оксид, во-вторых, толщина оксидной плёнки со временем будет только уменьшаться. Ну и в третьих – если взять один кубический сантиметр гафния и распределить его по поверхности слоем такой толщины, которая используется в чипах, то пленкой из гафния будет покрыта площадь, равная 10 футбольным полям. Как-то так :)
   Интересно, после прочтения этих абзацев у вас возникла мысль о том, как миллиарды транзисторов проектируют, делают и умещают на такой маленькой площади? И как это в итоге все работает и, при этом, стоит вполне разумных денег? Я очень сильно призадумался, хотя раньше считал все это очевидным и у меня даже хватало совести думать «Эй, а чего так дорого? За один-то процессор только!» :)

   В 1965 году один из основателей корпорации Intel, Гордон Мур, зафиксировал эмпирическое наблюдение, ставшее впоследствии знаменитым законом его имени. Представив в виде графика рост производительности микросхем памяти, он обнаружил любопытную закономерность: новые модели микросхем разрабатывались спустя равные промежутки времени — примерно 18-24 месяца — после появления их предшественников, а емкость микросхем при этом возрастала каждый раз примерно вдвое.

image

   Позже Гордон Мур предсказал закономерность, предположив, что количество транзисторов в микропроцессорах будет удваиваться каждые два года – собственно, постоянно создавая инновационные технологии, корпорация Intel обеспечивает выполнение закона Мура вот уже более 40 лет.

   Количество транзисторов продолжает расти, хотя размеры процессора «на выходе» остаются относительно неизменными. Секрета, опять же, никакого нет – это становится понятным, если взглянуть на следующую зависимость.

image

   Как видите, раз в два года топологические размеры уменьшаются в 0.7 раз. Как результат уменьшения размеров транзисторов – выше скорость их переключения, ниже цена и меньше потребляемая мощность.

   На данный момент компания Intel выпускает процессоры по технологии 32нм. Ключевые технические отличия от технологии 45нм:
— используется 9 уровней металлизации
— применяется high-k диэлектрик нового поколения (тоже оксид гафния, но со специальными добавками – полученный слой эквивалентен 0.9нм оксида кремния)

   Создание нового технологического процесса для создания металлического затвора привело к 22% увеличению производительности всех транзисторов (по сравнению с 45нм), а так же к самой большой плотности элементов, что потребовало самой большой плотности тока.

Производство


   Компания Intel производит процессоры в трех странах – это США, Израиль и Ирландия. На данный момент у компании существует 4 фабрики для массового производства процессоров по технологии 32нм. Это: D1D и D1C в штате Орегон, Fab 32 в штате Аризона и Fab 11X в Нью-Мексико. И в устройстве этих заводов и в их работе есть немало интересных вещей, но об этом я расскажу в следующий раз.

image

   Стоимость такого завода составляет порядка $5млрд, а если делать сразу несколько заводов, то сумму инвестиций можно смело умножить. Если учесть, что смена технологий происходит раз в два года, то получается, что у завода есть ровно 4 года на то, чтобы «отбить» вложенные в него $5млрд и принести прибыль. Из чего напрашивается очевидный вывод — экономика очень даже диктует развитие технического прогресса… но, несмотря на все эти огромные цифры, стоимость производства одного транзистора продолжает падать — сейчас она составляет менее одной миллиардной доллара.

   Не надо думать, что с переходом нескольких фабрик на 32нм, все вдруг станет производиться по этому техпроцессу – тем же чипсетам и другим периферийным схемам это просто не нужно – в большинстве случаев в них используется 45нм. Рубеж в 22нм планируется полноценно взять уже в следующем году, а к 2013 с большой вероятностью будет и 16нм. По крайней мере, в этом году уже была сделана тестовая пластина (на 22нм), на которой была продемонстрирована работоспособность всех элементов, необходимых для работы процессора.

image

* UPD от nE0 * Необходимость уменьшения толщины подзатворного диэлектрика диктуется простой формулой плоского конденсатора:

image Площадь затвора транзистора уменьшается, а для работоспособности транзистора емкость подзатворного диэлектрика нужно сохранять.
Поэтому приходилось уменьшать его толщину, а когда это стало невозможно нашли материал с большей величиной диэлектрической проницаемости.


   Когда закончится эра кремния? Точная дата пока неизвестна, но она определенно не за горами. В технологии 22нм он еще определенно «повоюет», скорее всего и в 16нм останется… а вот дальше начнется самое интересное. Периодическая таблица, в принципе, достаточно большая и выбрать есть из чего ) Но скорее всего, всё упрется не только в химию. Увеличения эффективности работы процессора можно будет добиться либо уменьшение топологические размеры (сейчас так и делают), либо используя другие соединения, обладающие более высокой подвижностью носителей – возможно, арсенид галлия, возможно «нашумевший» и перспективный графен (кстати, у него подвижность в сотни раз выше, чем у кремния). Но и тут есть проблемы. Сейчас технологии рассчитаны на обработку пластин с диаметром в 300мм – нужного для такой пластины количества арсенида галлия просто нет в природе, а графен (ворд настойчиво предлагает писать «графин») такого размера изготовить еще крайне сложно – делать это научились, но много дефектов, проблемы воспроизведения, легирования и т.д.

   Скорее всего, следующим шагом станет нанесение монокристаллического арсенида галлия на кремний, а вот потом уже графен. А, возможно, развитие микроэлектроники пойдет не только по пути улучшения технологий, но и по пути развития принципиально новой логики – такое ведь тоже исключать нельзя. Сделаем ставки, господа? ;)

image

В общем, сейчас идет борьба за технологии и высокие подвижности. Но понятно одно – причин для остановки прогресса нет.

Тик-так


   Процесс изготовления процессоров состоит из двух больших «частей». Для первой нужно иметь саму технологию изготовления, а для второй нужно понимание того, ЧТО изготавливать и как — архитектуру (то как соединены транзисторы). Если одновременно сделать и новую архитектуру и новую технологию, то в случае неудачи будет сложно найти «виновных» — одни будут говорить, что виноваты «архитекторы», другие – что технологи. В общем, следовать такой стратегии очень недальновидно.

   В компании Intel введение новой технологии и архитектуры разнесено по времени – в один год вводится технология (и уже отработанная архитектура производится по новой технологии – если что-то пойдет «не так», то виноваты будут технологи); а когда новая технология будет отработана – архитекторы сделают под нее новую архитектуру и если на отработанной технологии что-то не заработает, то виноваты будут уже архитекторы. Такую стратегию назвали «Тик-так».
   «Тик-так» (англ. tick-tock) — экстенсивная стратегия разработки микропроцессоров, анонсированная Intel на конференции Intel Developer Forum в сентябре 2006. Цикл разработки делится на две стадии — «тик» и «так». «Тик» означает миниатюризацию технологического процесса и относительно небольшие усовершенствования микроархитектуры. «Так» означает выпуск процессоров с новой микроархитектурой, но при помощи существующего технологического процесса. По планам Intel, каждая часть цикла должна занимать примерно год.
Более наглядно:

image

   С существующими темпами развития технологий, требуются фантастических размеров вложения в исследования и разработку — ежегодно Intel вкладывает в это дело $4-5млрд. Часть работы происходит внутри компании, но очень многое – за ее пределами. Просто держать в компании целую лабораторию на подобии Bell Labs (кузница нобелевских лауреатов) в наше время практически невозможно.
   Как правило, первые идеи закладываются в университетах – для того, чтобы университеты знали над чем именно имеет смысл работать (какие технологии востребованы и что будет актуально), все «полупроводниковые компании» были объединены в консорциум. После этого они предоставляют своего рода roadmap – в нем говорится о всех проблемах, которые будут стоять перед полупроводниковой промышленностью в ближайшие 3-5-7 лет. По идее, любая компания вправе буквально зайти в университет и «воспользоваться» той или иной инновационной разработкой, но права на них, как правило, остаются у университета-разработчика – такой подход называется «открытыми инновациями». Компания Intel не стала исключением и периодически прислушивается к идеям студентов – после защиты, отбора на инженерном уровне и тестирования в реальных условиях, у идеи есть все шансы стать новой технологией.

   Вот список исследовательских центров по всему миру, с которыми работает Intel (кроме университетов):

image

   Увеличение производительности приводит к удорожанию фабрик, а это в свою очередь ведёт к естественному отбору. Так, например, чтобы окупить себя за 4 года, каждая фабрика Intel должна выпускать минимум 100 работающих пластин в час. На каждой пластине тысячи чипов… и если произвести определенные расчеты, то станет понятно — не будь у Intel 80% мирового рынка процессоров, компания просто не смогла бы окупать расходы. Вывод – иметь у себя и собственный «дизайн» и собственное производство в наше время достаточно накладно – как минимум нужно иметь огромный рынок. Результат естественного отбора можно видеть ниже – как видно, со своим «дизайном» и производством в ногу с техническим прогрессом шагает все меньше и меньше компаний. Всем остальным пришлось перейти в режим fabless – так, например, ни у Apple, ни у NVIDIA, ни даже у AMD нет собственных фабрик и им приходится пользоваться услугами других компаний.

   Помимо Intel, к технологии 22нм во всем мире потенциально готовы только две компании — Samsung и TSMC, вложившие в прошлом году в свои фабрики более $1млрд. Причем у TSMC нет своего подразделения дизайна (только лишь foundry) – по сути, это просто высокотехнологичная кузница, которая принимает заказы от других компаний и часто даже не знает того, что куёт.

image

   Как можно заметить, естественный отбор прошел достаточно быстро – всего за 3 года. Отсюда можно сделать два вывода. Первый – что без своей фабрики лидером индустрии стать вряд ли получится; второй – по сути, преуспевать можно и без своего завода. По большому счету хватит хорошего компьютера, мозгов и умения «рисовать» — порог вхождения на рынок сильно снизился и именно по этой причине появилось очень много «стартапов». Некто придумывает некую схему, для которой есть или искусственно создается некий рынок — начинающие производители поднимаются… PROFIT! Но вот порог на рынок foundry сильно поднялся и дальше будет только расти…

   Что еще поменялось за последние годы? Если повспоминать, то года так до 2004 утверждение «чем больше частота процессора, тем лучше» было вполне справедливым. Начиная с 2004-2005 частота процессоров почти перестала расти, что связано с выходом на своего рода физические ограничения. Сейчас наращивать производительность можно за счет многоядерности — выполняя задачи параллельно. Но сделать много ядер на одном чипе не является большой проблемой – гораздо сложнее заставить их правильно работать в нагрузке. Как следствие – с этого момента роль софта кардинально возросла и значимость профессии «программист» в ближайшее время будет только набирать обороты.

В общем, подводя итог вышесказанному:
— Закон Мура продолжает действовать
— Рост стоимости разработки новых технологий и материалов, а также затраты на содержание фабрик растут
— Производительность также растет. Ожидается скачок при переходе на 450мм пластины

Как результат:
— Разделение компаний на «fabless» и «foundry»
— Outsource основных R&D
— Дифференциация за счет развития софта

The end


   Вам было интересно читать? Надеюсь. Как минимум, мне было интересно все это написать и еще интересней было это слушать… хотя тоже сперва подумал, «да что на этой лекции расскажут».

   На прошлой неделе в московском Политехническом музее состоялась вторая лекция, которую провёл Intel Fellow академик Борис Бабаян. Лекция была посвящена истории российских микропроцессорных разработок – к сожалению, написать аналогичную статью по второй лекции уже просто не успею. Поэтому для тех, кто не смог прийти, я могу предложить лишь эту аудиозапись лекции.

image [ Скачать / 180Мб ]


   В эту среду (24.11.2010, в том же месте) состоится завершающая лекция из цикла «От песка до процессора» — ее проведёт Олег Семенов, глава российского Intel Labs. Приезжайте, вход свободный.

image

До скорых!
Автор: @Boomburum
Intel
рейтинг 286,96

Комментарии (81)

  • +15
    мне одному показалось что изображение с графеном двигается?:)
    • +26
      Это только если страницу быстро прокручивать (смотреть картинки, а не читать) :)
      Ну а в вообще да, все свойства графена до сих пор не изучены )
      • +1
        неет. вы попробуйте посмотреть на текст ПОД картинкой. она движется! =)
        • +2
          Видео-наркотики на моём хабре!
        • +2
          Глаза цвета #ff0000 дают свой результат. К сожалению :(
      • +5
        Бум, открываешь новый жанр на Хабре — Пасхальные Яйца в постах? :=) Кто ещё заметил?

        4-ая иллюстрация, справа:
        А и Бэ сидели на нанотрубе

        Или это кто-то с электронным микроскопом в Интел прикололся?
        • +1
          Жанр «пасхальных яиц» в хабрапостах открыт мною уже около года, правда не всегда есть время что-нибудь накалякать )
          На фото с заводами чуть не появился Марвин Химейер, просто фотки в нужном ракурсе не нашел )
          • +16
            Тогда у тебя опечатка — на последней картинке надо так:

            За Мир и процветание
        • +1
          Это любовные записки!
        • +1
          на первой картинке посмотрите в рукав мужичонки…
          • 0
            пардоньте, второй…
    • +2
      если долго смотреть, то можно увидеть там много других интересных штуковин. :)
      • +2
        а вы в ковер смотрели?
        • 0
          Да, ещё на стены, на обои, на картины и т.д. :)
    • +2
      >и перспективный графен (кстати, у него подвижность в сотни раз выше, чем у кремния).
      Ну не удивительно =)
    • +2
      возможно, я внезапно открою вам целый новый мир,
      но, вообще говоря — любое контрастное ритмическое изображение с искажением —
      будет шевелится при прокручиваини на экране или перед глазами :)

      чтобы не превращаться в зануду,
      вот вам ссылки картинками, где этот эффект максимален, с пояснениями
      www.michaelbach.de/ot/mot_snakeAdLib/index.html
      www.michaelbach.de/ot/mot_rotsnake/index.html
  • 0
    Спасибо за статью и аудиозапись.

    Только вот жаль, что последний плакат делался усилиями Политехнического музея, а не Intel.
    • +5
      Почему жаль? Автор этой картинки (как и двух предыдущих) Антон Уткин, который к Политехническому музею никакого отношения не имеет )
      • 0
        Напишу тогда Антону своё мнение, чтобы не перерасти в оффтоп.
      • 0
        А можно аудиозапись разместить как-нибудь… как подкасты размещают?
  • +1
    Спасибо, было интересно читать. Очень хорошо и «легко» написано.
  • 0
    100 монет на то что, «по пути развития принципиально новой логики», зачем пытаться засовывать пасту в тюбик?
    • +1
      Идея про 100 монет понравилась :)
  • –2
    В избранное!
  • +1
    В тему многоядерности и новых процессоров Intel: завтра будет проводиться вебинар от компании Intel в 16.30-18.30 (мск) названный “Intel Parallel Studio 2011: новые возможности”. Далее приведу цитату из их письма:
    «Регистрация:
    Для того, чтобы принять участие в данном вебинаре, Вам необходимо зайти на сайт www.intel.com/jobs/virtualevent/calendar.htm
    Внизу страницы, напротив вебинара <Intel Parallel Studio 2011: opening new possibilities>, нажмите Register. После того, как Вы заполните указанные поля, мы подтвердим Вашу регистрацию и вышлем детали.»
  • +1
    Несмотря на большой объем, промотал статью на одном дыхании — супер!!! ;-)
  • +3
    Раз уж мы рассмотрели процессор в столь увеличенном масштабе, может быть найдутся отважные добровольцы, которые расскажут в аналогичном масштабе про совокупность процессов и изменений (их последовательность и взаимосвязь), которые происходят внутри процессора при его разгоне с использованием жидкого азота или гелия? Думаю, в общих чертах это многие себе представляют, но наверняка многим было бы интересно узнать еще более подробно.
    • +1
      Про разгон изнутри действительно было бы интересно почитать. Поддерживаю вашу просьбу к знающим. Специалисты, расскажите людям, что да как.
    • 0
      Смотря сколько заплатит Интел =)
      А в целом, школьный курс физики открывает природу сверхпроводимости и как следствие разгона, есть правда пару подводных камней вроже того же Coldbug, но это частностные особенности конкретной архитектуры процессора нежели общее правило.
      • +4
        Колдбаг колдбагом, но что происходит при повышении напряжений и частот под воздействием сверхнизких температур? Я много раз слышал, что после такого «экстрима» процессоры живут не так долго, как хотелось бы… почему?
        • +3
          Повышение частоты ведет к увеличению сопротивления, для его преодоления требуется большее напряжение, большее напряжение влечет большее тепловыделение и энергопотребление, оно снижается температурой.
          А процессоры выходят из строя из-за разности коэффициэнтов расширения, на ядре образуются микротрещины которые ведут к утечкам тока, выходу из строя блоков процессора; дерградации.

          Все эти компьютеры это только с высокого уровня абстракции чудо, глубже же суровая физика, законы которой никто не отменял.
  • 0
    Сверху находится защитная металлическая крышка, которая помимо защитной функции, так же выполняет роль теплораспределителя – именно ее мы обильно мажем термопастой, когда устанавливаем кулер. Под теплораспределителем находится тот самый кусочек кремния, который выполняет все пользовательские задачи.

    Оверклокеры знают… Пространство между теплораспределительной крышкой и чипом тоже заполяется термопастой, или даже низкотемпературным припоем.
  • +3
    Мы тебя тоже АБ♥, Boomburum
  • 0
    Интересно, после прочтения этих абзацев у вас возникла мысль о том, как миллиарды транзисторов проектируют, делают и умещают на такой маленькой площади?

    Возникла =)
    Краем уха слышал что-то где-то когда-то, но понимания от этого не пришло. Про это статью не планируешь написать?
  • +1
    А.Б ♥
    • +1
      опоздал)
  • +1
    очень интересная статья, спасибо!
  • +7
    Один я заметил, что на второй фотке чьи-то глаза в рукаве выглядывают? =)
  • 0
    Смешно было читать только про первенство Интела в освоении гафния, тогда как «другие» пропустили этот этап и перешли на SOI, который Интел собирается внедрять скорее всего только на 16нм техпроцессе.
    А в остальном хорошая статья. Хотел бы такую прочитать лет 5-6 назад когда очень интересовался этой темой и гуглил по крупицам первоисточники.
  • +9

    пасхалка
  • 0
    Супер! Только хотелось бы больше узнать о процессе производства — может быть это будет в третьей лекции?
    • +5
      В третьей лекции речь будет о разработках ближайшего будущего
      А про сам процесс производства, как я и сказал, постараюсь написать на днях — с красивыми картинками и двумя HD-видео
      • 0
        ожидаем.
      • 0
        А есть ли в планах выложить саму презентацию, по которой Суетин читал? Помню, был слайд с перечислением недостатков иммерсионной фотолитографии, очень хотелось бы увидеть хоть его. (На лекции был быстро пролистан, не успел прочесть)
        • +2
          Вот этой презентации у меня пока нет, но часть информации про литографию я постараюсь уложить в следующем посте.
  • 0
    Мои поздравления автору топика и с возвращением :)
  • 0
    Был на лекции. Улыбнуло то, что в самом начале на вопрос от лектора «Кто знает, что такое подзатворный диэлектрик?» подняло руки всего-лшь человек 6 (я в том числе).
    И, да, мельком пробежав по статье, не увидел акцента на том, что все заводы являются точной копией друг друга.
    • +2
      Про заводы во второй части статьи будет отдельный разговор… про устройство заводов, стерильность, Copy Exactly и т.д
  • +1
    В Зеленограде очень интересный краеведческий музей. (По крайней мере когда я там был 4 года назад)
    Там можно в живую посмотреть на слитки кремния (правда не 300мм диаметром, а что-то около 50)
    Есть большой плакат с топологией кристалла, можно получить представление о том, как транзисторы размещаются и трассируются. Ну и вообще ознакомиться с историей российской микроэлектроники.
    Ну и, насколько помню, всякие раритетные калькуляторы, отечественные аналоги ПК и тому подобное :)
    Если у кого-то возникнет желание, приезжайте, от Речного Вокзала ехать меньше часа.
    Могу на себя взять роль экскурсовода :)
    • 0
      А где он там?

      (краеведческий — звучит ))))
      • 0
        www.museum.ru/M320 — там есть карта.
        Ну самому Зеленограду чуть больше 50 лет, и вся его история связана с микроэлектроникой,
        так что значительная часть посвящена ей, родимой.
        • 0
          И впрямь краеведческий. Спасибо.

          P.S. Транзисторы с краеведением не очень ассоциировались. )))
  • 0
    Всегда было интересно, но не представлял как создается этот микромир. Сейчас хоть маленько в голове прояснилось:)
    Очень интересно, Огромное спасибо:)
  • +1
    Не интересуюсь електроникой и уж через чур много букв, но с удовольствием прочитал, узнал много нового и интересного.
    Автору большое спасибо.
  • +4
    Как видите, раз в два года топологические размеры уменьшаются в 0.7 раз.

    Я так понимаю, что это не совсем корректное заявление. Уменьшаются в 0.7 раз — это (x/0.7=1.4) увеличиваются в 1.4 раза.

    Корректнее говорить «увеличиваются в 0.7 раз»/«уменьшаются в 1.4 раза» (что звучит говняно и не понятно), или «изменяются в 0.7 раз», или «уменьшаются на 30%». Может, есть варианты и получше.
  • +1
    Заголовок звучит как «От песка до процессора»

    Хотелось бы услышать про первую часть — отукда кремний? Насколько я помню, он вырабатывается из руды, т.к. из песка высвободить чистый элемент — задача ресурсоемкая. Или мои сведения устарели?

    В общем, хочется услышать чуть больше про сырьё, если это возможно.
    • 0
      Они не то чтобы устарели, они не верные. Всегда из песка (SiO2) получали кремний.
      • 0
        Ну тогда тем более интересно узнать — как из песка кремний получают :) А то цепочка неполная получится, во всех описаниях процесса кремний уже как бы есть в неограниченных количествах.
        • +4
          Берем песок в виде SiO2, нагреваем его в печах в присутствии SiC. Оба компонента вступают в реакцию, в результате чего получается твердый кремний, выделяется в виде газа SiO и угарный газ. Таким образом мы получили металлургический кремний, чистотой около 98%. Для микроэлектроники такой кремний не годится, его нужно дальше очищать. Для этого металлургический кремний при температуре 300 градусов подвергают воздействию соляной кислоты. Результат реакции — газообразный трихлосилан и газообразный водород. Затем трихлорсилан охлаждают (при нормальный условиях это жидкость), очищают от оставшихся примесей. Затем реакция проводится в обратном направлении — газообразный трихлорсилан взаимодействует с водородом, в результате чего образуется твердый чистый кремний и выделяется в виде газа соляная кислота. Дальше из этого кремния делают монокристаллические слитки необходимого диаметра (несколько методов роста кристаллов в зависимости от требуемого качества слитка), очищают (несколько методов очистки в зависимости от требуемой степени чистоты), режут на пластины.
          • +4
            Забыл. Реакция разложения трихлорсилана (SiH3Cl) в реакторе осуществляется в присутствии очень небольшого кремниевого слитка. Он является точкой роста кристаллов кремния — на него сам кремний и осаждается. Результат реакции — поликристаллический кремний высокой степени чистоты — около одной частицы примеси на миллион частиц кремния.
            • 0
              Исчерпывающе, спасибо!
  • 0
    Meanwhile, in Poland…
  • +1
    но, несмотря на все эти огромные цифры, стоимость производства одного транзистора продолжает падать — сейчас она составляет менее одной миллиардной доллара.

    менее одной миллиардной доллара * пару миллиардов транзисторов = меньше пары долларов за процессор.

    Хорошо устроились.
  • +1
    Никогда не понимал вот это " Блокируя и пропуская электрический ток (включение-выключение), они дают возможность логическим схемам компьютера работать в двух состояниях, то есть в двоичной системе"
    А на основе чего происходит это включение выключение? Можно в трех словах?
    • +2
      Для примера рассмотрим схему вентиля 2И-НЕ, построенного по технологии КМОП.

      * Если на оба входа A и B подан высокий уровень, то оба транзистора снизу на схеме открыты, а оба верхних закрыты, то есть выход соединён с землёй.
      * Если хотя бы на один из входов подать низкий уровень, соответствующий транзистор сверху будет открыт, а снизу закрыт. Таким образом, выход будет соединён с напряжением питания и отсоединён от земли.
      Лучше чем в википедии не скажешь

      Полевой транзистор это трехполюсник при приложении определенного потенциала на затвор, появляется проводимость между истоком и стоком. n транзисторы (снизу) открыты при высоком уровне, p-транзисторы (сверху) открыты при низком уровне
  • 0
    А слайдов нету в со второй лекции? (с которой аудио)
    • 0
      Она была без слайдов
  • +1
    Учитывая объемы постоянных инвестиций и уникальность промышленного оборудования, может и нет смысла России в том что бы «догонять»? Может лучше «примкнуть»?

    Создать фирму по принципу fabless — пусть разрабатывают чипы для родной оборонки и промышленности. Найти или обучить пару десятков толковых инженеров ведь не проблема?
    • +1
      В России есть фирмы которые работают по этой схеме :)
      После института я два года работал в компании Unique IC's (http://www.uniqueics.biz/ru/)
      К сожалению, «уникальные методы хозяйствования» практически привели компанию к краху.
      Справедливости ради, нужно заметить, что там я очень многому научился.

      Только fabless никогда не подойдет для оборонки. Кто может гарантировать что на этапе производства в ваш дизайн не введут какие-нибудь «закладки». По крайней мере параноя военных им такой уверенности точно не даст.
      • 0
        Им и не нужны передовые тех процессы, пусть прикупят заводик на 130 мм.
        • 0
          Так Микрон так и сделал :)
          • +1
            130 нм наверное имеется в виду :)
            А то 130 мм это как в анекдоте: «Советские Интегральные схемы — самые большие интегральные схемы в мире!»
          • 0
            Так когда уже счастье настанет на Руси???

            PS
            Про мм vs нм — опечатка. :)
            • 0
              Когда на Руси появятся люди готовые построить бизнес на дизайне чипов.
              Которые будут иметь четкое представление, о том, что их компания будет разрабатывать. Чтобы это «что-то» было востребовано рынком.
              Когда эти люди предложат конкурентноспособные зарплаты, чтобы в компанию пришли опытные разработчики, которые, в свою очередь, научат студентов того же МИЭТа.

              «Стартап» в микроэлектронике — дело требущее больших вложений и очень рискованное.
  • +1
    «нужного для такой пластины количества арсенида галлия просто нет в природе, а графен (ворд настойчиво предлагает писать «графин») такого размера изготовить еще крайне сложно – делать это научились, но много дефектов, проблемы воспроизведения, легирования и т.д.»
    Быть может, наоборот, графена столько нет в природе?
    Арсенид галлия производится очень массово, кристаллами до 100мм, с достаточно большим числом дефектов.
    А вообще статья очень интересная, особенно забавно про «тик-так» :)
    • –1
      Оперативный ответ в 3:30 по Москве )

      Точно не знаю — конкретно этот момент (про химические соединения и их количества в природе) я переписал дословно с аудиозаписи Николая.
      Если арсенид галлия массово производится, то думаю, с графеном тоже проблем быть не должно — это ж обычный углерод, его и искать не надо ) А делать сам материал со временем научатся
  • 0
    Спасибо. Отличная статья.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Самое читаемое Разное