Микропроцессоры

Книга “Война чипов: мировая битва за критически важные технологии” Крис Миллера – одна из главных для понимания истории развития индустрии микропроцессоров и производства, а также причин ее влияние практически на все аспекты нашей жизни: от использования гаджетов и электротоваров, до самого технологичного вида оружия.
“Политика и геополитические трения всецело зависят от экономического роста, экономика зависит от технологий, а основой всех современных технологий являются микропроцессоры и память. Инвестиция в сектор semiconductors за последние десять лет – одна из самых прибыльных отраслей. Работа в этом секторе требует все больше кадров, в том числе и  не напрямую связанных с самим процессом производства. “

Все что написано далее – лишь частичный обзор полученного из этой книги – интересующих меня тем. Необъятное необъять. “Часто все сказанное не является первопричиной, а чтобы понять, важно понимание выше сказанного.” 

Немного теории. Фотолитография. 

“Начало фотолитографии берет эксперимент. “Физик Джей Лэтроп покрыл блок германия одним из химикатов Kodak – фоторезистом, который исчезал под воздействием света. Затем он перевернул микроскоп вверх дном и покрыл объектив рисунком так, чтобы свет проходил только через область в форме прямоугольника. Свет попадал в шаблон, светил через объектив в форме прямоугольника и уменьшался в размерах под действием перевернутого микроскопа, фокусируясь на германии с фоторезистивным покрытием, при этом лучи света создавали миниатюрную версию прямоугольного шаблона идеальной формы. Там, где свет попадал на слой фоторезиста, химическая структура изменялась, что позволяло смыть его, оставив крошечное прямоугольное отверстие, гораздо меньшее по размеру и более точное по форме, чем мог бы быть любой кусочек воска. Вскоре Лэтроп обнаружил, что может печатать и “провода”, добавляя сверхтонкий слой алюминия для соединения германия с внешним источником питания.”

«Свет проникал через маски и линзы, проецируя сфокусированные формы на кремниевую пластину, покрытую химическими веществами фоторезиста. В местах попадания света химические вещества вступали в реакцию со светом, что позволяло смывать их, обнажая микроскопические углубления в верхней части кремниевой пластины. В эти углубления добавлялись новые материалы, создавая на кремнии микросхемы. Специальные химикаты вытравливают фоторезист, оставляя после себя идеально сформированные формы. Для изготовления интегральной схемы часто требовалось пять, десять или двадцать итераций литографии, осаждения, травления и полировки, в результате чего результат получался многослойным, как геометрический свадебный торт. По мере миниатюризации транзисторов каждая часть процесса литографии – от химикатов до линз и лазеров, идеально выравнивающих кремниевые пластины относительно источника света, – становилась все сложнее.»

Начало массового производства

“Массовое производство работает, когда все стандартизировано.”. Поэтому стремление к стандартизации производства было и является основопологающим фактором успеха и постоянного улучшения качества.

Когда речь шла о полупроводниках, у таких компаний, как TI, не было инструментов, позволяющих определить, все ли компоненты их интегральных схем одинаковы. Химические вещества содержали примеси, которые в то время невозможно было проверить. Перепады температуры и давления вызывали неожиданные химические реакции. Маски, через которые проецировался свет, могли быть загрязнены частицами пыли. Одна примесь могла испортить весь цикл производства. Единственным методом совершенствования был метод проб и ошибок, и компания TI организовала тысячи экспериментов по оценке влияния различных температур, комбинаций химических веществ и производственных процессов.

Закон Мура

Главный закон прогресса и технологического улучшения микропроцессоров.

Кремневая Долина

Цепочки поставок

Военное господство

Бомба Paveway, которая была основным оружием бомбардировок во Вьетнаме, имела очень низкие показатели точности. Именно это оружие было модернизировано и насащено наводящим микропроцессоров, а результатом стал триумф войны в Персидском заливе, когда эти ракиты показали всему миру точность и доказали лидерство и превосходтство США.

TSMC

Морис Чанг, создатель компании TSMC – Будучи мастером игры в бридж, Чанг подходил к производству так же методично, как к своей любимой карточной игре.

ASML

Голландская компания. Литографические машины от ASML являются основой всего производства микропроцессоров.

Для воспроизведения одной из EUV машин компании ASML, разработка и внедрение которой взяло около 30 лет, только для лазера в системе требуется идеально точно определить и собрать 457,329 деталей. Это к слову о копировании технологий. 

Пример такой машины через Lego: “копия, похожая на Lego, продавалась за €208 ($216) в магазине для сотрудников ASML. Между тем, машина компании ASML TWINSCAN EXE:5000 для литографии в экстремальном ультрафиолете с высокой числовой апертурой для производства чипов стоит €350 млн за штуку и весит столько же, сколько два Airbus A320.”

Intel

Особая глава уделяется перерождению компании Intel из производителя DRAM в лидера по производству микропроцессоров. Энди Гроув, которого в свое время привел Гордон Мур, стал президентом компании в начале 80-ых годов, но цель этого назначения была не строительство, а «разрушение». Intel, созданная для производства DRAM, уступавшая свой бизнес лидерам качества – японским компаниям, должны была свернуть производство памяти и перенаправить его на производство микропроцессоров для персональных компьютеров. И этим «разрушителем» мог стать только Гроув.

Три фактора стали ключевыми для успеха и возвращению Intel-а к лидерству. 

Создание первого персонального компьютера компанией IBM, которая заключила сделку с Билл Гейтсом на создание операционной системы для своих ПК – было первым. Это была отправная точка, но благодаря этому, новый рынок начал развиваться, так, что к концу 80-х практически каждый дом имел персональный компьютер.

Во-вторых, жесткая система копирования Intel-ом Японских моделей моделей производства. Из лабораторий и R&D, каждый филиал стал производственным конвейером, и одна прижившаяся модель быстро распространялась на остальные филиалы. Такой подход начал приносить результаты в самое короткое время. 

И третьим фактором, как следствие первого, стал факт появления компаний – конкурентов IBM, которые занимались сборкой персональных компьютером по более дешевой цене. Но один общий знаменатель был у всех этих компаний – процессоры IBM.

Архитектуры микросхем

x86 – Intel и AMD

ARM

RISC-V – новая архитектура, набор инструкций с открытым исходным кодом, доступным для всех без взимания платы. DARPA финансировала несколько таких пректов. RISC-V Foundation – фонд разработки RISC-V, в 2019 году переехал из США в Швейцарию. Alibaba разрабатывают процессоры на этой базе. 

Micron

Micron концентрировалась на снижении затрат и уменьшений этапов производства, а также благодаря своей креативности сокращать издержки. Она научилась конкурировать с яронскиии гигантами, такими как Toshiba и Fujitsu.  В большой степени именно Micron вернул Американское доминирование на мировом рынке DRAM. 

 ИИ

для использования ИИ необходима “триада” данных, алгоритмов и вычислительных мощностей

Геополитика

Развитие технологии полупроводников была главным фактором развития азиатских стран, сохранения демократии, а также экономического роста. 

“Что, например, происходит, когда страна опирается на одного большого гиганта-конгломерата. В таком случае государство по одерживает компанию не просто дотациями, а еще и поддержкой национальной валюты, чтобы прибыль от экспорта не нарушилась колебаниями курса.  Так происходит с Тайванем и TSMC. “

Борьба за рынок между кремневой долиной и японскими компаниями, рост инвестиций в R&D а также рост финансирование правительствами и, несмотря на то что американское вкладывало финансировало в порядок раст, качество японских DRAM схем и доля рынка росла, а американских оставалась неизменно 1.5% от всего мирового производства DRAM. 

“Соединенные Штаты были заняты созданием юристов”, – читал Морита, в то время как Япония “была занята созданием инженеров”, считал Акио Морита 

интегральные микросхемы стали неотъемлемой частью позиции Америки в Азии: Японию, Гонконг, Южную Корею, Тайваня, Сингапура

Выводы

“В конце концов технологические гиганты поднялись и выросли благодаря продавцам картофеля, торгашами рыбой”. Вот такой вывод. Те, кто развивали свой бизнес продовая простые продукты питания, применили свои знания и навык и создали огромные компании такие как Samsung, Micron, Alibaba.

Словарь

Акио Морита – создатель компани Sony 

Роберт Боб Нойс – создатель компаний Intel и Fairchild

Питер Симоне – президент GCA

Конкуренты GCA – Nikon, Canon, ASML

Джек Килби – создатель компаний Fairchild, перешедший в Texas Instruments

Исихара Синатро – мэр Токио, написал книгу «Япония, которая умеет говорить «нет»» Сказать вместе с Акио Марита

Джек Симплот – бизнесмен картофеля фри из машин для обработки и заморозки, инвестировавший в бизнес семикондакотор, а именно в компанию Micron

Micron – компания по производству DRAM с 1978 года, основанная Джо и Уорд Паркинсон в подвале стоматологического кабинета

Гордон Мур – знаменитый создатель закона Мура., соучредитель компании Intel

Энди Гроув – соучредитель компании Intel 

Texas Instruments

National Semiconductors

GCA

Боб Ноыс

Энди Гроув – стал президентом Intel в начале 80-ых, совершив переворот в бизнесе Intel и начала массового производства микропроцессорово на базе x86.

Ли Бен Чхоль – создатель Samsung

Ричарда Чанга – основал в Китае компанию SMIC, создал литейное производство, пережило ряд тяжелых разбирательств с TSMC. Был смещен, частные инвесторы также были смещены китайским государствам. 

Lattice Semiconductor – Американская компания по производству микросхем. 6% куплены Китаем

DARPA – Задача состоит не просто в том, чтобы встроить вычислительную мощность в одно устройство, например, в управляемую ракету, а в том, чтобы объединить в сеть тысячи устройств по всему полю боя, позволяя им обмениваться данными и предоставляя машинам возможность принимать больше решений.

Micron, Samsung, SK Hynix – три компании, доминирующие на мировом рынке DRAM

Veeco – американский производитель оборудования для полупроводников

Applied Materials, Lam Research, KLA – олигополия компаний производства оборудования, без которых невозможно производить современные проводники

Cadence, Syno psys, Mentor – практически каждый чип в мире использует программное обеспечение хотя бы одной из трех этих американских компаний

Samsung, TSMC – все самые современные логические микросхемы производятся всего двумя этими компаниями, расположенных в странах, безопасность которых зависит от американских военных

Cymer – машины EUV, производятся голландской ASML, которая полагается на дочернюю Cymer из США Сан Диего, поставляющая источник света. 

Sugon – китайская компания занимающаяся производством суперкомпьютеров, внесена в серный список сша

Phytium – китайская компания разрабатывала чипы для суперкомпьютеров, использовавшихся для испытания гиперзвуковых ракет

Tencent, Alibab  

Tokyo Electron – крупнейшая японская компания по производству оборудование для микросхем

SKHynix -менее крупный корейский конкурент Samsung

Китай и Азия

SMIC – китайский производитель чипов

UMC – второй по величине литейный завод Тайваня

Ли Бьюнг-Чул – создатель Samsung компании из торговца соленой рыбой технологическую компанию. Опираясь на три стратегии: старательное налаживание политических связей для удобного регулирования и делового капитала.  Выявить впервые созданные продукты и научиться производить более дешево с аналогичным качеством. Проводить глобализацию для обучения, конкурирую с лучшими компаниями мира. 

Samsung – 10% ввп Южной Кореи.

Tencent, Alibaba, Pinduoduo и Meituan – китайские компании

Рен Чжэнфэй – создатель Huawei

Huawei – с 1987, в тройке мировых поставщиков по поставке коммуникационного оборудования для сотовых вышек (наряду с финской Nokia и шведской Ericsson). Второй по величине клиент TSMC

UMC – тайваньская компания производящая логические микросхемы (не памяти)

Jinhua – китайская компания в провинции Фуцзянь – прямо через пролив с Тайванем

YMTC – Yangzte Memory Technologies, ведущий китайский производитель NAND памяти микросхем

Tsingua Unigroup – полупроводниковый фонд, инвестирующих в компании производящие микросхемы по всему миру

Nikkei Asia – японская газета, наиболее полно освещающая китайскую чип-индустрию

Дэн Ванг – один из самых умных аналитиков китайской технической политики

HSMC Wuhan Hongxin – компания, созданная группой мошенников

Powertech Technology тайваньская компания по сборке и тестипованию проводников

MediaTek – тайваньский конгломерат

Чжао Вейгуо – инвестировал в полупродниковую отрасль, недвижимость и азартные игры

Spreadtrum Communications и RDA Microelectronics – компании по производству чипов низкого класса

Карбид кремния, Нитрдид галлия – новые полупроводниковые материалы, в которые инвестирует Китай