Про производство микросхем

Про важность микроэлектронной индустрии уж кто только не говорил, от журналистов до руководителей больших и составителей государственных программ. Самый простой аргумент — обеспечение безопасности страны. В Россию не продают микросхемы с рядом критических свойств, следовательно если есть желание делать современные спутники или ракеты (не те, что в космос летят), приходится производить свои схемы. Также нельзя забывать о друзьях и партнерах за океаном. Кто и когда в следующий раз будет признан врагом демократии не ведомо, но готовиться стоит каждому, кто имеет смелость заниматься серьезными задачами.

Спору нет, военный заказ на ближайшие годы огромный, немалая его часть должна пойти на электронику. Этого заказа может даже хватить на перезапуск индустрии, но что потом? Современная микроэлектоника во многом сводится к гонке нанометров. Энергопотребление чипа и его себестоимость при достаточном размере партии зависят в первую очередь от его площади, площать — от размера одного прибора, а размер транзистора, основного прибора, хорошо описывается шириной затвора, пресловутой чиселкой 180-90-45-14 нм. Большие партии низкопотребляющей (смартфоны) и высокопроизводительной (лаптопы-десктопы, коммуникации) электроники обеспечивают финансирование новых разработок в индустрии. Когда технология становится достаточно зрелой, ее можно использовать в военных и космических приложениях. Там совсем другие требования: вычислительная мощность и энергопотреление не столь важны, как надежность, объемы выпуска тоже крошечные. Выходит, что только спецразработки обрекут отрасль на несколько поколений отставания, долгосрочный результат получится крайне дорогим и недостаточно качественным.

Проблем сегодня хватает, причем не тех, которые можно решить деньгами. Порой создается впечатление, что разработчики стандартных элементов, микросхем и устройств на их основе поклялись никогда ни за что не общаться друг с другом. Можно наблюдать разработки микросхем при, мягко выражаясь, неясном потребителе, со всеми вытекающими — поскольку от сроков и качества выживание не зависит, качество работы разработчиков измеряется красотой и убедительностью итоговой презентации. Требования разработчиков аппаратуры, избалованных крупными западными поставщиками, по большей части нашими чипмейкерами неподъемны. Вот и получается, что то, что делаем не умеем продавать, а то, что покупают — не умеем делать. Либо доморощенный килограммовый Глонасс навигатор, либо в гос. учреждении компьютер, где русского не больше шильдика. А в кармане — телефон, где, вроде бы стоит ангстремов чип, но составляет он малую долю процента себестоимости и не видать, чтобы на вырученные деньги Ангстрем развивался.

Геннадий Красников, руководитель Микрона, недавно давал интервью, где с высоты своего полета обрисовал состояние дел на фабрике. Ну а я на эту же тему пообщался с инженерами — руководителем отдела разработки библиотек Дмитрием Шипицыным и руководителем лаборатории в этом отделе Алексеем Надиным. О нанометрах, о восстановлении и развитии микроэлектроники в России.

На освоение обширного набора взаимосвязанных задач, которым и является микроэлектроника, требуются годы. Задачи эти надо решать по мере сил и умения, набивать шишки, делать выводы. Учиться выстраивать всю цепочку, формулировать требования для стандартных блоков, проектировать из этих блоков чипы, верифицировать, производить, интегрировать в конечные изделия. Все это в рамках сроков, бюджетов и общей осмысленности. Фабрика является одной из ключевых точек этого пути, поскольку не только производит чипы, но и во многом задает стандарты работы разработчикам своими политикой и ценами. Простой пример. Сегодня лаборатория входного контроля перегружена новыми изделиями на 180нм. По двадцать разных проектов на одной пластине, больше не влезает. “А каков процент выхода годных?” Заминка… “Разный бывает, кто же нам расскажет”. В переводе на русский — плохой процент. Причем дело не в самой технологии, на разработанных самим Микроном выход годных больше 95%. Но ведь как сейчас порой делают чип на 180: спроектировали, прикинули пол-потолок, и отправили на фабрику. Маски (т.е. набор “негативов” для литографической печати , самое дорогое разовое вложение) стоят меньше ста тысяч долларов. Значит, если что, можно и переделать. Получают партию, измеряют, плохо. Переделывают. И заново на фабрику. Теряется время, не говоря о том, что куча народу попусту атмосферу греет. На 90 маски уже по цене приближаются к полумиллиону долларов. Переделка выходит очень уж дорого, приходится осваивать многочисленные анализы и верификации.

На Микроне хватает специалистов, для которых 90, 65, 45 нанометров это не нечто заоблачное, а процессы, при мировой премьере которых они присутствовали и в меру сил и везения поучаствовали. Народ точил зубы в Кейденсе, Фрискейле, Инфинеоне — не последних электронных компаниях. Тот же Алексей Надин хорошо должен запомнить мучения с новыми LVS проверками, которые приходилось для 65-45 делать. Ну а Дмитрий Шипицын застал времена, когда Фрискейл сам свои процессы разрабатывал, а не на TSMC производство отдавал. QA команду в Зеленоградском Фрискейле отстроил на загляденье, их тесты мы в Кейденсе активно использовали для тестирования своих программ.

Опыт необходимый, но далеко не достаточный. Все-таки, иностранные фирмы вообще и их российские представительства в частности — не образовательные учреждения, а машины по извлечению из сотрудников и оборудования прибыли, финансовой или политической. Поэтому, чтобы получить ценный опыт приходится будь здоров локтями толкаться. Иначе остается поддержка кода, который был написан до твоего рождения, или копирование файлов из одной структуры директорий в другую. Какое уж тут понимание электроники.

Кроме единиц бойцов, понюхавших мультинационали, нужны десятки и сотни людей, и далеко не только на Микрон. Байкал электроника a.k.a. Т-Платформы бегают по рынку, ищут где бы найти разработчиков, Ангстрем-Т получил миллиард долларов и думает, где бы взять народ, умеющий не только пилить и отчеты писать (если деньги на дело планируют потратить). В девяностых инженерам практически негде было работать, вот и выпало 10-15 выпусков инженеров, которые сейчас бы входили в самый продуктивный возраст. Причем вопрос зарплат постепенно перестает быть ключевым. Лет десять назад Фрискейл давал денег в разы больше, чем Микрон. А нынче, не то, что сравнимые зарплаты. Критически важных могут и перекупить. Но таких даже в русских иностранцах мало, на все компании не хватает. Собирают толковых по стране пылесосом. Кого из Калуги, кого из Воронежа, хантят друг у друга. Порой из европ-америк возвращаются инженеры, но редко и опять-таки, не хватает. У Микрона, ко всему прочему, проблема репутации. Работают еще в Зеленограде те, кто повидал болото на фабрике. Я сам наблюдал и исход народа на Микрон на высокие зарплаты, и эвакуацию целыми отделами через полгода. Но сейчас видны определенные изменения и в настроениях, и в команде. Долгосрочные проекты и заказы обеспечивают стабильность и возможность собирать команду и опыт. Как могут дырки затыкают студентами, в отделе Шипицына порядка 30 человек, из них 7 вчерашних студентов. Еще одного может и возьмут, но дальше уже начинает играть фактор неопытности. Без опытных сотрудников обучение состоится, но вылетит в серьезную копеечку — сколь бы ни был толков молодой сотрудник, пока не набьет свои шишки, спецом не станет.

Тем не менее, нехватка специалистов это скорее приятные хлопоты. Микрону хватает сил не только развивать 180нм и доводить до ума 90нм, но и на 65нм удается вести изыскания. По словам Шипицына, часть оборудования для 90нм можно будет переиспользовать и для 65нм. Постепенно изучается опыт иностранцев, готовят технологические файлы, хоть и очень предварительно. Глядишь, года через три-четыре что-то и заработает.

Здесь я позволю себе отойти от канвы беседы и порасстраиваться. Технологии производства микросхем, литографы. EDA софт — они все иностранные. Так что новые поколения процессов будут радовать иностранных поставщиков технологий: Synopsys/Cadence, KLA и прочих. А русским разработчикам софта и оборудования пока не ясно даже, как зацепиться. Самые прогрессивные российские разработчики чипов, с которыми приходилось общаться, прямо говорят, что их на 28нм существующие тулы устраивают, не говоря о том, что производство тоже не на Микроне. Все задачи на данном технологическом этапе решены, математика написана, относительно удобные интерфейсы, прошедшие через тысячи инженеров, тоже есть. Пока не возникло нерешаемых задач, или не постучался  в двери американский экспортный контроль, можно пользоваться доступными иностранными технологиями.

Очевидно, что столь полная зависимость от внешних поставщиков приводит к перманентному отставанию от лидеров и к возможности перекрыть кислород слишком резвым. Как я пытался показать в начале текста, ограничиться внедрением проверенных технологий для нужд военки не получится. И отдельно приходится заметить, что для развития электроники нынешний выводок небольших дизайн центров также не подходит для полноценного развития отрасли. Осилить один дизайн в год они может и смогут: проведут исследование-другое. Но сконцентрировать общий опыт всех подобных исследований и наработки не получится. В ближайшее время ждать появления по настоящему мощных центров компетенции не приходится, не в последнюю очередь по причине того, что у генералов, сумевших спасти свои команды в девяностых (великое достижение, без дураков), многовато амбиций. А без таких центров кого обслуживать новым стартапам? TSMC? Broadcom?

Пока же продолжается процесс медленного запрягания. Доделали и начали производить (наконец!) свой метро чип, тот, который идет в одноразовые бумажные билеты. Он меньше размером, а значит дешевле, чем чип от NXP, который раньше ставили. На 90нм по сути запретили использовать ТСМС и прочих  иностранцев для государственных проектов, в результате МЦСТ недавно отдал свой Эльбрус на изготовление на Микрон. Многие, я в том числе, не верили, что закупленная у STM технология подойдет для процессора. Но добавили два металла в технологию, поправили процессор, и глядишь, года через полтора производство закрутится. На наших глазах отрастает смычка производителя и разработчика, ну прям как Альтера/Нвидиа/АРМ с ТСМС: дизайн хаус вместе с фабрикой ставят на крыло технологию и чипы на этой технологии. Другие разработчики, такие как Элвис и Миландр, тоже будут вынуждены свои государевы заказы на 90 и выше не за рубежом делать, а на Микроне. Элвис не только производит чипы, но и сделал на 180нм набор IP блоков, пока достаточно простых, но тоже тектоническая подвижка в создании здоровой экосистемы. Есть планы, глаза у инженеров горят, поступательное движение есть. Побыстрее бы.

UPD. Обсуждение статьи у Юрия Панчула

Про производство микросхем: 8 комментариев

    • Не очень удачно сформулировал, да.

      Сегодня Микрон не сильно Фрискейлу по зарплатам проигрывает и точно выигрывает по интересности задач. А ключевых работников они вполне пытаются друг у друга перекупать. Получается у обоих редко, насколько мне известно.

  1. Прямо таки вот взял и всех спалил. Как тот парень-эмигрант у Довлатова с автобиографией. :)
    Егор — весь мир движется к конвергенции фабов. Кто сейчас остался на рынке при свечных заводиках — Интел, Самсунг, TSMC, GF кто еще? Кто еще может выкинуть N миллиардов на строительство и _загрузить_ производство?
    Строго мое ИМХО — воинам и всяким секретным товарищам навряд ли надо опускаться ниже 180нм. Там и стойкость никакая, и аналоговые части толком не сделаешь. Если же они хотят скажем мега DSP на 14нм — то тут не судьба. Разве что закупать большую партию — на весь срок жизни изделий- у потенциального противника. Как они в принципе всю жизнь и делали. Ну не потянет ни одна контора таких вложений, а государство не сможет его загрузить, что бы деньги отбить. Это надо весь оборонный заказ туда ахнуть. На танки — не останется.

    • Сань,

      ты не хуже моего знаешь, что экстраполяция хороша на очень коротких отрезках. Иначе глупость получается, вроде того, что «главной проблемой Лондона в конце двадцатого века будет вывоз лошадиного навоза».

      Ты назвал четыре конторы, одной из которых вообще без году неделя (да, я в курсе, что там гены АМД), другая вылезла в лидеры лет пять как, третья основана, 15 лет назад. А уж какую оскорбленную невинность изобразил бы из себя Интел год назад, если бы его в список фабов записали. С такими вводными говорить о длительных тенденциях как-то стремно.

      На самом деле, если поднакопить сил: инженерных, финансовых, бизнесовых, то шанс сделать фабу гденить нан на 9 у России куда лучше, чем у Тайваня с Китаем. У Европы есть IMEC, у штатов — Интел с IBM. У нас пока этого нет, но есть несколько научных команд, которые поставляют им решения. Чтобы эти команды работали с Микроном нужно дофига чего. Точнее 5*дофига+12. Но ежели тут будут вкалывать больше, чем в упомянутых местах, шансов ни у кого нет. Одна беда — нафига вкалывать, когда и так все в шоколаде? Удивительным образом в российской электронике не хватает голодных. Либо сытые, либо померли с голодухи.

  2. Глобальный рынок полупроводниковых компонент, по разным оценкам, занимает от 300 до 350 млрд долларов, рынок средств автоматизации проектирования, порядка 4 млрд. В экспертном сообществе существует убеждение, что технологический прорыв США в производстве полупроводников был обусловлен в основном наличием передовых САПР.
    Ключевые компании, производящие САПР, внесены в списки стратегически важных технологийUS Department of Commerce, Bureau of Industry and Security и US Department ƒ of State, Office of Defense Trade Controls. Существуют документы, в которых правительственные организации США дают четкие инструкции на предмет программистов и ученых в сфере САПР из России,
    что выливается только в заимствование знаний и разработок и профессиональную дискриминацию. Конкуренция с компаниями с российским участием, которые разрабатывали очень успешные продукты САПР (Gambit, Golden Gate, Polyteda, Nangate, Nassda, Silicon Valley
    Research, Symica), велась нерыночными методами, создаются препятствия и порой ведется саботаж их деятельности, что предотвращает появление новейших технологий разработки чипов, контролируемых русскими. Ключевые специалисты САПР отслеживаются спецслужбами
    США по процедуре Security Advisory Opinion, о чем свидетельствует пометки в загранпаспортах «Clearance received» и другие. Внутренние документы, почта, исходный код САПР российских компаний каким-то образом попадают к конкурентам в США. Правительство и лобистские группы проводят политику противодействия развития технологиям с оборонным значением вне
    США. Производящие САПР американские компании ограничивают доступ к новым технологиям и средствам проектирования для российских разработчиков, цены на продукты Cadence и Synopsys зачастую в разы выше аналогов по прайслисту на американском рынке (что
    бы не утверждали местные представители). Уровень цен на САПР делает невозможным вход молодых российских компаний на рынок проектирования ASIC / SoC в России. В то же время, пиратские копии EDA программного обеспечения делаются легко доступными, что выливается в
    невозможность российских игроков выхода на международные рынки, а также появления достаточного количества малых design houses для полноценной загрузки полупроводниковых фабрик в России. Капитализация электронных компаний в России не растет, бизнес не развивается. Вероятно, без продуманных протекционистских мер со стороны государства,
    российский рынок электроники развиваться достаточными темпами не будет. Российский рынок электронных компонент после кризиса 2008 растет, но как объемы реализации, так и объемы производства, составляют незначительную часть от глобального полупроводникового рынка, основное производство и разработка связаны со спецприменениями.
    Использование иностранной компонентной базы, ASIC, SoC, икроконтроллеров или программируемой логики, чревата проблемами безопасности — в свете последних скандалов с тотальной онлайновой слежкой NSA, отказом системы ПВО Ирака во время войны в заливе,
    выхода из строя обогатительных центрифуг в Иране, имевшей место хакерской атаке на энергетические объекты РАО ЕЭС и системы ПРО А-135 в Капотне, никто сейчас не может гарантировать, что используемое IP, такое как процессорные ядра Cortex на RTL Verilog, тем более аналоговые блоки, программы для проектирования Design/Physical Compiler и их последователи, лишены так называемых «закладок», как и не передают информацию о проектах к создателям программного обеспечения и спецслужбам в США.

    • *** Конкуренция с компаниями с российским участием, которые разрабатывали очень успешные продукты САПР (Gambit, Golden Gate, Polyteda, Nangate, Nassda, Silicon Valley
      Research, Symica), велась нерыночными методами ***

      Можете смело записать в список C Level Design ( http://en.wikipedia.org/wiki/C_Level_Design ) с русским основателем в моем лице. Инвестиции от Intel Capital, клиенты Fujitsu, Hitachi и другие — и да, да, абсорбция компании Synopsys-ом случилась после «конкуренции нерыночными методами» (у C Level был revenue, а у Synopsys-а в конкурирующем продукте — не было — см. http://www.deepchip.com/items/dac01-08.html

  3. Вопрос, повторюсь, не в том что сложно построить. Вопрос в том, что сложно загрузить.
    Россия например controlled country и ввоз сюда дизайнов крайне затруднен. То есть даже если государство построит завод и предложит чипы делать бесплатно то разве что китайское правительство сможет сюда что-то отдать.

    • Построить и научиться пользоваться тоже непросто, как выясняется. И без таких кирпичиков рынок не получится создать.

      Кстати, меня тут в роснано просвещали на предмет экспортного регулирования, все не столь однозначно, как мне казалось. Грубо говоря, если Бродком, ТСМС или АРМ госдеп может ласково приобнять, то на европейской конторе, обладающей ключевыми компетенциями в литографии, он вполне может и промолчать, поскольку выбора в поставщиках нет. А фабы собирают не только и не столько из американских комплектующих.

      Но в целом да. Что делать куда более сложный вопрос, чем кому и как.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>