![](https://habrastorage.org/webt/is/yp/9g/isyp9gamxxj9wsvhgw_twxv1yww.jpeg)
Летом 2022 года стало окончательно понятно, что китайская корпорация SMIC освоила производство микросхем по техпроцессу 7 нм.
Хотя специализированные процессоры MinerVa7 Bitcoin (SHA256 ASIC) мало кому интересны, но здесь любопытен технологический аспект. Получается, что если Китай освоил такой техпроцесс, то может в условиях торговых ограничений наладить производство CPU общего пользования, не уступающих процессорам TSMC (Apple, AMD) и Intel предпоследнего поколения?
Сразу появились подозрения, что китайский техпроцесс SMIC 7 нм скопирован с техпроцесса TSMC N7 образца 2018 года. И встал вопрос, какую фотолитографию использует Китай, ведь у них нет доступа к современным степперам ASML.
Вскоре компания TechReports провела реверс-инжиниринг чипов MinerVa7 Bitcoin и опубликовала более детальное сравнение техпроцессов, в котором подтвердила подозрения западных аналитиков.
![](https://habrastorage.org/webt/nh/qo/uo/nhqouoiv5lorjpml0otur7o9sio.jpeg)
Послойное сканирование микросхемы MinerVa7 AKA4573P1S0
Сравнение техпроцессов
SMIC | TSMC | |||
---|---|---|---|---|
N+1, 7 нм | N7 | N7 HPC/N7P | N7+ | |
Начало массового производства | Апрель 2022 | Сентябрь 2018 | Сентябрь 2019 | Ноябрь 2019 |
Технология литографии | 193i ArF SA-LELE | 193i ArF SA-LELE | 193i ArF SA-LELE | 193i ArF SA-LELE/EUV |
Направление M0/M1/M2/Mx | Однонаправленное | Однонаправленное | Однонаправленное | Однонаправленное |
Минимальная высота трека | 6Т (2×2 fin) | 6Т (2×2 fin) | 6Т (2×2 fin) | 6Т (2×2 fin) |
Схема расположения рёбер (fin) | SAQP | SAQP | SAQP | SAQP |
Затвор | SADP + Cut | SADP + Cut | SADP + Cut | SADP + Cut |
Разрыв диффузии (метод изоляции транзисторов) | SA-SDB | DDB | DDB | SA-SDB |
CT/CG | W-filled | Co filled | Co filled | Co filled |
M0 | однократный дамаскенаж, медь | однократный дамаскенаж, медь | однократный дамаскенаж, медь | однократный дамаскенаж, медь |
M1/V0 | двойной дамаскенаж, медь | двойной дамаскенаж, медь | двойной дамаскенаж, медь | двойной дамаскенаж, медь |
- M0: Metal Zero, обычно локальный интерконнект в стандартной схеме ячеек
- M1: Metal 1
- M2: Metal 2
- Mx: прочие металлические слои, помимо M2
- SAQP: самовыравнивающаяся четверная схема
- Дамаскенаж: техника фотолитографии
- SDB: single diffusion break (одинарный разрыв диффузии)
- DDB: double diffusion break (двойной разрыв диффузии)
Для справки, в таблице ниже приведены характеристики техпроцесса TSMC N7 для разных слоёв:
![](https://habrastorage.org/webt/tt/ap/f6/ttapf6lwm-mial1vfktmdrb-qtw.png)
Очевидно, что SMIC во многом повторяет техпроцессы TSMC 2018–2019 годов. Но это не полное копирование какого-то единственного техпроцесса, а сочетание наработок TSMC из нескольких технологических поколений. Из отчёта TechReports:
При детальном рассмотрении чипа MinerVa7 мы обнаружили, что в техпроцессе SMIC 7 нм реализован более плавный переход между компонентами, что отличает её от TSMC N7+ и Intel 10-нм, которые для изоляции транзисторов используют технологию SDB (однократный разрыв диффузии).
На иллюстрации показано, чем отличается DDB от SDB:
![](https://habrastorage.org/webt/vv/su/4q/vvsu4qddbfh5je2ulktipqbxkjq.png)
Анализ TechReports показал значительное сходство в технологическом процессе, дизайне и инновациях между SMIC 7 нм и TSMC 7 нм. Но эксперты пояснили, что SMIC будет очень сложно произвести сложные CPU, которые более чувствительны к возможным отклонениям производственного процесса, чем эта относительно простая микросхема ASIC.
![](https://habrastorage.org/webt/0m/dh/nc/0mdhncms1aayoesqdeto7zhhh6y.jpeg)
Скорее всего, из-за торговых ограничений у SMIC нет полного набора вспомогательных библиотек IP, обычно предоставляются поставщиками EDA, такими как Synopsys, Cadence и Mentor Graphics. Есть вероятность, что SMIC не имеет возможности разработать и изготовить под заказ полный дизайн SoC. Кроме того, передача ARM IP (ARM POP) в Китай тоже невозможна из-за существующих торговых ограничений, что существенно затруднит будущее производство.
Фотолитография
Освоение 7 нм китайскими компаниями было вопросом времени, потому что большинство существующих вариантов этого техпроцесса не настолько продвинуто, чтобы использовать фотолитографию в глубоком ультрафиолете (EUV). Поэтому Китай смог наладить производство на относительно старом оборудовании, которое имел в своём распоряжении.
Например, на старом техпроцессе 7 нм производятся микросхемы Apple A12, AMD Zen 2, Snapdragon 855, а на новом — Apple A13, AMD Zen 3 и Snapdragon 865+.
Для уменьшения размера узлов в рамках одного технологического процесса на старом оборудовании используется многократное шаблонирование интегральной схемы в процессе литографической экспозиции. Для изготовления компонентов по техпроцессу 7 нм обычно требуется четырёхкратная экспозиция. Расчёт такой структуры требует определённых интеллектуальных ресурсов, но теоретически это возможно и на старом оборудовании, что и продемонстрировала SMIC.
![](https://habrastorage.org/webt/2g/cv/ql/2gcvqla1njdqqtvajmvin8xdr2a.png)
Однако закупить новые EUV-степперы ASML по официальным каналам уже не получится из-за торговых ограничений, так что SMIC придётся искать выход из этой ситуации.
Копирование — естественный процесс
Многие специалисты считают, что в копировании передовых западных технологий нет ничего зазорного. Это вполне естественный процесс передачи опыта и знаний. Такой процесс свободно идёт в науке, промышленности, искусстве и многих других областях интеллектуальной деятельности. Он способен обходить искусственно созданные барьеры.
Торговые ограничения могут помешать передаче физического оборудования, но не знаний.
![](https://habrastorage.org/webt/bd/g2/3c/bdg23cjurf5vxnj0zx3rwhhdyfm.jpeg)
Носителями знаний являются люди, поэтому самый логичный способ перенять передовой опыт — пригласить ведущих разработчиков, изобретателей технологий, учёных, талантливых и умных исследователей. Именно так и поступила корпорация SMIC, которой в 2017 году удалось пригласить на работу гениального инженера и топ-менеджера Лианг Монг Сонга (Liang Mong Song, 梁孟松, список научных работ), который почти двадцать лет работал в TSMC, закончив на должности со-CEO. С ним перешёл коллектив из около двухсот (!) инженеров.
На самом деле история немного сложнее. Сначала Сонга пригласила Samsung в 2010 году — он помог южнокорейской компании наладить производство 14/16 нм. А когда уже спустя семь лет переходил в SMIC, тогда к нему присоединились сотен тайваньских и корейских инженеров, многие из которых тоже раньше работали в TSMC.
![](https://habrastorage.org/webt/2t/zd/gm/2tzdgm8r2rxvuvqwl0t28eitzkm.gif)
В принципе, такой коллективный переход сотрудников из одной компании в другую — нормальное дело в современном бизнесе. Такое случалось в истории Fairchild Semiconductor, Zoom, Facebook и других фирм. Если коллектив специализируется на инновационных разработках в своей области, то вполне логично сделать это своим бизнесом — и оказывать помощь всем компаниям по очереди. В свою очередь, после запуска инновационного техпроцесса компания может какое-то время двигаться по накатанной — и эти инноваторы ей больше не нужны, так что они идут дальше.
![](https://habrastorage.org/webt/ip/pb/6c/ippb6cfsyemifjo501ce2gf9nde.jpeg)
На самом деле количество гениев в мире крайне ограничено, это редкие люди. В какой компании они работают — у той компании больше шансов добиться научно-технического прогресса и превзойти конкурентов. Поэтому на лучших в мире специалистов идёт своеобразная охота — их пытаются переманить, а текущие работодатели всячески препятствуют этому юридическими и финансовыми способами.
В любом случае, копирование технологий — естественный процесс. И если у компаний нет возможности покупать западные технологии, то перенимать передовой опыт и налаживать самостоятельное производство — это возможный выход из ситуации.
![](https://habrastorage.org/webt/_p/ek/h7/_pekh7ql8qvrknjvu9aq8_l9l1u.png)
Насколько у китайских компаний получится сократить технологическое отставание от западных компаний, и получится ли это вообще — покажет время. Сейчас можно сделать вывод, что оно сократилось примерно до трёх-четырёх лет. Но дальнейший прогресс затруднён, потому что самые современные техпроцессы TSMC, Intel и Samsung используют новейшие EUV-степперы. ASML запрещено их продавать, а производство подобного оборудования на территории Китая пока отсутствует.
Скачок с 14 нм на 7 нм занял у SMIC всего лишь два года. Для сравнения, TSMC потребовалось три года для перехода с 16 нм на 7 нм с промежуточным этапом 10 нм, а Samsung потребовалось пять лет для перехода с 14 нм на 7 нм с промежуточным этапом 10 нм. Очевидно, это заметное достижение SMIC и всей промышленности Китая, у которой нет доступа к передовому западному оборудованию и технологиям.