在第三部分中，原始文章的作者讨论了Zelenograd，手指上的微型化记忆和含义。
免责声明：很久以前，我涉猎过有关
芯片制造的文章，
在“ Inside Look”系列文章中，我什至看过其中的内容，即 这个话题对我来说非常有趣。 自然，我希望原始文章
的作者将其发表在哈布雷（Habré）上，但出于就业方面的考虑，他允许我将其转移到这里。 不幸的是，Habr规则不允许直接复制粘贴，因此我添加了到源代码，图片的链接和一些插科打and，并尝试使文本更直一些。 是的，我了解并尊重非
生物学领域有关该主题的文章（第
1和第
2条 ）。
前几集摘要
那么，我们从
第一和
第二部分中学到了什么？
直到2000年代初，生产计算机微电路的主要重点是减小元件（晶体管）的尺寸。 小型化使得每个芯片可以容纳更多的晶体管成为可能，这降低了微电路中单个晶体管的平均成本，并允许增加时钟频率，以及将更多功能集成到一个芯片中。 后者减少了向外访问速度较慢的外部总线的需求。 晶体管的尺寸几乎与所谓的工艺流程标准线性相关：随着技术的减少2倍，晶体管的线性尺寸也减少了2倍，面积也减少了4倍。 晶体管本身的物理结构没有改变，只是减小了尺寸。
自2000年代初以来，身体的局限性开始受到影响。 晶体管的尺寸不再线性地取决于技术。 而且在工艺过程中宣布的纳米数越少，对元素实际尺寸的影响就越弱。 现在，减小技术尺寸的每个步骤都伴随着过程物理过程的变化。 另外，随着小型化的开始，副作用开始以泄漏电流增加和寄生能量消耗增加的形式出现。 这结束了处理器时钟速度的进一步提高。 在2000年代，一个安静的腺体发生了优先级的变化。 现在，设计人员的主要任务不是减小晶体管的尺寸，而是减小漏电流。 这项政策的结果是从平面晶体管过渡到大体积。
工艺过程复杂性的体现之一是随着技术的降低，晶体成本的增加。 制造芯片的成本根据相同的时间表而有所不同-新工艺技术发布后，由于合适的微电路的低产量，设计和优化成本，价格最高。 随着生产调试，成本价格降低，合适芯片的产量提高。 周期结束时的最低价格是停产前的价格。 以前，例如，根据3微米和1.5微米的工艺流程，微电路的成本在生命周期的同一阶段是相同的。 而且，由于同一区域中的晶体管数量增加了4倍，因此一个晶体管的价格下降了4倍。
在低于130 nm之后，由于技术工艺的复杂性，芯片的成本开始增加。 然而，由于晶体管密度的增加，每一个晶体管的成本继续降低。 因此，它持续了28/32 nm技术。 此外，每一步都付出了芯片成本高昂的代价，晶体管的实际尺寸越来越少。 结果，微电路上一个规范为22 nm或更低的晶体管的成本要高于规范为28 nm的晶体管。
关于泽列诺格勒
当然，最重要的是，人们对俄罗斯微电子的情况很感兴趣。 不幸的是，在泽列诺格勒事务上实力不强。 我所知道的是，2014年，米克朗在危机爆发前从法国意法半导体（STMicroelectronics）购买了90纳米技术线。 然后自行将其升级到65 nm工艺技术的标准。 我猜法国人不太喜欢。 据报道在2014年底过渡到65 nm。 定期生产实验批次。 我不知道他们是否参加了该系列赛（
注意：似乎是的-
用于记忆 ）。 不过，俄罗斯只有一半主权国家65海里。
注意： 关于Mikron ，
BarsMonster提供
了出色的文字 ，
这里多了一些，另外还有两篇关于非
理性医学的文章（第
1和第
2篇）。
主要问题是65 nm并不是很受欢迎。 对于微米的主要产品，90 nm和180 nm足够了，甚至-恐怖！ -完全主权的250海里。 某些国防微电路仍使用3-5微米的技术生产（
注：特别是对于空间而言，可靠性至关重要，而不是速度）。 简而言之，晶体管越大，抗干扰和抗辐射的能力就越高（
UPD： 关于电路抗辐射性的文章有不同的见解）。 通常，不需要专用芯片的超大计算能力。
另一方面，按照28纳米或更低的技术水平，在台湾和中国大陆订购现代处理器的生产会更有利可图（
请注意：我们再次向
贝加尔打招呼）。 在这种情况下，建筑和拓扑的发展完全是俄罗斯人的，但是晶体的生产在台湾工厂进行。 许多人不好意思说他们不是我们的处理器。 可以放心的是，我们可以说几乎所有世界领导人都处在相同的境地。 自己的半导体生产仅由英特尔负责。 诸如AMD，Apple，NVidia，Qualcomm，IBM等品牌是在台积电或三星工厂生产的。 因此，AMD在2009年将其产品带到了一家独立的公司GlobalFoundries，该公司被阿拉伯人收购。 他们没有掌握最新的技术标准，并
拒绝参与 7纳米技术流程的开发，而专注于“更成熟”的技术流程。 现在他们处于破产前的状态，
计划于2024年
左右破产，工程师们已经准备好
将IBM付诸实践 。
在2018年底，他们在米克朗（Mikron）确认了他们计划在Zelenograd创建自己的28 nm产品的计划。 他们计划在2022年将生产部署在从头建造的新工厂中。 截止日期的现实存在很大疑问，尽管当然会很好。 28 nm已经是不同水平的生产和设计，可让您开始生产根本上新的产品。 但是下面有更多关于它的内容。
总的来说，俄罗斯微电子学的情况没有看起来那么糟。 考虑到12年前，该国“最薄的”制造工艺是800纳米，即使是目前的全俄罗斯250纳米，看起来也不是那么糟糕。 有传言说他们掌握了“拉伸硅”技术，从150毫米的印版切换到200毫米，并开始生产自己的光罩。 主要问题将仍然是需求不足和与进口的竞争，这绝不可能使利润率至少达到零。
正在尝试掌握一些突破。 例如，深紫外光刻（EUV光刻）。
从这个意义上讲，荷兰公司“ Mapper Lithography”的故事很
有趣 （
BarsMonster对此进行 了介绍 ，以及
CorneliusAgrippa 的一篇文章 ）。 该公司专门从事多路径电子光刻（MEL）的设备和系统。
电子光刻技术可以使您以纳米级的分辨率工作，但是它非常耗能且缓慢。 使用它制作用于光学光刻的光罩。 通常使用一个电子束，该电子束照射整个区域。 MEL的使用将大大加快该过程，尽管该设备的功耗已大大增加。
荷兰人试图将MEL投入批量生产。 至少对于小规模的微电路而言，创建一组光掩模不会奏效。 即 直接将图案施加到硅上要比制作一组掩模便宜，然后使用光学光刻技术对微电路进行压印要便宜一些。 Mapper在这里找到了与RosNano志趣相投的人。 2012年，他们签订了在莫斯科和圣彼得堡建造工厂的合同。 莫斯科工厂于2014年开业，并于同年开始生产电子镜片。
目前尚无盈利能力的问题，但是技术本身正在并且正在发展。 考虑到光刻工艺价格的上涨，MEL的时间成本可以与之相等。 不幸的是，罗斯纳诺（RosNano）的投资并未挽救Mapper光刻技术本身。 该公司被荷兰
ASML收购，
后者是世界上最大的光罩和光刻系统制造商。 MEL分支已关闭，Mapper的员工被推向其他方向（
请注意：由于EUV中有这样的服务员，因此Goliath不能容纳两名）。 现在，全球只有2个继续开发MEL的玩家-American Multibeam和RusNano。
在哪里需要小纳米？
考虑最大的微电子合同制造商-台湾台积电。 这是2018年第二季度的报告：
如您所见，最精细的工艺仅占公司收入的38％，而90％或更高的工艺占19％。 例如，德国
X-FAB通常仅使用130 nm及更高的技术，因此不会受到影响。
考虑一下现代电子学的主要领域：
- 电力电子 在这里，微妙的过程不仅是不必要的，甚至是不可能的。 由于它们仅在1 V左右的电压下工作。对于电力电子设备，还需要其他杂质浓度和垂直层大小。 流程规范的概念本身具有不同的含义。 它的计算不是基于最小的技术可能性，而是由工作电压和电流密度得出的。 功率元件的尺寸是根据峰值电流强度计算得出的。
注意：在光荣的伦茨堡市ABB工厂工作时，我惊讶于它们生产的产品范围如此之广，以及如何对断流转换器进行故障分析。 - 工业电子。 这些是各种工业微控制器和机械控制系统。 通常，它们使用的电压范围是几伏到几十伏。 那里的工作技术通常来自130 nm。 工业电子不需要数十亿个晶体管和数百MB缓存，因为 通常执行一组有限的操作。 对于计算系统，微控制器比微处理器更专业。 在制造阶段，其中的部分代码和指令“连接”到了晶体本身，并且没有以编程方式加载。 因此，它们在本机操作中可以更快地工作。 这里最重要的是可靠性。
- 军事，太空和抗辐射电子产品。 在这里，该技术从250 nm开始。 减少是根本不可能的，因为 随着晶体管尺寸的减小，由于辐射和干扰的影响而导致的故障数量急剧增加。 除工业电子产品外，这些通常是性能要求较低的专用微电路。
- 消费电子和汽车电子。 模拟，模数电路和数模微电路。 这里的趋势是将所有功能（数字和模拟）组合成一个晶体。 自然除了功率晶体管。 例如，单芯片电视。 这里的问题是，通常，所需的晶体管数量很少。 为了使设备正常工作，数以万计的晶体管足以满足视觉需求。 使用小于一微米的技术，它们占据的整个区域只有几分之一平方毫米。 得出结论的接触垫通常比逻辑本身占据更多的空间。 因此，他们试图将所有可能的东西都塞入这种微电路中-带闹钟的电子时钟，无线电接收器和其他功能进入洗衣机的芯片。 费用几乎相同。 在这种情况下，打扰小纳米毫无意义。 此外，由于存在模拟双极晶体管和明显的工作电流，因此存在一些限制。 即使在数字部分中使用小于90 nm的信号也没有任何意义（ UPD： ADC和DAC使用基于 生物学的 28 nm CMOS ）。 这种情况可能会随着物联网（IoT）的普及而改变。
- RFID标签。 这些是用于不同卡，电子钥匙，产品标签的芯片。 它们由一个小型微电路和一个薄膜天线组成。 微电路由基于CMOS的可重编程存储器以及双极晶体管上的感应功率控制组成。 晶体的尺寸小于1mm 2 。 晶体管的数量通常很小，没有恒定功率。 因此，对于一个晶体管的便宜性和功耗的要求是无关紧要的。 最主要的是在被动模式下存储内存值的持续时间。 正如我已经写过的，在低于130 nm的速率下，泄漏电流会增加，因此，在单元中，该值可能会丢失。 90 nm以下的工艺过程不仅无关紧要，而且有害。
注意： RFID解析在这里 ，很快会有更多的hickporn。 - 计算机工程。 处理器，内存，控制器。 按价值计算，这是现代电子市场的最大份额。 这是规则：芯片中的晶体管越多越好。 与专用控制器不同，整个命令和指令集都以编程方式加载。 因此，对高性能的要求-多功能性的价格。
俄罗斯企业能够（
注：带有保留和夸张）生产出除物联网以外的前5组微电路。 的确，就货币的市场交易量而言，它们在整体上不如第六组。
小型化的含义
有些人感兴趣：为什么在单位面积上增加晶体管的数量如此重要？ 是什么使得很难制造更大的晶体或制造2个而不是一个晶体变得困难。
对于计算机技术，这非常重要。 在现代频率下，晶体的尺寸受到物理限制。 这是光速，是电信号的传播速度。 速度仅为每秒3亿米（
大约：这是用于真空的速度，由于在介质中的传播，介电常数略低）。 在时钟频率为3 GHz的处理器中，电信号每个周期运行10 cm，而且，不仅晶体管必须每个周期更改其状态，而且所有瞬态也必须能够承受。 为此，您需要至少3倍的库存。 即 晶体中最远的晶体管与时钟发生器的距离不应超过3厘米。 发生器放置在芯片的中央，这意味着整个电路都应装成一个距离芯片中心3厘米半径的圆圈（您可以在PC上检查；）。 对于正方形晶体，最大尺寸为4x4 cm，频率越高，极限尺寸越小。
散热片 晶体越大，从中心散热的难度就越大。 这很令人烦恼。
晶体管的线性尺寸越小，杂散电容越小，瞬变越快。 因此，较高的速度和较低的充电电流。
例如，现在为什么要有一个具有400万个晶体管的处理器，而不是每个有100万个晶体管的4个处理器呢？ 首先，价格问题。 具有400万个晶体管的晶体的成本将略高于具有100万个晶体管的晶体。 由于它们是在单个技术过程中创建的。 除芯片外，微电路还包括一个外壳和一个水晶金针。 黄金不是廉价的金属。 按照惯例，对于百万分之一的微电路，需要300个触点（对于四个微电路，则需要1200个触点），对于百万分之一的微电路来说，则需要308个触点。好处是显而易见的。
然后，四个微电路将通过外部总线相互交互，并且比处理器本身的时钟频率慢几倍（请参阅有关光速的段落）。
注意：是的，AMD提供了一个带有
Infinity Fabric的解决方案，但这是一个单独的问题。 事实证明，4个处理器只能在隔离任务模式下工作。 虽然单个芯片中的4个内核可以作为一个集群工作，但可以快速分配任务并以处理器时钟速度进行交换。
因此，人们希望使晶体管尽可能的小，并将一切可以合理证明的晶体塞入晶体。
前景展望
事实证明，在俄罗斯的前五类微电子领域，一切都还不错。 盈利能力和价格存在问题，但存在技术机遇。 计算更加困难。 您当然可以使用65 nm技术制造贝加尔湖（Baikal）或Elbrus。 这就是英特尔奔腾4（
pichal！ ）的时代。 但是只有如此少的系列，成本才是高得惊人。 或者，作为选择，以低于成本的价格出售，但以预算为代价。 还有无花果？ 在他们发现机会之前，在台湾生产（实际上是在做）变得更容易，更便宜。
进入世界范围和大系列，似乎是无望的黑暗。 但是这里出现了一束光。 它与新型电子存储器的出现有关。 为了解释为什么保持乐观态度，您将不得不略微了解技术细节。
电子存储器的主要类型
静态RAM或SRAM 。实际上，这是用于任何晶体管，MOSFET，JFET，BJT，HEMT的
场效应晶体管的晶体管电路。 长期已知的逻辑触发器。
六晶体管存储单元是标准配置。 虽然有8和10晶体管。
由于内部具有交叉反馈，即使输入端没有信号，它也可以存储其状态。 当然有食物。 使用相同的MOS晶体管，当值改变时，它们仅消耗开关电流。 在静态下，仅消耗杂散泄漏电流。
优点-读写速度快（在时钟频率级别），功耗低，值存储清晰，标准技术
缺点-易变性，芯片占用空间大。
通常用作内置处理器缓存。还生产了单独的SRAM芯片，但现在更加奇特。动态随机存取存储器或DRAM。动态存储单元是一个经过稍微修改的CMOS晶体管：
与标准MOS晶体管的区别在于，漏极的触点未连接至总线，而是转换为小型扁平薄膜电容器金属-电介质-硅。如果电容器已充电-逻辑“ 1”，未充电-逻辑“ 0”。所有电池管理均由控制电路-控制器执行。存储单元被组合成行和列，形成平面矩阵。行按门组合，列按源组合。记录时，将电压施加到快门，晶体管打开。如果此时从控制器向电源提供电压，则会出现电流，并且电容器会充电。无电压，不充电。记录同时在整行上进行。读取类似，只是控制器处于读取模式。电压施加到栅极。如果电容器已充电，则电流将流动（逻辑1），如果未充电，则将没有电流（逻辑0）。整行也同时被读取。读取电容器放电后，所有单元均设置为0。根据接收到的数据，控制器重新写入线路。实际上，即使没有活动，读写也会不断发生。事实是，电容器的电容非常小，可以在数毫秒或数十毫秒内快速放电。因此，背景是连续的再生（读取和重写行）。一旦再生停止，则在百分之一秒内，将重置所有单元中的数据。动态存储器的优点是紧凑。缺点-较低的速度，较高的功耗，控制复杂性，能源依赖性。但是，尽管有所有缺点，但所有RAM模块现在都是DRAM类型。除了稀有的异国情调。紧凑性压倒一切。可重编程存储器，闪存和EEPROM。它是基于具有浮栅的场效应晶体管构建的：
在控制栅下方，有一个没有连接任何东西并且四周都被电介质包围的浮栅-“浮栅”。电荷进入浮栅并影响沟道的形成。浮动百叶窗无处充电，因此即使电源关闭，该单元仍保持其值。取决于周围电介质的退化，电荷可以存储几个月至数十年。在最简单的情况下，要获得一个单位，您可以驱动一个正电荷，然后晶体管将一直打开。在现实生活中，使用的是负电荷，甚至更“锁定”了通道。读书怎么样正好在阈值之上的正电压施加到控制栅极。如果浮栅被放电，则在基极中形成沟道并且晶体管打开-逻辑“ 1”。如果充电，它将补偿控制栅极的电压，并且不会形成沟道。晶体管关闭，逻辑为“ 0”。阅读很简单。主要问题是录制。必须将电荷带入绝缘的百叶窗中或将其取出。在不同的时间，他们使用了紫外线照射，雪崩击穿，高能电子注入和隧道击穿。雪崩击穿很明显。它们提供高电压，它会穿透电介质并给浮置栅极充电。朝另一个方向放电。但是雪崩击穿就是这样，对于人来说就像电击。杀死不会杀死，但是在第十次之后，健康就可以动摇了。因此，重写周期数受到限制。在注入电子的过程中，不会发生击穿，仅在电压的影响下，具有高能级的电子会穿透氧化物并掉入浮栅（或从浮栅中掉下来）。该方法的缺点是复制的持续时间和高电压。通过将电介质层减薄至1nm，可以利用隧道效应对浮置栅极进行充放电。通过电场，我们改变了单词的能量结构，从而在百叶窗对面有一个充满电子的能级或自由能级。然后，电子在那里隧穿或返回。因此，重写周期数已达到数千或数万。取决于电介质的材料和质量。优点-能量独立，紧凑，读取速度快。缺点-记录时间长，记录电压高，工作时性能下降。用于SSD设备和RFID标签。注意：顺便说一下，当时还进行了闪存驱动器实验...磁阻存储器MRAM。一种新型的内存。其工作原理类似于DRAM，但是代替了电容器，使用了磁阻单元。磁阻单元是其电阻取决于磁畴方向的结构。它由两层铁磁体组成，在这两层之间有一层薄的（约1 nm）介电膜。第一层是具有恒定磁化强度的铁磁体，第二层是可变的所谓自由层。如果第一层和第二层的畴位于相同方向，则电子可以主动地穿过高介电常数的隧道电流。如果畴的方向相反，则隧道电流要弱几个数量级。示意性地，磁阻单元可以表示为具有两个电阻值-高和低的电阻器。自由层无限期且无外部功率地存储磁化矢量。也就是说，这种类型的存储能量不依赖。
通过阅读，一切都很简单：我们向晶体管的栅极施加电压，然后磁阻器开始流过它。如果压敏电阻的电阻高，则弱电流，如果低，则强电流。通过电流的大小，确定逻辑“ 0”或“ 1”。
录制再次出现问题。正在开发数十种方法，每种方法都有其缩写。最初，通过强电流进行自由层的重写。但这是录制时的高功耗。另外，在这种情况下，不能使电池小于数百纳米，否则相邻电池也会被充电。此类存储芯片的最大容量为16 MB。因此，正在开发其他方法-通过自旋电流通过使用反铁磁体逐步地局部加热。现在，后一种选择似乎是最有前途的。那里的物理学很复杂，变成了量子力学。因此，为了清楚起见，我们忘记了。MRAM的另一个优点是磁阻单元不需要芯片上的空间。它们位于CMOS结构的上方，上方。即
首先我们形成所有的CMOS层，第一个金属化层，所有的东西都被氧化物覆盖。然后在铁磁体的固态第一层之上。我们腐蚀了多余的部分，然后腐蚀了电介质层和第二个铁磁体。事实证明，这种结构非常紧凑。磁阻存储器现在被认为是最有前途的。甚至有人声称，随着该系列的介绍，将内存分为操作性和永久性的划分将完全消失。这只是一个回忆。特别是，不需要加载操作系统，打开电源后它将立即从内存中工作。就像过去的辛克莱（Sinclair）上的TR-DOS。在那里，OS内核通过ROM工作。俄罗斯在这里住什么地方。在MRAM的开发中，尽管不是领导者，但我们仍处于第一线。拜拜有这样一家俄罗斯公司“ Crocus Nanoelectronics ”，它处理STT MRAM存储器，即MRAM自旋传输（更多内容）。这为我们的制造商提供了进入计算机芯片制造商全球市场的机会之窗。窗口不是很大，但是很大。需要自由意志，金钱和我们自己的28nm制程技术。结论
我认为，我们的主要问题之一是心态。这是一种陷入情绪，放弃和自我鞭ation的习惯。而不是系统地，有目的地工作。在微电子学中，这尤其严重。您只需要记住古老的俄罗斯谚语：眼睛在害怕，手在做。世界各国领导人因身体上的限制而休息，该行业正从快速增长转向缓慢发展。诸如量子处理器之类的突破仍然遥遥无期。比瞬移更近，但很可能不在我们的生活中。在未来的20年中，在微电子领域的参与者中，领导者的组成可能会发生根本变化。这里最主要的是不要单击喙。第1 部分和第2部分。
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