Для чего нужен новый российский литограф по 350-нм технологии

Не раз видел вопрос, а что именно Россия собирается производить на литографе 350 нм? Уж больно «толстый» техпроцесс по сегодняшним меркам. Именно «толстый» а не «устаревший», как многие пишут, сокрушаясь об отсталости России в области микроэлектроники.

Техпроцесс, по которому производится, скажем, силовая электроника, не может быть устаревшим, поскольку по более тонким нормам не каждый компонент этого предназначения можно произвести. Таким образом, создаётся литограф не для устаревшего техпроцесса, а для производства определённого класса изделий, где более дорогой техпроцесс не требуется, а то и невозможен.

Однако, как бонус, с помощью этого техпроцесса можно относительно дёшево изготавливать и вычислительные микросхемы — контроллеры и микропроцессоры. Вот в этом контексте техпроцесс 350 нм действительно является устаревшим. Но вряд ли Россия реально собирается использовать его для производства центральных микропроцессоров для компьютеров…

Троированный микропроцессор с повышенными характеристиками по сбоеустойчивости и радиационной стойкости, выпущенный по техпроцессу 350 нм

Для справки, по техпроцессу 350 нм в мире производились следующие известные СБИС:

• MTI VR4300i (1995 г, 133 МГц) — использовался для встраиваемых устройств и игровых консолей.
• Intel Pentium (1995), Pentium Pro (1995), Pentium II (1997).
• AMD K5 (1996), K6 (1997).
• Nvidia RIVA 128 (1997, графический процессор).
• Atmel ATmega328, используемый в Arduino UNO.
• Parallax Propeller (2006).

А что сегодня разработано и производится по толстым техпроцессам в России? Давайте в качестве примера рассмотрим продукцию, например, ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН (широкому кругу лиц известна тем, что разработала и выпускает серию микропроцессоров с системой команд «КОМДИВ»).

У них как раз есть ряд микросхем космического и промышленного классов и собственная мини-фабрика для мелкосерийного их производства.

Результатами работы мини-фабрики является разработка и характеризация базовых технологических процессов КМОП 0,5 (500 нм), КМОП 0,35 (350 нм), КМОП КНИ 0,5 (500 нм) и КМОП КНИ 0,35 (350 нм). Завершается разработка техпроцесса КМОП 0,25 (250 нм).

Ниже я перечислю разработанные НИИСИ СБИС, среди которых есть и изготавливаемые по техпроцессу 350 нм.

Космические микросхемы

• 5890ВМ1Т (2009 г, 500 нм) — 32-х разрядный микропроцессор для построения резервируемых отказоустойчивых вычислительных систем. 33 МГц.
• 5890ВЕ1Т (2009 г, 500 нм) — 32-битный микропроцессор с встроенным интерфейсным контроллером, 33 МГц. Давно и успешно летает в системах управления космических аппаратов.
• 5890ВГ1Т (2009 г, 500 нм) — Интерфейсный контроллер с повышенной стойкостью к специальным воздействующим факторам.
• 1900ВМ2Т (2012 г, 350 нм) — Троированный микропроцессор. Функциональный аналог микросхемы 1990ВМ2Т (1890ВМ2Т) с повышенными характеристиками по сбоеустойчивости и радиационной стойкости.
• 1649РУ1Т (2012 г, 350 нм) — статическое оперативное запоминающее устройство с произвольной выборкой с информационной емкостью 1 Мбит
• 1907КХ018 (2015 г, 250 нм) — коммутатор шести последовательных каналов RapidIO, предназначенный для организации связи между устройствами с интерфейсом RapidIO.
• 1907ВМ014 и 1907ВМ01А4 (2015 г, 250 нм) — Система на кристалле с 32-разрядным RISC-микропроцессором архитектуры КОМДИВ и встроенными контроллерами интерфейса ГОСТ Р 52070-2003 и SpaceWire.
• 1907BM044 (2016 г, 250 нм) — Система на кристалле с трехкратным резервированием, 32- разрядным RISC-микропроцессором архитектуры КОМДИВ.
• 1907ВМ056, 1907ВМ05Н4 (2017 г, 250 нм) — Радиационно-стойкая система на кристалле с 32-разрядным RISC-микропроцессором архитектуры КОМДИВ и системным контроллером, обеспечивающим работу с внешними
  интерфейсами.
• 1907ВМ066, 1890ВХ018 (250 нм) — Радиационно-стойкая система на кристалле с 32-разрядным RISCмикропроцессором архитектуры КОМДИВ со встроенным сопроцессором обработки и сравнения изображений.

Промышленные микросхемы

• 1890ВМ6Я / 1890ВМ6АЯ / 1890ВМ6БЯ (2009 г, 180 нм) — Системы на кристалле с 64-разрядным RISC-микропроцессором архитектуры КОМДИВ-64, кэш-памятью второго уровня и встроенным системным контроллером
• 1890КП1Я (250 нм) — контроллер коммутатора Ethernet, предназначенный для построения 8-портовых коммутаторов Ethernet.
• 1890КП3Я (2011 г, 250 нм) — предназначена для организации связи между устройствами с интерфейсом RapidIO.
• 1890ВМ7Я (2009 г, 180 нм) — Система на кристалле с 128-разрядным RISC-микропроцессором архитектуры КОМДИВ с каналами ускоренного ввода-вывода и специализированным сопроцессором.
• 1890ВГ18Я (2011 г, 180 нм) — предназначена для обмена информацией между шиной PCI и высокоскоростными каналами ввода-вывода шины RapidIO.
• 1890ВМ8Я (2016 г, 65 нм) — Система на кристалле с 64-разрядным 2-х ядерным суперскалярным RISC-микропроцессором архитектуры КОМДИВ и встроенными системным и периферийными контроллерами.
• 1890ВМ9Я (2017 г, 65 нм) — Система на кристалле с 64-разрядным 2-х ядерным суперскалярным RISC-микропроцессором архитектуры КОМДИВ и встроенными системным и периферийными контроллерами
• 1890ВМ108 (2018 г, 65 нм) — Управляющий микропроцессор с низким энергопотреблением для встраиваемых применений представляет собой систему на кристалле с 64-разрядным RISC-микропроцессором архитектуры КОМДИВ64.
• К5500ВК018 (2021 г, 65 нм) — малопотребляющий микроконтроллер «Комдив-МК» на основе отечественных IP-блоков для применения в устройствах промышленного интернета вещей, 300 МГц.

Малопотребляющий микроконтроллер «Комдив-МК» на основе отечественных IP-блоков для применения в устройствах промышленного интернета вещей, 300 МГц. Изготовлен по техпроцессу 65 нм.

И это почти всё разработано до 2020-го года, в то время, когда российской микроэлектронике особого внимания не уделялось, а возможно, и сознательно тормозилось. То есть, даже тогда свои микросхемы на толстых техпроцессах нам были нужны, чего уж говорить о сегодняшнем дне. Это я к тому, что теперь найдётся куча номенклатуры, которую нужно будет производить по техпроцессу 350 нм.

Скажем, часть микросхем можно «апгрейдить» с 500 нм (обновить, так сказать), а что-то особо важное «дауншифтить» с 250 нм и 180 нм, хотя, учитывая то, что литографическая линия на 130 нм уже тоже не за горами, с этим можно слишком сильно и не торопиться.

Ассортимент требующихся государственной инфраструктуре микросхем, которые можно производить по технологическим нормам 350 нм, прямо скажем, огромен. К счастью, помимо НИИСИ, у нас есть много других разработчиков СБИС, вот далеко не полный перечень:

• «Миландр», Зеленоград
• НПЦ «Элвис», Зеленоград
• НТЦ «Модуль», Москва
• НИИМА «Прогресс», Москва
• Дизайн-центр «Союз», Зеленоград
• НПК «Технологический центр», Зеленоград
• «Мультиклет», Екатеринбург
• КТЦ «Электроника», Воронеж
• ВЗПП-С, , Воронеж
• ВЗПП-Микрон, Воронеж
• НИИЭТ, Воронеж
• Завод «Интеграл», Минск

То есть, у нас есть кому быстро заполнить нишу СБИС 350 нм, которые можно будет произвести прямо здесь и сейчас, когда соответствующая производственная линия будет построена (ориентировочно, по моим прикидкам, это будет 2026 год).

В наше время экономическая выгода для мировых фабрик диктует им необходимость утоньшать техпроцесс даже для тех микросхем, которым это вовсе необязательно для их функционала. Уменьшив техпроцесс, они могут разместить на пластине больше чипов, что при огромных масштабах производства даёт выгоду даже несмотря на удорожание оборудования и всего техпроцесса в целом.

Именно в этом основная причина сегодняшнего ухода техпроцессов, например, для автомобильной электроники, в диапазон 40-28 нм. В случае же России, не имея возможности производить чипы по техпроцессам 40-28 нм, мы спокойно можем временно базироваться на относительно дешёвых техпроцессах 500-350 нм.

Более того, учитывая хотя и существенные, но всё же относительно небольшие по мировым меркам потребности российского рынка и рынков таможенного союза и других потенциальных союзников и партнёров, по тем или иным причинам готовых в тех или иных количествах закупать наши микросхемы (а таких в настоящее время немного, но они есть), речь не идёт о партиях, делающих утончение техпроцесса выгодным экономически.

Таким образом, нам экономически целесообразно в настоящее время оставаться на пластинах диаметром 200 мм (в не 300, как на ведущих мировых фабриках) и на техпроцессах 350-130-90 нм. По мере появления у нас в распоряжении более тонких техпроцессов и расширения рынков сбыта будем, конечно, смещаться в сторону утоньшения в тех случаях, когда это будет экономически или технически необходимо.

Я думаю, что в лидеры по техпроцессу мы не выбьемся. По крайней мере, государство не будет финансировать эту цель. В этом нет особого смысла, поскольку все свои потребности оно вполне будет закрывать и с отставанием по техпроцессу на 1-2 поколения. Это нормально и логично. Так что в будущем не стоит ругать за это наших разработчиков или управленцев.

Другое дело, если появится коммерческая компания, которая продолжит разработки отечественного оборудования и техпроцессов самостоятельно, и доведёт их до уровня, подобного ASML и TSMC, если это покажется ей коммерчески выгодным. Но надеяться на это я бы не стал. Но и исключать — тоже, особенно в случае, если развитие технологий пойдёт не вслед за ASML и TSMC, а по параллельному пути. Но всё это дело далёкого будущего, сейчас нам бы с 350 нм не сесть в лужу ))) Впрочем, с планарной технологией и глубоким ультрафиолетом это маловероятно — тут уже всё исследовано вдоль и поперёк.

Заключение

Итак, у нас в ближайшие пару лет появляется производственная линия для техпроцесса 350 нм на отечественном оборудовании и огромная номенклатура микросхем, которая ожидает проектирования или перепроектирования под этот техпроцесс. А пока ждём и следим за новостями к концу 2024 года…