几天前，英特尔
宣布制造问题（产量不足）迫使其将以10纳米设计标准的商业化生产从今年年底转移到明年年初。 台积电已经开始批量生产7纳米，今年有五个项目。 这是硬币的一面。
另一面是
昨天翻译的一篇有关美国男生
的文章
的翻译，该男生做了
BarsMonster失败的事情，并在车库里生产了芯片。 设计标准为175微米！
在有关此译文的评论中，存在许多问题“何时有可能购买开源处理器？”，“何时会出现用于微电路的3D打印机？”，我决定重点介绍一下10 nm至175微米设计标准的情况。 ，包括对于业余爱好者和小型公司的可访问性。
破坏者：用于采矿的ASIC极其昂贵（数千万美元）。
完全按照过时的设计标准生产的东西吗？一般而言，设计标准是什么？ 在传统意义上，短语“ X纳米的设计标准”表示晶体管的栅极长度是相同的X纳米。 从某个点（低于20 nm）开始，晶体管尺寸的减小（也称为摩尔定律）停止了工作，我不得不发明各种技巧（例如FinFET），但市场人士势不可挡：需要将其进一步降低。 因此，在现代的10 nm工艺中，实际通道长度等于20 nm。 但更重要的是，在摩尔定律存在的最初几十年中，它推动了半导体行业的发展，这不仅是因为不那么陡峭，而且还因为下一代设计标准中的每个晶体管都比前一个便宜。 即，对于相同的钱在相同大小的芯片上，可以放置更多功能。 但是到此为止，最便宜的晶体管的设计标准为28 nm，此后晶体管价格开始上涨。 反过来，这导致以下事实：对于许多应用，切换到高级设计标准在经济上已经变得不利。 这适用于传统上已广泛使用小型设计标准的行业，但也有一些反正不需要它们的应用程序。
让我们看一下世界上最大的台积电工厂（约占整个市场的一半）的减产情况。 2015年的四分之一位于顶部，2009年位于底部。
我们在这些图中看到了什么？ 事实是，在2009年和2015年，两个最薄的设计标准仅使台积电的收入占总收入的一半，而至少10年前，有15-20％的技术为技术带来了收益！ 在2009年的图表中，40纳米占4％，但是为了简单起见，我们将其忽略，因为这是该技术推出后的头几周。
您还可以从这些图表中注意到，在七年的时间里，工艺过程130/110 nm的份额下降了八倍，90 nm下降了五倍，而65 nm和180/150 nm下降了仅两倍。 在2015年的图表中，这一点尤其明显-设计标准提高的行业正在逐渐缩小，然后又出现了一个广泛的行业。
我注意到，我们现在谈论的是全球最大工厂的收入的百分之十，这超过了工厂第四位的全部收入，是市场上受人尊敬的德国XFAB的八倍（顺便说一句， 130 nm以下没有技术）。 我什至不敢想，这比Zelenograd的“ Micron”（也具有180 nm的设计标准）高出多少倍。
同时，市场在增长，按照旧的设计标准生产也很重要。 此外，甚至正在调试新的工厂，使用“过时”的200毫米印版。
为什么这样 为了回答这个问题，让我们转到TSMC网站
的“技术”部分 。
在那里，我们将看到三个小节：“计划”，“逻辑技术”和“特殊技术”。 计划一切都清楚了，在逻辑部分，我们将看到按设计标准分类的系列，但是在“特殊技术”部分……根本没有提到设计标准！ 小节按应用进行分类，并且在这一部分中，根据各种设计标准收集微芯片的订单。 例如，模拟电路技术部分的描述：
“公司全面的模拟工艺产品组合提供从0.5µm到16nm的选项，适用于智能手机，平板电脑，汽车电子产品，计算机，音频，电子医疗设备和家用电器等应用。”
想一想！ 2018年，世界上最大的工厂，立法者和先驱定期宣传500 nm生产。 怎么了 因为它在经济上可行。
设计标准的每个新步骤，制造集成电路的成本都会加倍，并且28 nm和180 nm之间的差异是数十倍。 当您设计要销售数亿片的视频卡时，芯片的成本并不是那么重要（但是，顺便说一下，更昂贵的软件，特定情况等的成本会起作用），但是如果您要发布一万片棘手的ASIC控制DC / DC转换器，180和350 nm之间的差异很可能决定产品的投资回报。
特别是如果您的产品不是纯数字的。 台积电的网站对外界不是很开放，但不是一个人开放。 我们去
了XFAB工厂 ，在俄罗斯颇受欢迎。 “技术”部分有很长的清单，每种设计标准都有多个选项。 一种用于模拟电路的过程，另一种用于电源的过程，第三种过程是内置光电探测器...
如果您打开
XP018处理技术 （180 nm）的
数据表 ，那么我们将看到内部有数十种类型的晶体管以及许多电阻和电容器。 在这种情况下，请注意Vgs的极限值-晶体管栅极的电压，对于180 nm 1.8 V电压，不仅会有5 V的电压，而且期望也不会很高！ 实际上，该技术过程不仅是180 nm，而且还可以在单个芯片上实现180 nm的晶体管（用于快速和低功耗逻辑），500 nm的晶体管（用于模拟电路和输入输出电路）以及1000 nm的功率开关。在数十伏的电压下工作。 同一芯片上的台积电还可以具有90、65和40 nm的晶体管，它们不仅在几何形状上不同，而且在掺杂水平和栅极电介质厚度方面也不同，这决定了晶体管的工作模式。 生产芯片的总成本通常可与其上最薄的设计标准相媲美：用于光刻的掩模的成本随着设计标准的降低而非线性增加，但是用于较粗糙选项的附加掩模会线性地增加成本，每个成本增加几个百分点。
但是，如果您的项目中主要部分被高压晶体管占据，而逻辑却很少，那该怎么办呢？ 如果您可以容忍从40 nm到180或180到600的逻辑传输，则可以节省很多钱。 并且，在去除了180 nm逻辑之后，XP018的制造工艺神奇地转变为设计标准为600 nm的
XHB06制造工艺 ，同时，制造成本大大降低。
这就是这种绝望过时的技术带来的大量工作负载的来源：世界不仅需要用于移动电话的新处理器，还需要用于闪光灯中LED的新驱动器，无人驾驶汽车的控制电路，以及用于假人和洗衣机的微控制器。 而且，例如，对于物联网这样一个快速增长的市场，生产力并没有低能耗那么重要，而先进技术却无法夸耀它。 相同的台积电现在不仅在积极开发5纳米制程技术，而且还在积极开发20纳米制程的新选择，这将使新一代的IoT设备变得更好，更便宜。
例如，Global Foundries在广告中发布了有关其物联网芯片技术的信息，其中包括十二个工艺流程，范围从22到180 nm。 大约7-10）。
它要多少钱，我可以从哪里得到？首先要了解的最重要的事情是：很多钱（每年数万或数十万美元）要花费加元。 但是有个好消息。 如果您不考虑盗版选项，那么首先，许多大学都拥有CAD软件的许可证（谁知道，也许是时候访问母校）；其次，按照大型设计标准，您可以从不同程度的开放方便中收集设计路线和大学图拉。 有
Electric VLSI （完全免费，GNU），有
Magic拓扑编辑器，有
Icarus verilog模拟器，实际上还有很多。 最困难的事情是检查拓扑与设计规则（DRC）的一致性，并检查拓扑与电路（LVS）的一致性，但是在180-350-600 nm的情况下，将它们制作在同一电子VLSI中是很现实的。
转到
Opencores.org并查看许多复杂程度不同的现成和半成品项目也很有用。 例如，在这里，您可以找到基于openRISC处理器并且已经在硅架构处理器中测试过的处理器。
生产成本多少？在这里，最困难的问题甚至不是从哪里得到钱，而是如何使工厂总体上与您说话。 关于俄罗斯现实有一个特殊的话题，去米克朗是没有用的，但是自勃列日涅夫时代以来，它有可能在膨化生产中被烧光，也许在俄罗斯不同地区幸存了十几个。 对于外国工厂，那么您将有100％的概率需要一个法人实体，即使有了它，大多数工厂也会考虑，询问您的批量生产计划等。 等 大多数（但不是全部），因此您可以尝试。 而且，您仍然可以去母校并尝试通过他们，进入大学，并且态度永远是好的，价格可能会更加忠诚。
无论如何，为了在发布系列之前检查设计的性能，大多数工厂都提供了MPW（多项目晶圆）服务-只需花少量的钱就可以为您提供一个区域（通常为9-10平方毫米到25平方毫米），然后他们收集了很多共同设计，生产并向每个参与者发行几十个筹码。 这是世界各地的小型公司使用的标准生产路线。 在不同的工厂中，用于180-600 nm设计标准的MPW成本在每平方毫米500-1500欧元之间，生产需要3-6个月。 根据工厂，项目的具体情况等，少量的小批量生产可能要花费50-200,000欧元。 等
对于28至20及更高的设计标准，我们将谈论数十万欧元的测试启动费用和数百万欧元的批量生产费用。
MPW的价格示例可在大型大学聚合机构
Europractice的网站上
找到 。 当然，我们必须牢记，这是大学的价格，但仅凡人与价格的差异不是很大。
一家初创公司很有可能找到一万欧元用于启动（但是，当然，在这种情况下，这只是一个支出，并不是最大的支出项目），但是对于业余爱好者来说，这可能有点贵。 但是10平方毫米实际上是很多东西，您可能会尝试加入一个大学项目，或者找到更多同样的爱好者，并用削片机挑起一家初创公司，以在一个芯片上实施多个项目。 同样，无论如何，这比在车库组装您自己的产品便宜，并且最终，您将获得包装（如果未在工厂订购），面包板和测量设备的足够技术乐趣。
最后-关于“用于微电路的3D打印机”的一些知识。 经典的生产成本在几亿美元到几百亿美元之间的设备，您将不得不在合适的房间内投资相同的数量，但是在日本相当长的一段时间内，已经开发了
Minimal Fab项目，其最终目标是至少在没有洁净室的情况下至少单独生产芯片的可能性。和复杂的基础架构要求，而且所需资金减少了几个数量级。 如果一切顺利，这将是半导体行业历史上一个非常重要的里程碑，并将使其更加易于访问和灵活。
因此，根据作者的说法，它看起来像。
我没有详细介绍这个项目，但是去年它的代表已经参加了俄罗斯工业展览会和会议，并就供应进行了谈判。 据我了解，现在他们已经接近确保完整的生产周期，而我们正在谈论的设计标准范围是500至100 nm。