डिजाइन मानकों के बारे में थोड़ा सा और यह अपने आप को माइक्रोक्रेसीट करते हैं

कुछ दिनों पहले, इंटेल ने घोषणा की कि विनिर्माण समस्याओं (अपर्याप्त उपज) ने इस साल के अंत से अगले की शुरुआत तक 10 एनएम के डिजाइन मानकों पर वाणिज्यिक उत्पादन की शुरुआत को स्थानांतरित करने के लिए मजबूर किया। और TSMC ने इस साल पांच दर्जन परियोजनाओं के साथ 7 एनएम का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू कर दिया है। यह सिक्के का एक पक्ष है।

दूसरा पक्ष कल संयुक्त राज्य अमेरिका के एक स्कूली बच्चे के बारे में एक लेख का अनुवाद है, जिसने बार्समोन्स्टर को विफल किया और गैरेज में एक चिप का उत्पादन किया। डिजाइन मानकों के साथ 175 माइक्रोन!

इस अनुवाद पर टिप्पणियों में, "ओपन-सोर्स प्रोसेसर खरीदने के लिए कब संभव होगा?", "माइक्रोक्रेक्युट्स के लिए 3 डी प्रिंटर कब दिखाई देंगे?", और मैंने 10 एनएम और 175 माइक्रोन के डिजाइन मानकों के साथ क्या हो रहा है? , शौकीनों और छोटी कंपनियों के लिए उनकी पहुंच के संबंध में।

स्पॉयलर: खनन के लिए ASIC बेहद महंगा (दसियों लाख डॉलर) है।

क्या कुछ पुराने डिज़ाइन मानकों के अनुसार निर्मित है?

सामान्य तौर पर डिजाइन मानक क्या हैं? शास्त्रीय अर्थ में, वाक्यांश "एक्स नैनोमीटर के डिजाइन मानक" का मतलब था कि ट्रांजिस्टर के गेट की लंबाई समान एक्स नैनोमीटर है। कुछ बिंदु पर शुरू (20 एनएम से नीचे), ट्रांजिस्टर के आकार में कमी (जिसे मूर के नियम के रूप में भी जाना जाता है) ने काम करना बंद कर दिया, मुझे विभिन्न चालें (उदाहरण के लिए, FinFET) का आविष्कार करना पड़ा, लेकिन विपणक अनुभवहीन थे: खजाने के आंकड़े को और नीचे ले जाने की आवश्यकता है। इसलिए, आधुनिक 10 एनएम प्रक्रियाओं में, वास्तविक चैनल की लंबाई समान 20 एनएम है। लेकिन इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि अपने अस्तित्व के पहले दशकों में, मूर के कानून ने अर्धचालक उद्योग को आगे बढ़ाया, न केवल इसलिए कि कम स्टेपर है, बल्कि इसलिए भी कि अगली पीढ़ी के डिजाइन मानकों में प्रत्येक ट्रांजिस्टर पिछले एक की तुलना में सस्ता था। यही है, एक ही आकार के एक चिप पर एक ही पैसे के लिए अधिक कार्यक्षमता डालना संभव था। लेकिन यह समाप्त हो गया, और 28 एनएम सबसे सस्ता ट्रांजिस्टर के साथ डिजाइन मानक थे, जिसके बाद ट्रांजिस्टर मूल्य में वृद्धि करने लगे। यह, बदले में, इस तथ्य के कारण है कि कई अनुप्रयोगों के लिए, उन्नत डिजाइन मानकों पर स्विच करना आर्थिक रूप से नुकसानदेह हो गया है। और यह उन उद्योगों पर लागू होता है जहां छोटे डिजाइन मानकों का पारंपरिक रूप से व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है, लेकिन ऐसे अनुप्रयोग भी हैं जहां उन्हें वैसे भी ज़रूरत नहीं थी।

आइए दुनिया के सबसे बड़े TSMC कारखाने (पूरे बाजार का लगभग आधा) की बिक्री में कटौती को देखें। 2015 के तिमाहियों में से एक शीर्ष पर है, 2009 तल पर है।



हम इन रेखांकन में क्या देखते हैं? तथ्य यह है कि 2009 और 2015 में, दो सबसे पतली डिजाइन मानकों ने TSMC को सभी राजस्व का केवल आधा हिस्सा दिया, और यह कि 15-20 प्रतिशत कम से कम दस साल पहले प्रौद्योगिकी लाते हैं! 2009 के चार्ट पर, 40 एनएम का 4% है, लेकिन हम उन्हें सरलता के लिए उपेक्षित करेंगे, क्योंकि प्रौद्योगिकी के लॉन्च के बाद ये पहले सप्ताह थे।

आप इन ग्राफ से यह भी देख सकते हैं कि सात वर्षों में तकनीकी प्रक्रिया में 130/110 एनएम की हिस्सेदारी आठ गुना, 90 एनएम - पांच गुना, और 65 एनएम और 180/150 एनएम - केवल दो बार घट गई। यह विशेष रूप से 2015 के चार्ट पर स्पष्ट रूप से दिखाई देता है - डिजाइन मानकों में वृद्धि वाले क्षेत्र संकीर्ण, संकीर्ण होते हैं, और फिर एक विस्तृत क्षेत्र होता है।

मैं ध्यान देता हूं कि अब हम दुनिया में सबसे बड़े कारखाने के राजस्व के दस प्रतिशत के बारे में बात कर रहे हैं, और यह कारखाने के पूरे राजस्व से अधिक है, जो चौथे स्थान पर है, और जर्मन एफएएबी के रूप में बाजार पर इस तरह के एक सम्मानित खिलाड़ी से आठ गुना अधिक (जो, सिद्धांत रूप में) कोई प्रौद्योगिकी 130 एनएम से नीचे)। यह ज़ेलेनोग्राद "माइक्रोन" से कितनी बार अधिक है, जिसमें 180 एनएम के डिजाइन मानक भी हैं, मैं सोचने से भी डरता हूं।


इसी समय, बाजार बढ़ रहा है, और पुराने डिजाइन मानकों के अनुसार उत्पादन भी प्रासंगिक है। इसके अलावा, नई फैक्ट्रियों को भी चालू किया जा रहा है, जो "अप्रचलित" 200 मिमी प्लेटों के साथ काम कर रही हैं।

ऐसा क्यों? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, "प्रौद्योगिकी" अनुभाग में , TSMC वेबसाइट पर जाएँ।

वहां हम तीन उपखंडों को देखेंगे: "योजनाएं", "तार्किक प्रौद्योगिकियां" और "विशेष प्रौद्योगिकियां"। योजनाओं के साथ सब कुछ स्पष्ट है, तर्क खंड में हम डिजाइन मानकों द्वारा क्रमबद्ध एक श्रृंखला देखेंगे, लेकिन अनुभाग में "विशेष प्रौद्योगिकियां" ... डिजाइन मानकों का उल्लेख बिल्कुल नहीं है! सदस्यता आवेदन द्वारा क्रमबद्ध हैं, और यह इस भाग में है कि विभिन्न डिजाइन मानकों के अनुसार माइक्रोचिप्स के लिए आदेश एकत्र किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, एनालॉग सर्किट के लिए प्रौद्योगिकी अनुभाग का विवरण:

"कंपनी की व्यापक एनालॉग प्रक्रिया पोर्टफोलियो स्मार्टफोन, टैबलेट, ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स, कंप्यूटर, ऑडियो, इलेक्ट्रॉनिक चिकित्सा उपकरण और घरेलू उपकरणों सहित अनुप्रयोगों के लिए 0.5 tom से 16nm तक विकल्प प्रदान करती है।"

इस पर सोचो! 2018 में, दुनिया का सबसे बड़ा कारखाना, विधायक और अग्रणी नियमित रूप से 500 एनएम उत्पादन का विज्ञापन करता है। क्यों? क्योंकि यह आर्थिक रूप से व्यवहार्य है।

डिजाइन मानकों के प्रत्येक नए चरण के साथ एक एकीकृत सर्किट के निर्माण की लागत दोगुनी हो जाती है, और 28 एनएम और 180 एनएम के बीच का अंतर दसियों गुना होता है। जब आप एक ग्राफिक्स कार्ड डिज़ाइन करते हैं जिसे आप सैकड़ों लाखों टुकड़ों में बेचने की योजना बनाते हैं, तो चिप की लागत उतनी महत्वपूर्ण नहीं है (लेकिन, वैसे, अधिक महंगे सॉफ़्टवेयर की लागत, विशिष्ट मामले, आदि एक भूमिका निभाते हैं), लेकिन अगर आप सिर्फ दस हजार जारी करने जा रहे हैं। एक डीसी / डीसी कनवर्टर को नियंत्रित करने के लिए मुश्किल एएसआईसी, 180 और 350 एनएम के बीच का अंतर आपके उत्पाद के भुगतान को अच्छी तरह से निर्धारित कर सकता है।

खासकर यदि आपका उत्पाद पूरी तरह से डिजिटल नहीं है। TSMC साइट बाहरी लोगों के लिए बहुत खुली नहीं है, लेकिन अकेले उनके द्वारा नहीं। हम XFAB कारखाने की साइट पर जाते हैं, जिस तरह से रूस में काफी लोकप्रिय है। "प्रौद्योगिकी" अनुभाग में एक लंबी सूची है, जिसमें प्रत्येक डिजाइन मानक के लिए कई विकल्प हैं। एनालॉग सर्किट के लिए एक प्रक्रिया, पावर के लिए एक और, तीसरे में अंतर्निहित फोटोडेटेक्टर्स हैं ...

यदि आप XP018 प्रक्रिया प्रौद्योगिकी (180 एनएम) की डेटशीट खोलते हैं , तो हम दर्जनों प्रकार के ट्रांजिस्टर अंदर और कई प्रतिरोधों और कैपेसिटर के रूप में देखेंगे। इस मामले में, वीजीएस की सीमा के मूल्य पर ध्यान दें - ट्रांजिस्टर के द्वार पर वोल्टेज, 180 एनएम 1.8 वोल्ट के लिए न केवल इतना होगा और न ही बहुत अधिक, 5 वोल्ट भी! वास्तव में, यह तकनीकी प्रक्रिया केवल 180 एनएम नहीं है, इसे तेज और निम्न-शक्ति तर्क के लिए एकल चिप 180 एनएम ट्रांजिस्टर पर लागू किया जा सकता है, एनालॉग सर्किट और इनपुट-आउटपुट सर्किट के लिए 500 एनएम ट्रांजिस्टर, और 1000 एनएम पावर स्विच सक्षम हैं दसियों वोल्ट के वोल्टेज के साथ काम करते हैं। और एक ही चिप पर टीएसएमसी में 90, 65 और 40 एनएम ट्रांजिस्टर भी हो सकते हैं, जो न केवल ज्यामिति में भिन्न होते हैं, बल्कि डोपिंग स्तर और गेट ढांकता हुआ मोटाई में भी होते हैं, जो ट्रांजिस्टर के ऑपरेटिंग मोड को निर्धारित करते हैं। एक चिप के उत्पादन की कुल लागत आमतौर पर इस पर उपलब्ध सबसे पतले डिजाइन मानकों के साथ तुलनीय है: फोटोलिथोग्राफी के लिए मास्क की लागत डिजाइन मानकों में कमी के साथ गैर-रैखिक रूप से बढ़ जाती है, लेकिन मोटे विकल्प के लिए अतिरिक्त मुखौटे लागत को रैखिक रूप से कुछ प्रतिशत बढ़ाते हैं।

लेकिन क्या होगा अगर आपकी परियोजना में मुख्य हिस्सा उच्च वोल्टेज ट्रांजिस्टर द्वारा कब्जा कर लिया गया है, और बहुत कम तर्क है? यदि आप तर्क के हस्तांतरण को 40 एनएम से 180, या 180 से 600 तक सहन कर सकते हैं, तो आप बहुत सारा पैसा बचा सकते हैं। और 180 एनएम तर्क को हटाने के बाद, XP018 निर्माण प्रक्रिया जादुई रूप से 600 एनएम के डिजाइन मानकों के साथ XHB06 निर्माण प्रक्रिया में बदल जाती है, और साथ ही यह निर्माण के लिए काफी सस्ता हो जाता है।

यह वह जगह है जहां ऐसी निराशाजनक पुरानी प्रौद्योगिकियों का अच्छा कार्यभार आता है: दुनिया को न केवल मोबाइल फोन के लिए नए प्रोसेसर की आवश्यकता होती है, बल्कि फ्लैश में एलईडी के लिए नए ड्राइवर, इलेक्ट्रिक मानवरहित वाहनों के लिए नियंत्रण सर्किट, और डमी और वॉशिंग मशीन के लिए सिर्फ माइक्रोकंट्रोलर की आवश्यकता होती है। और, उदाहरण के लिए, चीजों के इंटरनेट के रूप में तेजी से बढ़ते बाजार के लिए, कम बिजली की खपत के रूप में इतनी उत्पादकता महत्वपूर्ण नहीं है, जो उन्नत प्रौद्योगिकियों का दावा नहीं कर सकती है। और वही TSMC अब सक्रिय रूप से न केवल 5 एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी विकसित कर रहा है, बल्कि 20 एनएम प्रक्रिया के लिए नए विकल्प भी है, जो IoT उपकरणों की नई पीढ़ी को बेहतर और सस्ता बना देगा।

उदाहरण के लिए, ग्लोबल फाउंड्रीज़ द्वारा इंटरनेट ऑफ़ थिंग्स चिप्स के लिए उनकी तकनीक के बारे में एक विज्ञापन, एक दर्जन तकनीकी प्रक्रियाएँ हैं, जो 22 से 180 मी। प्रश्न के बारे में 7-10)।


इसकी लागत कितनी है और मैं इसे कहां प्राप्त कर सकता हूं?

समझने वाली पहली और सबसे महत्वपूर्ण बात: बहुत सारा पैसा (दसियों या हजारों डॉलर प्रति वर्ष) सीएडी का खर्च होता है। लेकिन अच्छी खबर है। यदि आप समुद्री डकैती के विकल्पों पर विचार नहीं करते हैं, तो, सबसे पहले, कई विश्वविद्यालयों में सीएडी के लाइसेंस हैं (जो जानता है, शायद यह अल्मा मेटर का दौरा करने का समय है), और दूसरी बात, बड़े डिजाइन मानकों पर, आप खुले की सुविधा की भिन्न डिग्री से एक डिजाइन मार्ग एकत्र कर सकते हैं। और विश्वविद्यालय तुला इलेक्ट्रिक वीएलएसआई (पूरी तरह से नि: शुल्क, जीएनयू) है, एक मैजिक टोपोलॉजी संपादक है, एक इकारस वेरिलॉग सिम्युलेटर है, और वास्तव में काफी अधिक है। सबसे कठिन बात यह है कि डिजाइन नियमों (डीआरसी) के साथ टोपोलॉजी के अनुपालन की जांच करना और टोपोलॉजी और सर्किट (एलवीएस) की अनुरूपता की जांच करना है, लेकिन 180-350-600 एनएम पर उन्हें एक ही इलेक्ट्रिक वीएलएसआई में करना काफी यथार्थवादी है।
यह Opencores.org पर जाने के लिए भी उपयोगी है और देखें कि जटिलता की बदलती डिग्री के लिए कई तैयार और अर्ध-तैयार परियोजनाएं हैं। यहां, उदाहरण के लिए, आप ओपनरिसक प्रोसेसर-आधारित और पहले से ही सिलिकॉन आर्किटेक्चर प्रोसेसर में परीक्षण कर सकते हैं।

उत्पादन लागत कितनी है?

यहां सबसे मुश्किल सवाल यह भी नहीं है कि पैसा कहां से लाएं, बल्कि फैक्ट्री को सामान्य रूप से कैसे बताएं। रूसी वास्तविकताओं के बारे में एक विशेष बातचीत है, मिक्रॉन के लिए जाना बेकार है, लेकिन यह संभव है कि यह ब्रेझनेव के समय से पफ उत्पादन में जल गया है, जो, शायद, रूस के विभिन्न हिस्सों में एक दर्जन से अधिक बच गए हैं। जैसा कि विदेशी कारखानों के लिए है, तो 100% संभावना के साथ आपको एक कानूनी इकाई की आवश्यकता होगी, और यहां तक ​​कि इसके साथ अधिकांश कारखाने सोचेंगे, बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अपनी योजनाओं के बारे में पूछें, आदि। आदि अधिकांश, लेकिन सभी नहीं, इसलिए आप कोशिश कर सकते हैं। और आप अभी भी अल्मा मेटर में जा सकते हैं और उनके माध्यम से करने की कोशिश कर सकते हैं, विश्वविद्यालयों के लिए और रवैया हमेशा अच्छा होता है, और कीमतें अच्छी तरह से अधिक वफादार हो सकती हैं।

किसी भी मामले में, श्रृंखला शुरू करने से पहले डिजाइन के प्रदर्शन की जांच करने के लिए, अधिकांश कारखानों में एक एमपीडब्ल्यू (मल्टी-प्रोजेक्ट वेफर) सेवा होती है - थोड़े से पैसे के लिए वे आपको एक क्षेत्र देते हैं (आमतौर पर 9-10 से 25 वर्ग मिलीमीटर), फिर वे इनमें से बहुत सारे इकट्ठा करते हैं एक साथ परियोजनाएं, प्रत्येक भागीदार को कई दर्जन चिप्स का उत्पादन और जारी करना। यह दुनिया भर की छोटी कंपनियों द्वारा इस्तेमाल किया जाने वाला एक मानक उत्पादन मार्ग है। विभिन्न कारखानों में 180-600 एनएम के डिजाइन मानकों के लिए एमपीडब्ल्यू की लागत 500-1500 यूरो प्रति वर्ग मिलीमीटर की सीमा में है, उत्पादन में 3-6 महीने लगते हैं। एक छोटे से सीरियल बैच में कारखाने, परियोजना की बारीकियों आदि के आधार पर 50-200 हजार यूरो खर्च होंगे। आदि

28-20 और उससे आगे के डिजाइन मानकों के लिए, हम एक परीक्षण लॉन्च के लिए सैकड़ों और सीरियल उत्पादन के लिए लाखों यूरो के बारे में बात करेंगे।

एमपीडब्ल्यू के लिए कीमतों के उदाहरण बड़े विश्वविद्यालय एग्रीगेटर यूरोप प्रैक्टिस की वेबसाइट पर पाए जा सकते हैं। बेशक, हमें यह ध्यान रखना चाहिए कि ये विश्वविद्यालयों के लिए मूल्य हैं, लेकिन केवल मृत्यु दर के लिए कीमतों के साथ अंतर बहुत बड़ा नहीं है।

किसी स्टार्टअप के लिए लॉन्च के लिए दस हज़ार यूरो मिलना संभव है (लेकिन, निश्चित रूप से, इस मामले में यह केवल एक है और सबसे बड़ी व्यय वस्तु नहीं है), लेकिन एक शौकिया के लिए यह शायद थोड़ा महंगा है। लेकिन दस वर्ग मिलीमीटर वास्तव में बहुत सारे हैं, और आप शायद एक विश्वविद्यालय परियोजना में शामिल होने की कोशिश कर सकते हैं या एक ही उत्साही लोगों में से कुछ को ढूंढ सकते हैं और एक चिप पर कई परियोजनाओं को लागू करने के लिए एक स्टार्टअप के साथ हलचल कर सकते हैं। फिर से, यह गैरेज में अपने स्वयं के उत्पादन को इकट्ठा करने की तुलना में किसी भी मामले में सस्ता है, और अंत में आपको पैकेजिंग के साथ पर्याप्त तकनीकी मज़ा होगा (यदि आप इसे कारखाने में ऑर्डर नहीं करते हैं), ब्रेडबोर्ड और माप उपकरण।

और अंत में - "microcircuits के लिए 3 डी-प्रिंटर" के बारे में थोड़ा सा। उत्पादन लागत के लिए उपकरणों का एक क्लासिक सेट कई सौ मिलियन डॉलर से लेकर कई दसियों अरबों तक का है, और आपको एक उपयुक्त कमरे में एक ही राशि का निवेश करना होगा, लेकिन जापान में काफी समय से मिनिमल फैब परियोजना विकसित की गई है, जिसका अंतिम लक्ष्य स्वच्छ कमरे के बिना, कम से कम व्यक्तिगत रूप से माइक्रोचिप्स का उत्पादन करने की संभावना व्यक्त की गई है। और जटिल अवसंरचना आवश्यकताओं, और परिमाण के कई आदेशों के लिए कम पैसा। अगर सब कुछ काम करता है, तो यह सेमीकंडक्टर उद्योग के इतिहास में एक बहुत ही महत्वपूर्ण मील का पत्थर होगा, और यह बहुत अधिक सुलभ और लचीला बना देगा।



तो, लेखकों के अनुसार, यह दिखेगा।

मैं इस परियोजना का विस्तार से पालन नहीं करता हूं, लेकिन पिछले साल इसके प्रतिनिधि पहले से ही रूसी उद्योग प्रदर्शनियों और सम्मेलनों, और आपूर्ति पर बातचीत कर रहे थे। जहां तक ​​मैं समझता हूं, अब वे पहले से ही एक पूर्ण उत्पादन चक्र सुनिश्चित करने के करीब हैं, और हम 500 और 100 एनएम के बीच की सीमा में डिजाइन मानकों के बारे में बात कर रहे हैं।