LibrePCB: бесплатный инструмент для разработки печатных плат под Windows, Linux и MacOSИдея свободного железа особенно актуальна сейчас, когда крупные корпорации пытаются ограничить доступ к своей интеллектуальной собственности, а национальные правительства ставят друг другу препоны в доступе к технологиям.
Многие хотели бы составить конкуренцию лидерам — TSMC, Samsung и Intel, которые являются фактически монополистами в производстве современных микросхем по техпроцессу 2/5 нм.
▍ Свободные микросхемы
Чтобы решить проблему монопольного доступа к технологиям производства, несколько лет назад была создана организация Libre Silicon, которая разрабатывает свободный стандарт технологического процесса производства полупроводников с открытым исходным кодом, включая набор проектирования технологических процессов (PDK) для цифро-аналоговых микросхем, а также быстрый, простой и недорогой способ производства.
Активисты пишут, что для начала работы не требуется подписания каких-то секретных соглашений и договоров: вы можете создать дизайн микросхем и наладить производство хоть в своём гараже. Libre Silicon стремится произвести революцию на рынке, разрушив монополию проприетарных производителей.
В этой связи приходят на память отдельные энтузиасты, которые де-факто наладили успешное производство микросхем прямо в своём гараже. Например, как 22-летний американец Сэм Зелуф (сейчас ему уже 23):
В 2022 году этот американский студент попал в СМИ со своей домашней лабораторией, где использует старое оборудование б/у. На аукционах eBay он нашёл дешёвое оборудование 70-80-х годов, принадлежавшее закрытым калифорнийским компаниям. Например, он купил сломанный электронный микроскоп за $1000 и починил его.
Студент смастерил собственную установку для фотолитографии, прикрутив к микроскопу модифицированный проектор для конференц-зала, купленный на Amazon.
Для начала он изготовил микросхему с 1200 транзисторами. Напомним, первый в мире коммерческий микропроцессор Intel 4004 образца 1971 года содержал 2300 транзисторов.
Z1: первая микросхема Сэма Зелофа (шесть транзисторов, норма 175 микрон)
Z2: вторая микросхема с 1200 транзисторами
Недавно Зелуф модернизировал свою самодельную фотолитографическую машину, чтобы печатать детали размером 300 нм, примерно на уровне коммерческой индустрии середины 90-х.
Если такое может делать студент у себя в гараже, то на что же способны более профессиональные специалисты?
Судя по всему, для запуска собственного современного производства сегодня в РФ или другой стране, которая хочет наладить такое производство, есть две основные проблемы:
- отсутствие оборудования для производства, а также инструментов для моделирования схем, компоновки, DRC, LVS, проверки целостности сигналов и питания и многих других;
- отсутствие проектов дизайна микросхем.
В итоге для малого и среднего бизнеса, стартапов и любителей не существует недорогого и простого способа разработать собственные ASIC и вывести их на рынок. Всё находится в руках нескольких крупных корпораций, которые монополизировали производство, взимают около $2000 за прототип и заставляют инженеров ждать месяцами, пока их разработку проверят физически. Открытый и свободный для всех дизайн микросхем от Libre Silicon должен изменить эту ситуацию.
Собственный дизайн и производство — это ещё и решение проблемы с безопасностью. По крайней мере, с момента появления Intel Management Engine и уязвимостей Spectre и Meltdown растёт беспокойство по поводу надёжности и безопасности процессоров в компьютерах, смартфонах и других устройствах. Всегда есть риск аппаратных закладок (бэкдоров).
Аппаратные закладки под микроскопом, источник
Благодаря полностью открытому технологическому процессу и документации технологических узлов открываются двери для создания полностью свободных процессорных платформ, которые позволяют проводить полный аудит безопасности вплоть до транзисторного уровня.
Это стандартизированный процесс свободного производства, который позволяет легко обмениваться разработками и проводить их проверку на аппаратном уровне в любой точке земного шара. Можно разработать и протестировать любой ASIC (CMOS и аналоговый) где-нибудь в Токио, затем загрузить его с GitHub — и изготовить в любой другой точке мира. По крайней мере, таков был план Libre Silicon.
К сожалению, деятельность этой организации ограничилась тем, что в 2021 году она опубликовала несколько документов PDF с дизайном микросхем и пошаговым описанием технологического процесса (PDK, Process Design Kit). На этом она пока прекратила свою активность.
Осаждение титана — 33-й этап в пошаговом руководстве по самостоятельному производству микросхем (высокотехнологическая версия)
Но такой мануал — это уже хорошее начало.
▍ Другие инициативы
Из других инициатив можно назвать SkyWater Open Source PDK — совместный проект Google и SkyWater Technology Foundry для создания полностью открытого PDK с производством на предприятии SkyWater. Изначально репозиторий был ориентирован на технологические узлы SKY130 (техпроцесс 130 нм, документация).
В случае успешного выпуска в будущем могут сделать доступными и более продвинутые технологические узлы. Но опять же, об этом проекте ничего не слышно с 2020 года.
Опенсорсные микросхемы или опенсорсные ноутбуки могут быть подходящим вариантом для локализации производства в РФ или других странах, где нет собственных производителей с опытом проектирования и массового выпуска таких устройств. По крайней мере, теоретически свободное железо выглядит привлекательно для такой цели.
Опенсорсный ноутбук. Источник: Open Source Laptop Project
В интернете можно найти довольно подробные инструкции, как спроектировать процессор с нуля.
Возможно, в будущем проектировать собственные микросхемы будет проще. Уже есть научные статьи об автоматическом дизайне CPU с помощью ИИ.
Традиционный процесс проектирования CPU (вверху) и предлагаемый процесс с использованием ИИ, источник
Для электронной схемотехники разработан мощный инструментарий, в том числе опенсорсный, и появляются всё новые программы. Например, в сентябре 2023 года вышла первая версия опенсорсной программы LibrePCB: бесплатный инструмент EDA (автоматизация проектирования электроники) для разработки печатных плат под Windows, Linux и MacOS.
Может быть, программа LibrePCB известна энтузиастам по свои более старым версиям, но с выходом 1.0.0 она приобрела завершённый вид. Для пользователей Eagle интерфейс будет интуитивно понятным, да и в целом он очень простой в освоении.
В нём отсутствуют заумные штуки, от которых страдают многие пакеты САПР и EDA, а без их изучения ничего не получится. Здесь всё гораздо понятнее.
В настоящее время в менеджер библиотек можно импортировать ряд библиотек, охватывающих распространённые детали и платы. В библиотеке прямо указываются номера MPN (manufacturer part numbers):
Со временем выбор будет расширяться. Интересно, что менеджер библиотек поддерживает системы контроля версий. Так что библиотекой можете управлять прямо из Git-репозитория.
В программе работает настройка для устранения ошибок DRC, проверка ошибок на лету (неподключенные сети, сбои DRC). Также поддерживается 3D-вид. Есть экспорт моделей в PDF, SVG, pixmap, BOM, pick&place, Gerber/Excellon. Также есть возможность загрузить их непосредственно на фабрику печатных плат. В настоящее время выбор ограничен Aisler и PCBway.
Вообще, похоже, что создание этой программы проспонсировал какой-то производитель печатных плат (вероятно, Aisler), поскольку экспорт по умолчанию идёт на их фабрику. Но всё равно получилось неплохо.
▍ Локализация производства микросхем
Китай героически пытается догнать передовых игроков индустрии. Конкуренция здесь обостряется, участились случаи кражи технологий.
Недавно стало известно о японских литографах Canon FPA-1200NZ2C, производитель которых заявляет о возможности производить чипы 2/5 нм при стоимости оборудования в несколько раз меньше, чем у TSMC. И нужно учесть, что японские компании не всегда ограничены санкционными ограничениями ЕС и США, то есть теоретически могут поставлять оборудование в тот же Китай.
В то же время Китай заявил, что освоил передовую технологию производства чипов даже на старых литографах ASML.
Не только отдельные государства, но и крупные интернет-корпорации (Google, Amazon) проектируют собственные чипы для своих дата-центров. Даже Microsoft недавно присоединилась к их числу. Первыми станут процессоры Azure Maia 100 и Cobalt 100.
Если говорить о России, то собственного производства высокотехнологичных микросхем 5 нм нет и не планируется. Хотя чиновники делают вид, что всё идёт по плану. По крайней мере, год назад в Зеленограде ещё продолжалось строительство корпусов для завода МИЭТ, где собираются наладить производство микросхем по техпроцессу 28 нм.
Комментаторы считают, что с помощью китайского бэушного оборудования «вполне реально» открыть производство на 28 нм, хотя «экономического смысла в этом нет». Завод не заработает прибыль только на внутрироссийском рынке, то есть не выйдет в плюс. Разве что на оборонных заказах…
Российская сторона уверена, что даже 90 нм уже закроют множество потребностей, а 28 нм закроет «почти все потребности». Меньшего техпроцесса реально требует только портативная носимая электроника.
С одной стороны, сложно поверить в организацию такого сложного производства в условиях санкций. С другой стороны, Китаю это удалось: они создали соответствующие условия, выделили ресурсы, подключили промышленный шпионаж — и всё почти получилось.
▍ Будущее
Если в индустрии удастся реализовать свободный стандарт на производство микросхем, то мировой рынок микроэлектроники может кардинально измениться. Вероятно, станет более рентабельным производство заказных ИС даже в самых малых объёмах. Вместо нынешних технологических гигантов появятся тысячи средних и малых фабрик, от гаражных до промышленных, разбросанных по всему миру. Они будут обслуживать локальный и глобальный спрос на изготовление заказных чипов. Что касается клиентов, то заказать производство может кто угодно, даже физическое лицо с заказом на одну микросхему, без соглашений о неразглашении и другой бумажной волокиты. Всё предельно неформально, просто и недорого. Заказать малосерийное производство ИС будет так же легко и просто, как заказать печатную плату.
Что нужно для такого будущего — так это набор технологических узлов с открытым исходным кодом, чтобы обеспечить переносимость дизайна.
Для создания свободной индустрии важна также разработка нового производственного оборудования, обеспечивающего возможность производства в небольших объёмах с высокой гибкостью и основным упором на технологии безмасочной литографии. Ну и конечно появление опенсорсных инструментов EDA как LibrePCB — это уже хороший шаг вперёд.
Скидки, итоги розыгрышей и новости о спутнике RUVDS — в нашем Telegram-канале ????
Комментарии (54)
okhsunrog
25.12.2023 15:31+8Какие преимущества по сравнению с KiCAD у LibrePCB?
checkpoint
25.12.2023 15:31+20Никаких. LibrePCB это детская поделка по сравнению с KiCAD. Автор вообще очень далек о темы, скидал в кучу всякого разного, безобразного...
Regressor
25.12.2023 15:31+11Автор бесконечно далек от темы. Может это уже кто-то с xGPT статьи клепает ? Начал за микрохемы, потом съехал на печатные платы с этой убогой подделкой, а уж вывод в конце это прямо эталон генерации от нейросети.
Jury_78
25.12.2023 15:31+6Вместо нынешних технологических гигантов появятся тысячи средних и малых фабрик, от гаражных до промышленных
В Кита в период индустриализации в каждой деревне пытались строить мартеновскую печь... не взлетело.
Maks_K2
25.12.2023 15:31+2Чего ходить далеко, за последний Год В Китае закрылось около 10 Тысяч фирм по производству микроэлектроники....
WebPeople
25.12.2023 15:31+1Вы только вдумайтесь в эти цифры! На 10к закрытых, открытых на порядок, видимо, больше. Это как мартеновская печь в каждой деревне, только не печь, а производство микроэлектроники... И как по мне, индустриализация у них вполне случилась, как и с производством электроники.
Jury_78
25.12.2023 15:31Если считать "случившимся" отказ, от деревенских печей в ползу промышленных то - да.
Swiftarrow7
25.12.2023 15:31Это тот факт, что они купили оборудование?
DeuxNowhere
25.12.2023 15:31Если вы имеете ввиду мартэновские то , тогда китаю помог добрый СССР. До этого в деревнях люди сдавали весь свой металл)) и на углях и глине переплавляли его в чугунные слитки. Мартэновскую печь или кислородный конвертор считай градообразующее предприятие , одна выплавка стали это десяки комбинатов, и тысячи человек .
Я просто видел такую махину ,впечатлило не слабо.
VT100
25.12.2023 15:31+17Свалить в кучу что-то разрозненное (вплоть до далёкого от темы), но подходящее под поисковый запрос и гордо назвать аналитикой. Такъ победимъ!
Myclass
25.12.2023 15:31+6Никто никому не мешает - взять verilog или VHDL и писать свой микропроцессор. Но от этого ничего глобального не изменится. Ни цепочки производства, ни настроение актуальных игроков на рынке производства чипов. Это не тоже самое, как писать OS в конкуренцию к Microsoft. Тут железа не мерено. Его кто-то создавать должен. Это не просто вечерами на кодом сидеть. Статья - какое-то непонятное нагромождение хотелок.
amartology
25.12.2023 15:31+5В итоге для малого и среднего бизнеса, стартапов и любителей не существует недорогого и простого способа разработать собственные ASIC и вывести их на рынок.
Даже жаль, что фаундеры всех тысяч микросхемных стартапов, которые много лет а тут, как грибы после дождя, не в курсе, что они обречены. Ну там Graphcore какой-нибудь живёт и не знает, что ничего на самом деле не может, и валюация в миллиард долларов у него какая-то безысходная. И Хуанг хорошо, что успел создать Nvidia до того, как прочитал эту статью.
checkpoint
25.12.2023 15:31+3И все же стоит признать, что порог вхождения в производство микросхем любой степени интеграции почти не приступен для подавляющего большинства стартапов даже на Западе. А те, кто получил доступ к соответствующим финансам и ресурсам имеет около нулевые шансы выйти на рынок со своим изделием. Вся эта мировая микроэлектронная индустрия страшно закостенелая и требует конкретного перетрахивания и инноваций в сфере организации производства (то, что принято называть английским словом "disruption").
PS: Мне бы очень хотелось дожить до того момента, когда изготовление малой партии заказных микросхем будет так же дёшево, просто и обыденно, как сейчас заказать печатные платы в каком нибудь JLCPCB.
almaz1c
25.12.2023 15:31около нулевые шансы
но все же ненулевые:
"....Компания Espressif Systems была основана еще в 2008 году в Китае. Только после шести лет упорной работы, компания представила первую беспроводную SoC-микросхему для Wi-Fi-приложений ESP8266EX, которая стала чрезвычайно популярной среди разработчиков. В 2016 году, закрепляя успех, Espressif Systems представила новое флагманское семейство ESP32, которое стало одним из первых интегрированных решений с одновременной поддержкой Wi-Fi и Bluetooth. Таким образом, за десять лет компания выросла из небольшого стартапа до многонационального пионера IoT в полупроводниковой промышленности и за период с 2014 по 2018 год выпустила более 100 000 миллионов чипов....."
amartology
25.12.2023 15:31+1То, что вы описываете, не имеет отношения к собственному производству микросхем, Espressif пользуется услугами контрактных фабрик, как все нормальные люди)
amartology
25.12.2023 15:31А зачем нужно входить в производство микросхем? Даже если вам нужны какие-то кастомные опции в техпроцессе, их вполне реально организовать на уже существующих фабриках намного дешевле и удобнее, чем пытаться делать самостоятельно? Или просто очень хочется нагрузить свой стартап лишней тысячей сотрудников и миллиардов капекса в год?
Что касается "дёшево, просто и обыденно", то mpw на любой нормальной фабрике - это дешево, просто и обыденно. Отдаете gdsii, получаете чипы.
checkpoint
25.12.2023 15:31Отдаете gdsii, получаете чипы.
Подскажите, Кэп, куда мне отдать свои GDSII файлы и получить десяток микросхем в замен ?
DmitryVS
25.12.2023 15:31+2Вы уж не принимайте за персональный наезд, но тут уже полный абсурд начинается. На Ваш вопрос годится универсальный ответ: отдайте их в /dev/null. Дело в том, что какие-то абстрактные "ваши ЖДСы" изготовить в кремнии в принципе невозможно, даже в рамках "инженерной импровизации". Если у вас нет техпроцесса, нет PDK, то как понять, что вы вообще там "нарисовали"? Как преобразовать дизайнерские слои в масочные? Как на масочных слоях делать коррекцию? На какой операции ФЛ какой ФШ использовать? В каком маршруте эти операции ФЛ располагаются? У вас есть спеки на все остальные операции маршрута и сам маршрут? Вы готовы предоставить всю эту информацию на производство сами? А вы уверены, что так вообще возможно сделать на конкретной фабрике? Ну или даже, если возможно в принципе, то кто возьмёт риски угробить всё производство (вообще всё) из-за какой-нибудь глупости в вашем маршруте, вы? Ну и пусть даже какие-то психи всё вам сделали, а как вы думаете, какова вероятность, что у вас с первого раза вообще получатся в спеке хотя бы шины металлической разводки, если операции и маршрут вы "нарисовали" на бумаге, а на реальном оборудовании конкретных типов определенной фабрики ни разу эти операции не отрабатывались? Да чёрта с два вы что-то живое получите!
Все эти "открытые маршруты" - полная лажа на уровне институтского диплома. Показывает понимание принципов автором, но к жизни не пригодно. Упомянутый в статье PDF с описанием маршрута можно разбирать на глупости по каждому пункту, в двух словах: полная ерунда там написана. Это тянет на эскиз с уровнем проработки в 2%.
Ну и резюме. Никто никогда не сделает "открытую технологию" для всех и каждого. Потому, что это просто невозможно. Технология привязана к конкретному производству, с конкретными моделями установок, с конкретными отработанными процессами, с конкретным отработанным маршрутом и его конкретными опциями. Исходя из этого заказчикам раздаётся конкретный PDK и принимаются заказы. И "ваши ЖДСы" будут проверяться на ошибки по очень увесистому конкретному набору правил проектирования для этой технологии. И если ошибок будет >0, то вероятность протащить это в производство -> 0. Т.е. мы получаем то, что давно всем известно и называется фаундри.
Хотите своих песен, ноу проблем. Можно арендовать оборудование "как есть" и творить на нём лютую дичь, как вам вздумается. Это возможно в некоторых околоуниверситетских фабах, например. Но и там есть свои правила и ограничения. Угробить установки никому не интересно. Ну и вам придётся взять на себя работу нескольких десятков высококвалифицированных инженеров в совершенно разных областях. Так вам в итоге что важнее, шашечки или ехать?
checkpoint
25.12.2023 15:31Вы очень хорошо вскрыли весь маразм и закостенелость сложившуюся в индустрии производства микросхем. Процесс разработки и, особенно, поизводства на столько избыточно усложнен и запутан, что людям со стороны вход в тему радикально закрыть даже для обладателей бездонных карманов.
Контрастом на этом фоне выглядит индустрия производства печатных плат. Безусловно, производство ПП проще чем производcтво микросхем, но в нём так же задействовано большое количество стадий и огромное количество очень сложного высокотехнологичного оборудования, материалов и химии. Производтво ПП, аналогично проходит стадии изготовления фотошаблонов, фотолитографии, травления, наращивания, нанесения покрытий и прочее... Тем не менее, для людей с улицы все очень просто: скачал с сайта перечень требований и топологических ограничений конкретного производства (читай - PDK), выполнил трассировку ПП в одном из десятков вполне доступных (и даже бесплатных) САПР, выгрузил файлы фотошаблонов и отправил их на производство. После оплаты в течение 7 дней ваши печатные платы у вас на столе. Изготовление ПП на заказ стало на столько обыденным и доступным, что любой человек с минимальной подготовкой может спроектировать и изготовить себе плату за считанные копейки и в очень короткие сроки. Порог вхождения почти отсутствует.
Что мы имеем в индустрии микроэлектроники ? Отсутствие общих стандартов. Полностью закрытые проприетарные PDK, доступые только под NDA. Отсутствие дешевого и бесплатного софта (да, есть OpenLane/OpenROAD, но это все только зачатки чего-то в будущем большого и светлого). Отстуствие, для мелких компаний, возможности работать с производством напрямую - вы вынуждены работать через массу прослоек, так как фабы очень гордые и загруженные, им не до всякой малочи! Страшная дороговизна всего процесса - если у вас нет десятка млн USD в запасе, то можно даже и не пытаться.
В России ко всему этому добавляется очень ограниченные возможности местного производства, которое вообще отказывается с вами взаимодействовать, если вы не выполняете какой-нибудь гособоронзаказ. Я как-то пытался получить PDK-250 от Ангстрем-Т, меня послали лесом - мордой не вышел (фирма не прошла проверку службы безопасности так как не имела опыта работы с госструктурами - что за бред?).
Что требуется для того, что бы расшатать индустрию:
1. Общие стандарты и открытые PDK. Инициатива Google и Skywater (efabless) в этом смысле была в правильном направлении.
2. Больше открытых и бесплатных САПР. Yosys/OpenLANE/OpenROAD - движение в правильном направлении.
3. Доступное, унифицированное литографическое безмасочное производственное оборудование позволяющее выполнять мелкие серии за осмысленные деньги и при этом позволяющее линейно масштабировать производcтвенные мощности - докупил станков и увеличил мощности, как в металлообработке с ЧПУ. Всё, что делает ASML - это движение в противоположном направлении - дорогие убершняги в единичном экземпляре. Была новость от японцев про литографиескую машину полного цикла на основе технологии "нано-импринтинга", но массового их производства как-то не видать.
4. Конкуренция. Требуется больше фабов способных выполнят небольшие серии по средним нанометрам. Тут опять вся надежда только на Китай.
5. Массовая поддержка со стороны государства мелких компаний и коллективов, позволяющая им выполнять тестовые батчи за доступные деньги (сотни тыс USD, а не десятки млн USD). Хочешь сделать свою микросхему ? Не вопрос, присылай GDSII и получишь субсидию и место в очереди к фабу.
В США действует программа IDEA поддерживаемая DARPA, работающая по всем выше озвученным направлениям. Одним из результатов этой программы является проект OpenROAD - попытка полностью автоматизировать и стандартизировать процесс: на входе Verilog + открытый PDK на выходе GDSII.
А что у нас ? Пока что полный вакуум и тотальная секретность.
amartology
25.12.2023 15:31Отстуствие, для мелких компаний, возможности работать с производством напрямую - вы вынуждены работать через массу прослоек, так как фабы очень гордые и загруженные, им не до всякой малочи!
Это неправда, некрупные фабрики прекрасно работают со стартапами напрямую.
Страшная дороговизна всего процесса - если у вас нет десятка млн USD в запасе, то можно даже и не пытаться.
Само производство mpw гораздо дешевле стоит. САПР дорогой, он я вас уверяю, он реально столько стоит, сколько за него просят.
Доступное, унифицированное литографическое безмасочное производственное оборудование позволяющее выполнять мелкие серии за осмысленные деньги и при этом позволяющее линейно масштабировать производcтвенные мощности - докупил станков и увеличил мощности
Так не работает, экономика не сойдется. Разве что вы готовы платить за мелкие серии на порядки больше нормального. Но даже в этом случае вам как клиенту удобнее сделать MLM на обычном оборудовании.
Требуется больше фабов способных выполнят небольшие серии по средним нанометрам.
Куда уж больше, их и так десятки по всему миру, включая США и ЕС.
Массовая поддержка со стороны государства мелких компаний и коллективов, позволяющая им выполнять тестовые батчи за доступные деньги (сотни тыс USD, а не десятки млн USD). Хочешь сделать свою микросхему ? Не вопрос, присылай GDSII и получишь субсидию и место в очереди к фабу.
MPW по 180 нм стоит куда дешевле, чем сотни тысяч.
checkpoint
25.12.2023 15:31MPW по 180 нм стоит куда дешевле, чем сотни тысяч.
Где именно и сколько чипов на руки получаете ? Дайте ссылку на тарифы и условия.
По моим данным пройти весь цикл и изготовить пробную партию 130нм (1000 шт, но это не MPW) обойдется в 500к USD + 6 месяцев ожидания с момента тэйпаута. И да, еще потребуется контора-прокладка где нибудь в Дубаях, со всеми вытекающими расходами.
amartology
25.12.2023 15:31По моим данным, у вас какие-то безумно жадные посредники. У меня сейчас в процессе проект дешевле, быстрее, по более мелким нормам и с гораздо большим количеством чипов. Ссылку не дам, коммерческие контракты обычно под NDA) И в процессе проекта я запрашивал предложения от нескольких фабрик, никто так не пытался ободрать.
DmitryVS
25.12.2023 15:31Процесс разработки и, особенно, поизводства на столько избыточно
усложнен и запутан, что людям со стороны вход в тему радикально закрыть даже для обладателей бездонных карманов."Современная теоретическая физика настолько избыточно усложнена и запутана, что людям со стороны..." Или всё-таки нет? Извините, но вы влазите в одну из наиболее сложных и изощрённых областей современного производства и пытаетесь давать советы начиная со слов "а у нас в колхозе". Печатные платы, это именно что колхоз в сравнении. Да и в нём вы не замечаете тех же основных правил и ограничений организации производства, лишь по причине того, что лично для вас они не являются препятствием.
Я вам сейчас немного для сравнения накидаю информации к размышлению. Возьмём один из базовых техпроцессов Микрона: CMOS 0.18um, 4Met.+EEPROM. Количество операций в маршруте немного меньше 400, количество уникальных наименований оборудования порядка 70. "Ой всё! Это сложно, давай проще." Ок. Берём что-то типа того "продвинутого открытого маршрута": CMOS 0.5um, 3Met.. Количество операций в маршруте порядка полутора сотен, количество уникальных наименований оборудования порядка 20. Это те маршруты, по которым выпускаются настоящие изделия, а не PDF файлы. Это уже "немного" сложнее печатных плат, не находите? При том, что технологии уровня полмикрона просты как мычание, по современным меркам, 0.18 - следующая ступенька, но тоже никакой не космос.
Теперь вернёмся к ПП. Никто вам не станет делать ПП на стеке, который не предусмотрен фабрикой, никто не загрузит нестандартные материалы, будь то диэлектрики или металлы. И толщины слоёв можно выбрать строго из определённого ряда. Тоже касается и остальных правил проектирования. Кроме того, многие "китайцы", целенаправленно входя на рынок рукожопых долбоклюев, которые не смогли осилить одну таблицу правил проектирования (уж извините, но со стороны производства, некоторые самодельщики именно так выглядят), берут на себя работу по допиливанию ваших дизайнов до приемлемого к их нормам уровня. Это входит в процесс подготовки информации тех же JLCPCB за $2. Для проф.заказчиков такое обычно наоборот, категорически вредно, лучше уж получить список ошибок, чем СВЧ плату "подправленную" китайцами "как лучше". А теперь увеличьте число степеней свободы, стоимость материалов и работы на 3 порядка (каждое) и прикиньте, кто захочет возиться с вашими доморощенными чипами и продавать их вам за те же $2?
Страшная дороговизна всего процесса - если у вас нет десятка млн USD в запасе, то можно даже и не пытаться.
Вы знаете, почему у меня нет своего частного самолёта? Страшная дороговизна всего процесса. Намёк, да. Ну и про порог вхождения в клуб, туда же.
Доступное, унифицированное литографическое безмасочное производственное оборудование позволяющее выполнять мелкие серии за осмысленные деньги и при этом позволяющее линейно масштабировать производcтвенные мощности - докупил станков и увеличил мощности, как в металлообработке с ЧПУ.
Вот тут я смеялсо, ну серьёзно! Извините, так не бывает. Начиная с осмысленных денег. Любые деньги осмысленные, если приносят доход. Если вам это не приносит доход, то думайте, что не так с вашим бизнесом. Потом, по делу. Безмасочная литография самая тормозная, так что это сразу же будет самый дорогой процесс. Масштабируется крайне херово, так херово, что одна широко известная в узких кругах компания аж обанкротилась пытаясь это сделать. На литографии свет клином не сошёлся, остальные процессы и маршруты кто вам отрабатывать будет? Google и Skywater наиболее адекватные. По сути это фаундри на минималках. Но там шаг влево-вправо не моги, а вы же хотите запускать микроэлектронные "сборки Линукса" от каждого. Так не бывает.
Так что, всё придумано до вас. Называется фаундри производство. 1. То, что лично вы можете заказать ПП, но не можете чипы, так это вопрос к вам, в первую очередь. Просто это другой уровень всего. Надо это осознавать. 2. То, что в России для частника с выходом на "большое" производство всё сложно, так и с заказами других типов промышленной продукции не сильно ситуация иная. 3. Цен уровня JLCPCB можете не ждать по объективным экономическим причинам.
amartology
25.12.2023 15:31+1Google и Skywater наиболее адекватные. По сути это фаундри на минималках.
На всякий случай ещё напомню, что PDK у Skywater на 130 нм опенсорсный, а вот сам техпроцесс вполне себе проприетарный.
checkpoint
25.12.2023 15:31Я помню как заказывал первые 4-х слойные платки в Резоните 15 лет назад. Это было дорого и долго. На вопрос "почему" получал примерно такой же ответ: "400 этапов, 70 видов оборудования, и т.д.". Сейчас я могу заказывать там же 10-12 слойку по самым топовым нормам, число этапов и их сложность увеличились, стоимость и сроки снизились. В отрасле производства ПП, глобально по всему миру, поизошли серьезные изменения - новые технологии производства, унификация и стандартизация (да, да, типовые сборки). А главное - конкуренция, которая заставляет производства придумывать как упростить процесс и снижать издержки. В производстве микросхем должны произойти такие же самые изменения. Кто-то должен наладить массовое производство дешевых литографических машин работающих по упрощенному процессу, без изготовления масок и сложной химии, по средненьким нанометрам и по типовым стэкам. Кто-то другой - закупиться этими машинами и начать предоставлять типовые услуги как то JLCPCB через онлайн заказ. И скорость работы безмасочной машины не имеет никакого значение если таких машин миллион. Земли и электроэнергии, что в США, что в Китае, что России - предостаточно.
Я еще раз приведу пример из другой высокотехнологичной отрасли - металлообработка на ЧПУ. Изготовление сложной детали на ЧПУ обрабатывающем центе может состоять их нескольких сотен этапов (траекторий и установок) и занимать несколько суток, но это производство 1) легко автоматизируется, и 2) легко масштабируется путем установки сотен однотипных станков. Весь парк станков обслуживает персонал небольшой численостью - как правило на заводе в 100 станков всего один прогаммист, пара наладчиков и десяток операторов (а на некоторых и операторов уже давно нет). Станки работают непрерывно 24/7 и выдают на гора сегодня одну деталь, завтра другую и т.д. Пока все станки пилят, программист работает над новой деталью, а наладчики запускают её в производство. Стоимость произведенных таким образом деталей получется даже ниже чем при массовом литейном производстве, а качество и точность - на несколько порядков выше! После того как ЧПУ станки стали массово доступны, литейное производство во всем мире почти умерло или выродилось в что-то, что на ЧПУ все еще производить не целесообразно. Изготовить на ЧПУ деталь сейчас в сто раз легче, быстрее и дешевле чем заниматься литьём, при том, что при литье скорость поизводства деталей почти мгновенная (только вот форму изготовить - гимор неимоверный). Современная микроэлектроника это аналог литейного производства прошлого века, которому старательно продлевают жизнь.
Мне порой кажется, что развитие микроэлектроники в первую очередь сдеживают всякие Synopsys-ы, Cadence-ы и прочие Mentor Graphics-ы со своими драконовскими ценами на софт, проприетарными и несовместимыми решениями, и непреодолимым желанием подгрести под себя всё и вся. Придет open source в эту отрасль и расцветет она пышным цветом.
amartology
25.12.2023 15:31Кто-то должен наладить массовое производство дешевых литографических машин работающих по упрощенному процессу, без изготовления масок и сложной химии
Кто-то должен сделать так, что число Пи равнялось пяти.
Современная микроэлектроника это аналог литейного производства прошлого века, которому старательно продлевают жизнь.
Собрать транзистор из атомов прямо сейчас решительно ничего не мешает, таким экспериментам много лет. Но это долго и дорого, в отличие от массового производства при помощи литографии.
Мне порой кажется, что развитие микроэлектроники в первую очередь сдеживают всякие Synopsys-ы, Cadence-ы и прочие Mentor Graphics-ы со своими драконовскими ценами на софт, проприетарными и несовместимыми решениями, и непреодолимым желанием подгрести под себя всё и вся
Вам кажется. Скорее всего, по незнанию. Софт ключевых вендоров чуть ли ежедневно усложняется и эволюционирует, потому что иначе вообще ничего не работает нормально и вовремя.
checkpoint
25.12.2023 15:31-2Кто-то должен сделать так, что число Пи равнялось пяти.
Как известно, в военное время число Пи достигает четырех. До пяти не далеко осталось.
DmitryVS
25.12.2023 15:31+2В производстве микросхем должны произойти такие же самые изменения. Кто-то должен наладить ... Кто-то другой - закупиться ...
Уважаемый Руслан, отвлекитесь от своих мечт на минуточку и вчитайтесь, что вам пишут. А то получается, вам все что-то должны, а почему, собственно? "Я так вижу?" Объясните, хотя бы, зачем и почему эти кто-то всё должны делать именно так? Чтобы что? Руслан получил моральное удовлетворение? Таки это будет вам стоить денег. Или... вы же вот ратуете за свободные стандарты, ну вот и займитесь сами. Хочешь фичу - прикрути сам и поделись. Почему кто-то другой должен тратить свои силы на ваши интересы и за ваши интересы? Что, эти интересы ой-ой каких денег стоят, не потянуть одному? Ну надо же, кто бы мог подумать!
Кто-то должен наладить массовое производство дешевых литографических машин работающих по упрощенному процессу, без изготовления масок и сложной химии, по средненьким нанометрам и по типовым стэкам. ... И скорость работы безмасочной машины не имеет никакого значение если таких машин миллион.
Вот это говорит только о том, что вы не имеете ни малейшего представления об устройстве микроэлектронного производства. И начинаете учить "строить коммунизм", что не делает вам чести.
Что касается безмасочной литографии. Её используют, но, в первую и основную очередь, для производства ФШ. Вот вам спеки очень хорошего (на самом деле) генератора изображений: http://web.archive.org/web/20220629005213/http://kb-omo.by/content/view/781/490/ 3.5 часа на полную запечатку пластины 150 мм. Производительность же степпера возьмём среднюю, порядка 100 пл./час. Итого, замена одного степпера потребует одновременной работы 350 генераторов. Потребляемая электрическая мощность возрастёт примерно во столько же раз. В чистой комнате надо будет добавить порядка 3500 кв.м. площади. Это, в итоге, те же затраты энергии 24/7, не считая капитальных вложений. Инфраструктура ЧП - это дорого и сложно в обслуживании, это то, что все хотят сократить. И это такая площадь, на которой можно разместить небольшое производство полностью! И это целый отдел персонала, который будет непрерывно проводить ППРы на этом диком стаде установок, вместо того, чтобы обслуживать всю фабрику. И за всё это великолепие кто-то, в конце концов, должен будет заплатить. Вы это всё предлагаете взамен одной (!) установки, для которой нужны ФШ, потому, что, видите ли, есть в мире станки ЧПУ. Да в мире много что есть, но не забывайте про пословицу о чужом монастыре! И ещё вы будете доказывать, что этим путём придёте к заказу чипов по $2? Не придёте. Даже не мечтайте!
Хотите сказать: "надо сделать другие установки"? Сделайте. Пока никому не удалось, но сделаете - будете королём. Мэппер попытался, итог известен. То же касается и остальных ваших рассуждений. Сладко фантазировать, но уверяю вас, на каждый ваш упрёк есть разумное и рациональное объяснение, почему это делается иначе.
checkpoint
25.12.2023 15:31Спасибо за Вашу объективную критику моих идей. Чтож, посмотрим как будет развиваться индустрия.
DmitryVS
25.12.2023 15:31Я, со своей стороны, не хотел быть категоричен, но уж очень много свободных допущений в ваших идеях :) Если вам интересно посмотреть на производство, попробуйте записаться на Микроновскую экскурсию. Это, конечно, в основном развлекалово, а не обучающая лекция, но ЧП вам через витрину покажут и что-то даже расскажут. Зададите вопросы, я правда не в курсе, кто сейчас экскурсии водит. Соберётесь туда, черкните мне в личку. Если будет возможность, заскочу сам на Микрон, попьём там кофе, обсудим ваши идеи ;)
amartology
25.12.2023 15:31Я на десяток разных фабрик пробовал отдавать, всегда получалось. Жду очередной кристалл с производства буквально на следующей неделе.
checkpoint
25.12.2023 15:31Прошу Вас, сделайте обзорную статью всего процесса - какие стадии, сколько заняло времени и денег. С какой стороны заходить в тему ?
amartology
25.12.2023 15:31+1Устраиваетесь на работу в микроэлектронную компанию. Опционально - основываете микроэлектронную компанию.
Приходите на фабрику, подписываете NDA, получаете PDK.
Договариваетесь об условиях производства.
Дизайните чип. Эта часть - самая долгая и дорогая.
Отдаете DRC-clean GDS на фабрику.
Ждёте 2-6 месяцев (опять же, в зависимости от договоренности с фабрикой), получаете, в зависимости от договоренности с фабрикой, чипы или пластины, делаете с ними, что хотите.
Я прямо не понимаю, каких откровений Вы ждёте от меня. Сотни тысяч компаний по всему миру так работают, любого размера от пять человек до десятков тысяч человек. Все процессы хорошо известны, никакую Америку открывать не надо. Конкретные цифры и условия производства, уверяю Вас, высоко конкурентны - фабрик много, даже на достаточно продвинутых нормах. А если нормы хотя бы чуть-чуть скромнее, то желающих поработать с Вами будет достаточно - надо только самую малость показать, что Вы что-то можете предложить.
checkpoint
25.12.2023 15:31Интересует на какую фабрику и сколько это стоит. Дело в том, что ни цены, ни сроки, ни особенности техпроцесса (PDK) из фаба без подписания DNA не вынуть. И даже DNA является недостаточным условием. Если у Вас есть опыт и время, опишите пожалуйста с какими фабами работали, какого рода и какой сложности изделия и во что это примерно выливалось по срокам и деньгам.
Я уже упоминал про свой опыт с Ангстрем-Т - не хотят они работать с мелочью, даже NDA не подписали с моей фирмой. Хочу пробиться на европейский фаб (есть товарищ там который в теме и готов помочь), ценник я описал выше и он катастрофически велик для желающего просто попробовать, да и 1000 штук кристаллов нафиг не нужна ни для первого ни для второго батча.
Раскрою секрет - хочу свой очень маленький микроконтроллер на базе RISC-V (эдакий аналог ATtiny13). В Verilog-е он готов, хорошо работает на ПЛИС. Немного баловался с OpenLane и опенсорсным PDK-130.
amartology
25.12.2023 15:31+2Я работал в течение своей карьеры с половиной списка топ-10 фаундри и ещё с таким же количеством мелких фабрик типа XFAB или Skywater. Изделия сложнее того, о чем говорите Вы.
То, что Вам нужно для первой попытки - это MPW по 180 или даже 350 нм на какой-то некрупной, но надежной фабрике типа XFAB или Silterra. Производство 50-100 образцов обойдется вам ну в двадцать тысяч. Вопрос в том, как и почем делать физдизайн, но это тоже будет не полмиллиона ни разу.
Ориентировочные цены на MPW модно найти на сайте Europractice, у них нормальные рыночные условия для такого рода сервиса.
А вообще конечно, если у Вас нет нормального бизнес-плана, то на поиграться с риск5 микроконтроллером просто купите хорошую ПЛИС.
P.S. И не пытайтесь иметь дела в российскими фабриками, это в нормальное-то время было бессмысленно, не то что сейчас.
checkpoint
25.12.2023 15:31Ок, спасибо.
С ПЛИСом уже наиграно вдоль и поперёк. Хочется отлить в
гранитекремнии и получить выигрышь хотя бы в размере, а может быть и в энергопотреблении (ПЛИСы прожерливы). Но основная цель это приобретение опыта.amartology
25.12.2023 15:31+1Микроэлектроника - очень дорогое хобби, к сожалению. Настолько дорогое, что самый удобный путь - устроиться на работу, чтобы Ваши интересы оплачивал работаодатель)
Но если Вы хотите идти по пути хобби - ищите самый простой MPW, в который получится попасть. 180 или 350 нм - это не важно. Более того, на 350 нм будут выше шансы того, чтобы оно действительно заработало.
checkpoint
25.12.2023 15:31Я не могу сказать, что это на 100% чистое хобби, скорее работа на отдаленную перспективу - у меня всё таки фирма которая занимается разработкой электроники. Т.е. этому изделию, в теории, можно попытаться найти вполне конкретное применение.
amartology
25.12.2023 15:31+2Пока у Вас нет конкретного бизнес-плана хотя бы на миллион штук - это хобби. И, давайте будем честны друг с другом, не существует ситуации, в которой такой commodity чип, как микроконтроллер, может быть экономически обоснованно самостоятельно разрабатывать, а не купить у произвольных китайцев. Самостоятельная разработка имеет смысл только в случае каких-либо уникальных параметров или интеграции очень необычного набора блоков на одном кристалле. Так что предлагаю смотреть на вещи реалистично, а не заниматься самообманом про "задел на будущее".
Igor_Ponizovsky
25.12.2023 15:31нм...нм...нм повсюду.
ИМХО:
Метр - вполне понятная единица измерения, имеет эталон, а нм в CPU(за GPU не знаю), как слышал каждый производитель считает по своему: у кого-то 10нм как 20нм у другого. До тех пор, пока не будет единой методики измерения размера транзистора - считаю некорректным сравнение: "их чипы лучше, потому что у них 7нм, а у вас 28нм".
opusmode
25.12.2023 15:31Я вам скажу 2 вещи:
Нанометр это тоже очень понятная единица измерения, прям из СИ. Равна одной миллиардной части метра
-
Никто давно не измеряет транзисторы по размеру. Это потеряло смысл лет 15-20 назад.
Сами транзисторы особо не уменьшаются, но ценность не только с размере. Например, вы слышали о такой штуке, как FinFET? А moosfet или GAAFET? Транзисторы, они разные несного. Общего там это исток, сток и затвор, но архитектуры там разные, принципиально непонятно, как их измерять в отрыве.
Так что нанометры эти хоть и маркетинговые, но вполне говорят об общем технологическом уровне
vanxant
25.12.2023 15:31+2... но считают и округляют их маркетологи в силу собственной наглости. Поэтому автор коммента выше и пиште, что для сравнения нанометров интела с китайскими нужен коэффициент 2, а может и пи.
SadOcean
25.12.2023 15:31Потому что это давно маркетинговый термин, а не физический
Технологии уменьшаются, улучшаются материалы дорожек и транзисторов, топологии, и это очень условно пересчитывают в нм
Wakeonlan
25.12.2023 15:31+2Гугл вступает в опенсорсные проекты только чтобы их прибрать к рукам или утопить
amartology
25.12.2023 15:31+1Там вполне нормальный проект, и новостей о нем давно нет только в воображении автора статьи. В реальности там уже с десяток MPW, сотня выпущенных в кремнии проектов и еще два техпроцесса в процесе добавления к изначальному.
tigreavecdesailes
25.12.2023 15:31+3Картинка подписанная "Аппаратные закладки под микроскопом" на самом деле - обложка (КДПВ) другой статьи автора. Причём та обложка в свою очередь - это коллаж из двух частей, которые легко гуглятся и не имеют отношения к уязвимостям.
С - схалтуримши )
zartdinov
Возможно, стоит быть осторожным, если вспомнить истории про нелепые смерти или аресты крипто-интузиастов. Могут посчитать угрозой в такой сфере, в которой идет противостояние развитых стран. Ну если результаты будут слишком обнадеживающими, помню еще дорогостоящие лекарства кто-то пробовал изготавливать.