Современные микроэлектронные технологии — как «Десять негритят». Стоимость разработки и оборудования так велика, что с каждым новым шагом вперёд кто-то отваливается. После новости об отказе GlobalFoundries от разработки 7 нм их осталось трое: TSMC, Intel и Samsung. А что такое, собственно “проектные нормы” и где там тот самый заветный размер 7 нм? И есть ли он там вообще?


Рисунок 1. Транзистор Fairchild FI-100, 1964 год.

Самые первые серийные МОП-транзисторы вышли на рынок в 1964 году и, как могут увидеть из рисунка искушенные читатели, они почти ничем не отличались от более-менее современных — кроме размера (посмотрите на проволоку для масштаба).

Transistor feature size is decreasing despite constant rumors about the death of Moore’s law and the fact that industry is really close to physical limits of miniaturisation (or even went through them with some clever technology tricks). Moore’s law, however, created user’s appetite for innovation, which is hard to handle for the industry. That’s why modern microelectronic products aren’t just feature size scaled, but also employ a number of other features, often even more complicated than chip scaling.


Disclaimer: This article is a slightly updated translation of my own piece published on this very site here. If you're Russian-speaking, you may want to check the original. If you're English-speaking, it's worth noting that English is not my native language, so I'll be very grateful for the feedback if you find something weird in the text.

“CVAX — когда вы забатите довольно воровать настоящий лучший”.
Надпись, оставленная американскими инженерами для советских коллег в топологии микропроцессора.

Реверс-инжиниринг микросхем — головная боль производителей с самых первых лет существования микроэлектроники. Вся советская электроника в какой-то момент была построена на нем, а сейчас с гораздо большим размахом тем же самым занимаются в Поднебесной, да и не только в ней. На самом деле, реверс-инжиниринг абсолютно легален в США, Евросоюзе и многих других местах, с целью (цитирую американский закон) “teaching, analyzing, or evaluating the concepts or techniques embodied in the mask work or circuitry”.

Самое частое легальное применение реверс-инжиниринга — патентные и лицензионные суды. Промышленный шпионаж тоже распространен, особенно с учетом того, что электрические схемы (особенно аналоговые) часто являются ключевой интеллектуальной собственностью и редко патентуются — как раз для того, чтобы избежать раскрытия IP и участия в патентных судах в качестве обвиняющей стороны. Разумеется, оказавшись в ситуации, когда нужно защитить свою интеллектуальную собственность, не патентуя ее, разработчики и производители стараются придумать способы предотвращения копирования своих разработок.

Другое не менее (а то и более) важное направление защиты микросхем от реверс-инжиниринга — обеспечение безопасности информации, хранимой в памяти. Такой информацией может быть как прошивка ПЛИС (то есть опять-таки интеллектуальная собственность разработчика), так и, например, пин-код от банковской карты или ключ шифрования защищенной флэшки. Чем больше ценной информации мы доверяем окружающему миру, тем важнее защищать эту информацию на всех уровнях работы обрабатывающих ее систем, и хардварный уровень — не исключение.

Самый первый транзистор был биполярным и германиевым, но подавляющее большинство современных интегральных микросхем сделаны из кремния по технологии КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник). Как вышло, что кремний стал главным из многих известных полупроводников? Почему именно КМОП-технология стала почти монопольной? Были ли процессоры на других технологиях? Что ждет нас в ближайшем будущем, ведь физический предел миниатюризации МОП-транзисторов фактически достигнут?


Если вы хотите узнать ответы на все эти вопросы — добро пожаловать под кат. По просьбам читателей предыдущих статей предупреждаю: там много текста, на полчаса.

Примерно в каждой второй теме на Хабре, касающейся космонавтики или электроники, всплывает тема радиационной стойкости. Через новости об отечественной космонавтике красной нитью проходит тематика импортозамещения радстойкой элементной базы, но в то же самое время Элон Маск использует дешевые обычные чипы и гордится этим. А изральтяне в «Берешите» использовали радстойкий процессор и тоже гордятся этим. Да и в принципе микроэлектронная отрасль в России живет по большей части за счет госзаказа с соответствующими требованиями. Наблюдение за регулярными спорами насчет того, как надо правильно строить спутники, показывает, что подготовка участников обычно невысока, а их аргументация отягощена стереотипами, случайно услышанными вырванными из контекста фактами и знаниями, устаревшими много лет назад. Я подумал, что читать это больше нет сил, поэтому, дорогие аналитики, устраивайтесь поудобнее на своих диванах, и я начну небольшой (на самом деле большой) рассказ о самых популярных заблуждениях на тему того, что такое радиационная стойкость интегральных микросхем.


Рисунок 1. Непременная красивая картинка про космическое излучение и хрупкую Землю.

16 мая в МИЭТ (Зеленоград) прошел уже традиционный семинар-встреча с японскими разработчиками и производителями компактной технологической линеек, так называемого Minimal Fab.


Предыдущий большой семинар проходил там же в 2017, и на youtube есть почти трехчасовая запись. Давно хотел написать большую заметку на эту тему, собрал много материала, а после этой встречи окончательно «дозрел». Все-таки живая встреча, с вопросами-ответами, гораздо эффективнее, чем изучение статей. К тому же, в последнее время появилось несколько статей, где эта линейка освещается однобоко, в каком-то восхищенном и не совсем адекватном ключе «восхищения». Давайте разбираться…

### Часть 1. Золотое «Ку»

Лет в шесть мне попался в руки дедовский справочник^[50] по грузовым автомобилям середины 20-го века. Добротный, напечатанный на гладкой плотной бумаге раритет. Единственное, что вообще осталось на память от деда после распада страны, войн и переездов.



В справочнике содержалось множество интересных ТТХ, так что слово «грузоподъёмность» стало мне знакомо с раннего детства. И когда отец на прогулке упомянул, что любой грузовик весит столько же, сколько увозит сам, я это запомнил. Запомнил и, много позже, заинтересовался.

Отец был прав. Для грузовиков 60-х годов это правило выполняется с довольно удивительной точностью:

Всем привет.

На написание этой небольшой статьи меня натолкнул спор касательно выбора телевизора.

Сейчас в этой области — равно как в «мегапикселях для камер» — царит маркетинговая вакханалия в погоне за разрешениями: HD Ready давно сменились на Full HD, а уже становятся всё более популярными 4К и даже 8К.

Давайте разберёмся — а что нам реально-то нужно?

Зачем вообще делать столярную мастерскую? Однозначного ответа у меня нет. Если вам просто хочется делать что-то руками из дерева, то есть мастерские, в которые можно прийти, заплатить деньги за аренду станков и рабочего места, и сделать всё там. Необязательно иметь свое помещение и собственное оснащение. Если же вы хотите заниматься деревообработкой как бизнесом, то конкуренция здесь высокая, найти свою нишу сложно. Поэтому я начну с объяснения моих собственных мотивов.

Идея написать популярно про большие числа пришла во время чтения недавней статьи, речь в которой шла о числах-гигантах, имеющих хоть какой-то физический смысл. И заканчивается она упоминанием числа Грэма. Того числа, которое будет точкой отсчета сегодняшней статьи. Чтобы представить себе масштабы бедствия я настоятельно рекомендую предварительно прочитать вот эту статью, в которое объясняется о числе Грэма на пальцах^_TM — там автор очень красочно и последовательно рассказывает о границах восприятия, в которые мы себя зажимаем, когда говорим о больших числах.

Жил-был Петя, у него была собственная хлебопекарня «Свежая булочка». В пекарне работало три мощные электропечи. Пекарня была подключена к линии электропередач напряжением 110 кВ. Такую линию считают высоковольтной. Обычные дома подключены к линиям 220, 380 В, то есть почти в тысячу раз меньше. Петя является так называемым промышленным потребителем, он покупает электроэнергию для своей хлебопекарни у компании «МойЭнергоСбыт». По сути всех потребителей электроэнергии можно разбить на две большие группы: промышленные потребители и население. В России в 2017 году на долю промышленных потребителей пришлось около 85% всей потребляемой электроэнергии. Цена на электроэнергию для Петиной «Свежей булочки» в том же 2017 году составила 4 руб./кВт·ч, то есть за каждые 250 кВт·ч Петя заплатил мешок денег — 1000 рублей.