Другая сторона 22nm: неизвестные герои Кремниевой долины


    Каждые несколько лет Intel анонсирует переход на новый технологический процесс. Если сюда добавить новости от других полупроводниковых компаний, то и года не проходит, чтобы та или иная из них не заявила о новом прорыве. Имена этих компаний хорошо известны и у всех на слуху. Но в их тени (совершенно незаслуженно) затерялась одна компания, труд которой незримо стоит едва ли не за каждым из технологических достижений в полупроводниковых технологиях. «Страна должна знать своих героев»…

    Речь пойдет о малоизвестной компании Applied Materials, которая просто делает своё дело вот уже более 45 лет. И вот сегодня на каждой фабрике по производству кремниевых чипов компании Intel, TSMC, Global Foundries, да и практически любой другой установлено оборудование Applied Materials, которое выполняет едва ли не самую мелкую работу, известную человечеству. При этом, дело не ограничивается производством микросхем, к производству жидкокристаллических экранов и солнечных батарей Applied Materials также приложила руку. Если какая-то компания имеет дело с кремниевыми пластинами, практически со 100% вероятностью можно заявить, что оборудование Applied Materials отвечает за бОльшую часть процесса производства.

    Логотип компании, кому доводилось видеть его раньше?

    В частности, когда Intel анонсировал переход на технологию 22 нм, он достиг этого, используя оборудование Applied Materials. Это не делает достижение Intel менее выдающимся: Applied Materials предоставляет оборудование, но на Intel лежит всё остальное от проектирования микропроцессоров до поиска подходящих химических составов. Также важно отметить, что AMD, Samsung и TSMC по сути имеют доступ к тому же самому оборудованию, что и Intel.

    Что такого в производстве микропроцессоров?


    Многие слышали о процессе литографии. Но если вы считаете, что изготовление процессорного кристалла только из него и состоит, то вы ошибаетесь. Да, литография это жизненно важная часть процесса, но для современных техпроцессов 45нм и 32нм, не говоря о 22нм Fin-FET, это лишь один из сотен этапов. После того, как поверхность кремния была подвергнута литографии, на ней выращиваются транзисторы и их соединения, с использованием комбинации гальванических процессов, ионной имплантации, химического осаждения, молекулярного наслаивания и многих других. Кроме того, большинство этих операций могут быть разбиты на десятки шагов.

    В интернете есть множество видеороликов, которые показывают производство микропроцессоров (например: этот).

    Все эти операции выполняются не одной машиной, например, для того, чтобы создать FinFET транзистор, требуется, по крайней мере, семь различных установок. Необходимо перемещать кремниевые пластины между этими установками, причем делать это в вакууме. Имея дело со слоями high-k диэлектрика, который толщиной всего лишь 10 атомов, даже один посторонний атом может испортить весь процессор.

    Установка для нанесения изолирующей пленки на стеклянную поверхность при производстве ЖК-экранов.

    На крупных фабриках весь процесс практически полностью автоматизирован – с использованием ПО, поставляемого Applied Materials. Чтобы получить некоторое представление о масштабах: фабрика, оперирующая пластинами диаметром 300мм, стоит по разным версиям от 5 до 15 млрд. долларов. Каждая установка производства Applied Materials имеет размеры порядка офисного стола и стоит от 2 до 6 млн. долларов. При средней цене 4 млн. это означает, что на одной фабрике может находиться более тысячи установок, и все они расположены в чистой комнате (площадью несколько тысяч кв. м.).

    Fab 42 — фабрика Intel в Аризоне ($5 млрд.), строительство завершится в этом году

    Любой каприз за ваши деньги


    Если каждая компания-производитель имеет доступ к одному и тому же оборудованию Applied Materials, то откуда же берется столь чудовищная разница в используемых техпроцессах? Почему Intel переходит на 22нм технологию с использованием FinFET, в то время как Global Foundries застряли где-то между 32нм и 45нм?

    На то есть две причины. Первая, как уже упоминалось, Applied Materials предоставляет оборудование, но разработка конкретного процесса остается за производителем чипов или фабрикой. Intel может использовать 8 слоев металлизации для соединения транзисторов, а AMD только 6. Intel может обнаружить вариант оксида гафния, который служит лучшим диэлектриком, чем используемый на TSMC и т.д. Каждый производитель микропроцессоров пользуется услугами лучших химиков мира, чтобы оставаться на острие конкуренции. И это их работа разбираться в возможностях и ограничениях оборудования Applied Materials и с его помощью получать лучший результат.

    Второе, хоть Applied Materials и поставляет стандартное оборудование – за $50млн можно купить полный комплект и немедленно начать производство по 45нм технологии! Но компания также работает с конкретными производителями, и обеспечивает требуемые им модификации. Если Intel необходимо изменить форму одной из насадок, или улучшить пьезоэлектрический преобразователь — Applied Materials с радостью возьмет на себя эту работу. Чем-то напоминает поход в автосалон: покупатель может захотеть форсировать двигатель или тонировать стекла. По сути своей, все автомобили идентичны, но доработаны согласно пожеланиям клиентов.

    Великий раздел.


    Получается, Intel не удалось бы достигнуть 22нм отметки без тесного сотрудничества с инженерами и химиками из Applied Materials. Но, с другой стороны, Applied Materials также известны и самые тёмные секреты о последних достижениях AMD. Нетрудно представить масштаб конфликта интересов, который имеет тут место. Что произойдет, если один из инженеров случайно выдаст один из секретов FinFET технологии сотрудникам другой компании?

    Чтобы избежать подобных проблем, в Applied Materials существуют отдельные команды, которые работают с каждым из крупных клиентов и никак не взаимодействуют друг с другом. В теории, инженер Applied Materials работающий с Intel никогда не встретит инженера работающего с AMD. Если в информационном пространстве это достигается разграничением прав доступа и подобными мерами, то насчет разграничения, происходящего в реальном мире, ничего конкретно неизвестно. Существуют ли отдельные кафетерии и рабочие помещения для каждой из команд? И не выглядит ли кампус Applied Materials в Санта-Кларе как дворец из одной детской книжки? :) Учитывая, что Applied Materials работает подобным образом уже более 40 лет, то вероятно они знают, как убедить своих клиентов в надежной защите их интеллектуальной собственности.

    Кто вспомнит, из какой книги этот дворец? :)

    Подобный уровень сотрудничества и доверия позволяет Applied Materials заключать многомиллиардные соглашения о создании оборудования и обмену интеллектуальной собственностью. И только благодаря этому на свет появляются технологии 22нм, 14нм и, в недалеком будущем 10нм.

    22нм и дальше


    Несомненно, мы уже подбираемся к границам возможностей кремниевой электроники (расстояние между двумя атомами кремния составляет 0.5 нм). Но такие технологии, как multi-patterning, иммерсионная литография и FinFET транзисторы, позволяют ожидать появления 14нм и 10нм процессоров в ближайшие несколько лет.
    По мере того, как размеры транзисторов сокращаются, растет точность операций по их изготовлению, а значит и стоимость изготовления одной пластины растет. Например, при переходе от 45нм к 14нм стоимость удваивается из-за сложностей создания FinFET-транзисторов, роста числа слоев металлизации, использования multi-patterning'а.

    При всём при этом Applied Materials продолжает делать свою часть работы, увеличивая выход годных кристаллов и снижая цену.
    Например, следующее поколение оборудования будет рассчитано на использование пластин, диаметром 450мм. Что снизит себестоимость отдельно взятого микропроцессора.

    Рост диаметра пластин, самые первые пластины в диаметре были всего лишь 25мм

    Или, создание новых подходов к изоляции проводящих связей (внутри микропроцессора в общей сложности находится более 100 км медного провода, который повинен в 30% энергопотребления и тепловыделения кристалла) позволяющих снизить на несколько процентов общее потребление процессора. Не так уж плохо, если учесть, что сейчас одна из основных метрик – время жизни батареи.

    Вот такая она: Applied Materials. Неизвестный герой Кремниевой долины, стоявший на острие прогресса полупроводниковой электроники еще до того, как Intel выпустила свой первый микропроцессор.
    Судя по текущему положению дел, опыту и портфелю технологий, компания находится в отличной форме, и способна продолжить свой путь к пределам кремниевой электроники, и за эти пределы.
    Intel
    177,00
    Компания
    Поделиться публикацией

    Комментарии 41

      +9
      Отличная компания. Хорошо делает свою работу. Респект и уважение. Так в любой отрасли. Есть те, которые всегда на виду, а есть те, кто просто хорошо делает свою работу, результаты которой активно используют первые.
        –25
        Это интел хорошо свою работу делают? Может и хорошо, конечно, но маркетинг они, в таком случае, делают еще лучше и стараются заработать на нем как можно больше.
          +1
          Не вижу в этом ничего плохого, не бесплатно же они должны Вам делать свою продукцию. А накрутка — она была, есть и будет.
            +1
            Так на чип ценой (при огромных количествах) в 1 доллар нужны еще исследования, и очень недешевые. Притом сегодняшние научные работы (которые «кушают» деньги уже сегодня) могут дать итог года через 3-4. Вот и получается, что в чипе за $100 Вы платите за НИР (для послезавтрашних потребителей!), полагаю, хотя бы полтинник — так же, как несколько лет назад НИР для Вас оплатили тогдашние покупатели.

            Еще $10-20-30 — накрутка торговли, еще $9-19 — «сверхприбыли» Интела, и $1 — сам чип :)
              –1
              Так то я не это имел в виду. Cкажем, ценовая пропасть между залоченным и разлоченным камнем достаточно велика и конечно же интел в этом никак не виноваты. 1156 — 1155 — 1150 все это могло бы стать одной платформой при отсутствии желания высасывать деньги?
                0
                «Законы рынка», будь они неладны. Чем больше вариантов, тем больше шанс пользователя запутать и заставить заплатить больше. О честности, согласен, они не очень говорят :)
                  0
                  Да, и это еще не все. А как вам новый теплоинтерфейс (самая настоящая термопаста) под крышкой термораспределителя нового ивика? На эту разработку ушло много денег и времени. Может быть именно она не дает разогнать вроде бы холодный 22нм процессор до ожидаемых значений? И да, кроме распиаренного 22нм техпроцесса, каков прирост производительности того же ивика? Пару процентов?
                    0
                    А чем вы производительность измеряете? На произвольных задачах сверхприроста никто особенно и не ждал. В основном: ускорение кодирования/декодирования видео и общая энергоэффективность.
                  +1
                  Кстати, про чип ценой в $1 — мягко говоря неправда.
              0
              Зачем первая картинка в статье весит почти полмегабайта?
                +2
                fixed, прошу прощения.
                +2
                А как же ASML? Мне казалось, что литографическое оборудование у Intel именно голландское.
                  +3
                  ASML производит только сами литографы (и является в этом монополистом — ~70%). На каждую литографическую стадию приходится много «химических» стадий (напыление (deposition) отчистка(etching) и т.д.), об этом и написано в статье.
                    0
                    поправлю, etching — это не очистка, а травление
                      0
                      Спасибо за поправку. В момент написания комментария русское слово из головы вылетело.
                      0

                      Простите, но в статье ни слова вообще про что-то конкретное, как вы там разглядели что много химический стадий, и как вам это стало очевидно прям загадка

                    +13
                    Семь подземных королей :-) Это про то, из какой книжки картинка.
                      +9
                      Дворец из книги «Семь подземных королей», одна из любимых серий моего детства.
                      upd: опоздал
                        +3
                        Картинка из книги Волкова — Семь подземных королей. На прошлой неделе дочке читал:)
                        upd: Надо обновлять комментарии)
                          +3
                          А на чьем оборудовании производит свое оборудование Applied Materials?)
                            0
                            да мне тоже всегда было интересно какие роботы собирают роботов, которые собирают продукт X.
                              +5
                              Чтобы познать рекурсию, надо познать рекурсию :)
                              +6
                              за $50млн можно купить полный комплект и немедленно начать производство по 45нм технологии!

                              То есть за 1,5 млрд. рублей.
                              Блин, а почему у нас 90нм за 16,5 миллиардов рублей — достижение:
                              Участниками проекта по созданию линии 90 нм, помимо «Роснано», стали ОАО АФК «Система», ОАО «Ситроникс», ОАО «НИИМЭ и Микрон», ЗАО «Амекс». Общий бюджет проекта составляет 16,5 миллиарда рублей.
                                0
                                Потому как оборудование купили у AMD. AMD — американская компания. Следовательно подпадает под ограничения США на экспорт высоких технологий. Из-за чего, у той же Intel, были проблемы при строительстве фабрики в китае (2009 год, нормы 90нм, пластины 300мм)
                                  +1
                                  Не уловил в вашей версии связи экспортных ограничений и стоимости.
                                  Это скорее создает временную задержку, а не влечет рост финансовых расходов.
                                    +1
                                    Прошу прощения. Не уточнил в комментарии выше. Речь была о технологических нормах.
                                    Финансы — ответственность гораздо более отдалённых от технологий людей.
                                    0
                                    Оборудование с фабрики AMD — у Ангстрема-Т.
                                    У Микрона — технология куплена у STMicroelectronics, оборудование от производителей.
                                    +5
                                    Вы как маленький, ей богу… У нас в стране на дело идет от 20% до 30% от выделенных средств. Остальное сами знаете куда. Плюс еще правильное оборудование гермозоны тоже не дешевое удовольствие, врят ли это включено в эту цену. Ангстрем в Зеленограде 2 или 3 раза переделывал в свое время. Еще и специалистов научить нужно этим оборудованием пользоваться. Насколько я знаю закупленная линия так и стоит нераспакованная, ибо работать на ней никто не умеет
                                      0
                                      согласен, цена оборудования не включает затраты на создание «чистой комнаты»
                                        +6
                                        Выделенные средства — это 6.5 млрд., остальное же частные деньги Ситроникса в виде 6.5 млрд. собственных средств и 3.5 млрд. в виде кредитов.

                                        И речь идет об «общем бюджете», что кстати и процитировано в конце фразы, поэтому сюда включено вообще всё, включая создание новых чистых зон. А за счет частичного использования инфраструктуры «Микрона» проект даже обошелся дешевле чем должен. Ну и да, линия не стоит, а выпускает чипы памяти сейчас.
                                          0
                                          [не туда]
                                            0
                                            Если уверены что Микрон с Роснано пилят — проходите в прокуратуру.

                                            Пол миллиарда долларов на 90нм производство — это по самому минимуму, никто никогда не строил такого дешевого 90нм производства. В статье же написаны цены на заводы — многие миллиарды долларов. И работа с не самыми новыми технологиями — затраты снижает не так сильно, как хотелось бы.
                                            +2
                                            Один комплект не означает завод.
                                            Никто не будет здание и всю инфраструктуру ради одного комплекта строить.
                                              –2
                                              Ну и 50 млн. это наверняка без монтажа, пусконаладки и пр. И еще присовокупить стоимость котлована с полной заморозкой грунта (наверняка ведь на болотах будут строить, чтобы от землетрясений в Индонезии не колбасило)… и еще ведь надо бетонную подушку, перекрытия, мраморные колонны и позолоченными грифонами!!.. Весь руководящий состав на обучение в Швейцарию отправить! 16.5 млрд. может и не хватить даже…
                                                +3
                                                Дело может быть не только в коррупции, но и в:
                                                * цене монтажа, транспортировки и настройки
                                                * цене инфраструктуры
                                                * стоимости проектной документации
                                                * в производительности
                                                  0
                                                  В статье неправда. Один литограф стоит до 100 млн $, полный комплект не может стоит 50кк.
                                                    0
                                                    Спасибо, а можно уточнить, что это за литограф и откуда такая информация?
                                                      +1
                                                      Под 100млн — это EUV литографы от ASML, всякие топовые TWINSCAN-ы на ArF лазерах — подешевле, ~60млн. Откуда инфа — цифры такого порядка часто видел в статьях, точные цифры само собой никто не говорит. Естественно, аппараты Applied Materials выполняют более простые функции и стоят намного меньше.
                                                  +2
                                                  Спасибо, читалось с интересом. Пойду ссылку смотреть на видео.
                                                    0
                                                    Автор слегка перегнул палку про 1000 станков данной компании на одной фабрике.
                                                    5 млрд $ = земля + строительство + чистые помещения (ну т.е. весь завод) + станки (да Боже, чтобы там линий 10-15 работало параллельно, на каждой до 10-15 «станков») + системы жизнеобеспечения (ну дистилят же им на машине привозят — верно?!)…
                                                      0
                                                      Вы же понимаете, тут главное порядок, а не точная цифра. Если бы я сказал, что станков не 1000, а 546.3 — это у вас бы больше доверия вызвало? :) Ну и кроме того, поздние новости о строительстве Fab42 говорят, что бюджет в $5млрд будет в итоге сильно превышен. Подозреваю, что суммарные траты, считая землю и прочее могут и до 10-15млрд дойти.

                                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                    Самое читаемое