私たちが店で買うプロセッサ、ビデオカード、マザーボードがどこで設計され、作られているのか、なぜロシアではないのか、多くの人がおそらく何度も疑問に思ったでしょうか？ なぜそうなのか、オイルだけを汲み上げることができるのか？



超小型回路の生産を開始するにはどれくらいの費用がかかりますか？また、なぜ22nmの工場では、世界中のほとんどの超小型回路がまだ「時代遅れの」180nm-500nm装置を使用して作られていますか？



これらおよび他の多くの質問への答えは、カットされています。

マイクロエレクトロニクスの生産はどのように機能し、どのくらいの費用がかかりますか？

シリコンウェーハ上のトランジスタは、ステッパーまたはスキャナーと呼ばれるデバイスを使用して、フォトリソグラフィーを使用して描画されます。 ステッパー-フレーム全体（最大26x33mm）を描画し、新しい位置に移動します。 スキャナー-マスクとプレートを同時に移動して、各瞬間にフレームの中心に1本の狭い「線」のみを描画し、光学系の収差が画像に与える影響を少なくします。







ステッパー/スキャナーの主な特徴は、動作する光の波長（i-line水銀灯-365nm、次にエキシマレーザー-248nmおよび193nm）、およびレンズの開口数です 。 波長が短く、開口が大きいほど、レンズは回折限界に応じて細部を描くことができます。







たとえば、193 nmの波長と1.35の開口数を持ち、k1 = 0.4（「トリック」のないフォトリソグラフィの通常の値）を備えた最新のスキャナーASML NXT 1950iの場合、57 nmの理論解像度が得られます。 位相マスク、多重露光、光近接効果補正、 軸外照明 、光の偏光などのトリックを適用して、最小要素を最大22nmにします。



ステッパー/スキャナーのその他のパラメーターは、生産性（処理できるプレートの1時間あたりの数、最大220プレート）、および位置合わせ誤差（特定の位置に対するプレートの位置決めに失敗するナノメートル数です。最新のスキャナーでは、最大3-5 nm）。



ステッパー/スキャナーは、そのようなマスク（サイズが約15x15 cmの微細回路パターンを備えたガラス板）の4〜5倍に縮小された画像を正確に指定された場所に印刷します。







画像を（異なるマスクで）印刷する操作を〜10回（最も単純で最も古いマイクロ回路の場合）から〜40回繰り返して、マイクロ回路上に必要なすべての層を形成する必要があります（トランジスタ自体から始まり、2-10層の金属化合物で終わる）。 フォトリソグラフィー操作の間、プレートはさまざまな処理を受けます-それらはオーブンで1100度に加熱され、溶液とプラズマでエッチングされます。 出口では、プレートは個々の結晶に切断され、テストされ、ハウジングに配置されます。



テクノロジーの「クールさ」は、描画される最小要素のサイズによって測定されます（トランジスタの個々の部分、たとえばゲートは、この数値よりも小さい場合も大きい場合もあります-つまり、この値はまったく任意です）。 トランジスタが小さいほど、マイクロ回路の動作が速くなり、より多くの結晶がウエハーに収まることは明らかです（ただし、最高速度が必要なすべての場所ではありません）。



13.5nmの波長とミラー光学系により、EUVリソグラフィへのゆっくりとした苦痛の移行が始まります。 EUVスキャナーは、通常の193nmよりもさらに高価で低速であり、達成可能な解像度でそれらを凌ぎ始めています。

プロセッサの価格はいくらですか？

数値は大まかな見積もりであり、NDAがなければどこでも正確ではありません。



チップ開発者の1つの職場のソフトウェアライセンス-年間2万ドルから100,000ドル以上。 もちろん盗むことはできますが、周りのみんなが見ています。



次はマスクの製造です。 単一の損傷を与えてはならず、その製造は非常に高価です：1000nmのチップのセットでは〜7'000 $、180nmのチップでは〜100'000 $、32nmのチップでは〜5'000'000 $まで。 しかし、チップはおそらく最初は動作しません-エラーを見つけた後、マスクをやり直す必要があります。 この問題は、多くの顧客からのテストチップを1つのマスクセットに配置することで部分的に解決できます。その後、全員がマスクセットの価格の1/3〜1/10の小さなテストチップを受け取ります（これはシャトルまたはMPW-マルチプロジェクトウェーハと呼ばれます）。



製造された各プレートの価格は、1000nmあたりの古いテクノロジーでは100〜400ドル、180nmでは〜1000ドル、最新のものでは最大5000ドルです（ナノメーターに加えて、テクノロジーの複雑さも影響します-単純なロジックは安く、フラッシュメモリは高価ですが、時にはない） プレートのサイズについても覚えておくことが重要です：最新の植物は現在、直径300 mmのプレートで動作します-面積が200 mmのプレートの約2倍です（ロシアでは現在、Mikron、Integral、Angstrom-Tの霧深い未来で使用されています）。古い150mmの約2倍。 より大きなウェーハは、より多くの注文でより低コストの超小型回路を得ることを可能にします。 100枚のプレートの製造の動作数は、直径に関係なくほぼ同じです（これは、楽観的な推定によると、2018年に直径450 mmのプレートへの先進生産の計画移行の理由の1つです）。



多かれ少なかれ近代的な28 / 32nmの技術を使用してx86互換プロセッサ（または他の比較的複雑なチップ）を開発したいとします（22nmですが、まだ商業的な注文はありません-技術へのアクセスは時々愛のようです：お金のために販売されていません）。 特許のコストの問題は省略していますが、これは一般的に非常に悲しいトピックです。 開発に200神話的な人年が必要だと仮定します（これは、最初であると主張しない控えめなプロセッサを作成する場合です）。



ソフトウェアライセンス-5万ドル* 100 = 5百万ドル（概算であり、誰もがライセンスを必要とするわけではありません）。

開発者の給与-3 k $ * 1.5（税）* 12 * 200 = $ 10.8 millionとしましょう

MPWでのテストの開始-$ 2 * 150万

大量生産用のマスクの生産2 * 500万ドル= 1,000万ドル（2-どんなに頑張っても、最初は機能しないため）



合計-2880万ドル



これは、Non-recurring engineering（NRE）と呼ばれるものでした。これは、生産量とイベント全体の成功に依存しない1回限りのコストです。



200mm2の面積のプロセッサを入手した場合、直径300mmの32nmテクノロジープレートの価格は5000ドルになります。プレートから70690/200 = 350個の結晶が得られます（トップの見積もり）。 クリスタルの価格は16.6ドル、パッケージング後は20ドルです。 そのようなプロセッサは現在どのくらい販売できますか？ 50ドル？ 100ドル？ 税を差し引き、マージンを保存する...



そして今の問題は、NRE、ローンの利子、税金などを取り戻すために、そのようなプロセッサーをどれだけ売る必要があるかということです。 百万？ 500万？ そして、主要な問題は、競合他社が最終製品より500万も高くないという前提で、これらの500万個のプロセッサを販売できるという保証があるかどうかです。



これは非常に地獄的なビジネスです-莫大な設備投資、莫大なリスク、せいぜい中程度の利益。



中国-独自の方法で問題を解決し、すべての学校にプロセッサとLinuxを搭載したコンピューターを設置することを決定-生産量の問題は解決されました（ （1） （2） ）。



したがって、チップを作成する際の主な問題は、どのように、どこで生産するかではなく、結果として得られる何百万もの製品をどのように開発して販売するかです。

また、プラントを建設するにはどれくらいの費用がかかりますか？

現代の工場の費用は50億ドル以上に近づいています 。 ライセンスやその他の固定コストのコストは生産量にあまり依存しないため、この量が得られます。また、大量生産にコストが「分配」されるように大量生産を行うことは有益です。 そして、最新のスキャナー（実際にこれらの22–32 nmのパーツを描画する）のコストは60–1億ドルです（大規模な工場では数十ダースあるかもしれません）。 原則として、50億-全国的にはそれほど多くありません。 しかし、もちろん、投資収益率の明確な計画なしに50億を費やす人はいません。 そして、状況はこれです-業界のすべての複雑さにもかかわらず、独占者だけが目に見える利益で働いています（TSMC、Intel、Samsungおよび他のいくつか）、残りはほとんどやりくりしません。



それは私の頭に収まりませんでした-何十億ドルを投資し、辛うじてそれらを打ち負かすのはどうでしょうか？ すべてがシンプルであることが判明しました-マイクロエレクトロニクスは世界で最も厳しい補助金を受けている産業です-工場は常に免税、ソフトローン、ダンピングを請います（中国ではさらに進んでいます-SMICは公費で工場を建設し、次にそれらを「管理」します-これはリバースと呼ばれます） Build-Operate-Transfer ）。 新しいテクノロジー（45nm、32nm ...）がそれぞれ出現した後、それを所有する最初の独占工場が主な利益を削減し、開始から2-5-10年後に来る人々はほとんど費用を負担せざるを得ません。 その結果、ここでお金を稼ぐことは非常に困難です（独占や補助金なしで）。



これはロシアでも理解されているようです-そして、大規模なマイクロエレクトロニクス工場のプロジェクトは延期されており、小さな産業を建設しています-お金を失っても、失うものはほとんどありません。 また、Mikronで月に3,000枚のプレートが生産されます。これは、メトロチケットの消費と正面からの防衛産業をカバーします（メトロチケットクリスタルのサイズは0.6x0.6mmで、200mmプレートでは、メトロで87'000チケットを取得します-しかし、チケットの悲しい話次のいずれかの記事でメトロについて説明します）。



一般的な信念に反して、マイクロエレクトロニクス機器のロシアへの販売には特別な制限はありません。大統領の一時停止は米国のジャクソン・ヴァニクの修正に毎年課されており、定期的な輸出許可を取得する必要があります。 機器メーカー自身はより多くのお金を稼ぐことに非常に興味があり、彼らの側では許可の発行を蹴っている。 しかし、当然、お金がなければ誰も何もしません。 だからあなたのお金のために-気まぐれ。



ただし、工場は生産の完全な独立性を保証するものではなく、海外での生産よりも安くないことを覚えておく必要があります。主なコストは技術/ライセンスと購入した機器のコストです。できません。 とにかく多くの消耗品も輸入する必要があります。 別の問題点はマスクの製造であり、非常に大きな工場だけが独自のマスクの製造を行うことができます。

そして、幸福には何ナノメートルが必要ですか？

それは多くのようです-ここでは、Intelには22nmがあり、90nmにはあります-どれほど絶望的に遅れているのですか、トラクターを与えてください...しかし、コインには別の側面があります：たとえば、同じマザーボードを見てください：半導体デバイスの数百-MOSFET、ドライバ、パワーマイクロサーキット、あらゆる些細な些細なこと-1000nmの技術でそれらのほとんどすべてに十分です。 すべての産業用電子機器、および宇宙および軍事用の超小型回路-これは、180nm厚い技術のほぼ100％です。 したがって、最新のテクノロジーは、中央処理装置（市場に参入するための高いリスクと高いしきい値のために行うのが非常に困難/高価です）、およびさまざまな「暗殺者」（iPhoneなど）にのみ必要です。 戦争が突然起こり、ロシアが輸入を失うと、「ジャックオーク」なしで生きることが可能になりますが、産業用、宇宙用、軍事用の電子機器なしでは生きられません。 つまり 実際、可能であれば、ロシアにとって重要なことはロシアで行われている（または将来のために購入された）ことがわかり、ピンチで暮らすことなくそれをインポートすることができます。



他の要因があります-マスクの同じコスト。 単純な超小型回路を作成する必要があり、そのために500万ドルで32nmのマスクを作成する場合、この超小型回路を数千万コピーで作成すると有益です。 そして、必要なのが10万個のマイクロサーキットだけである場合、マスクを節約し、「最も厚い」技術に従ってマイクロサーキットを作成する方がより有益です。 さらに、超小型回路ピンが接続される超小型回路上に接触パッドがあります-それらを減らす場所はないため、超小型回路面積が接触パッド面積に匹敵する場合、より高度な技術を使用して超小型回路を作成することも意味がありません（もちろん「厚い標準」が要件を満たしている場合速度と消費電力）。



その結果、世界の大部分の超小型回路は「厚い」技術（350-500 nm以上）を使用して製造され、ロシアの工場から輸出された数十億個のマイクロチップ（ほとんどがプレートの形）が非常に要求され、販売されています回路基板と携帯電話にはチップとパワートランジスタがありますが、外国名で呼ばれています）。



そして最後に、アメリカのF-22ラプターは、1984年に開発されたIntel 960mxプロセッサで最近まで飛行し、その後、アメリカでの生産は1000-1500nmの標準でした。 （さて、彼らは少し賑やかだった）。 主なものはナノメートルではなく、最終製品の技術仕様への適合性です。

まとめ

エルフの市場経済とマイクロエレクトロニクスの生産は相容れないものです。 掘り下げるほど、市場が見えなくなり、補助金、カルテルの陰謀、特許の制限、その他の「自由市場」の喜びが増えます。 この業界のビジネスは大きな頭痛の種であり、巨大なリスク、過剰生産の絶え間ない危機、独占者の間での利益のみを抱えています。



ロシアでは、独立性を維持するために、損失を少なくするために、小規模であるが自社の生産を試みていることは驚くことではありません。 市場の状況で利益を上げることはできません。



さて、すべてのマイクロ回路が22-32nmの生産を必要とするわけではありません。マスクのコストと生産量により、大部分のマイクロ回路は古い180-500nm装置で生産する方がより利益があります。



次の記事では、宇宙および軍事用マイクロエレクトロニクスの特徴、およびロシアのマイクロエレクトロニクスの現状について説明します。