Самый первый транзистор был биполярным и германиевым, но подавляющее большинство современных интегральных микросхем сделаны из кремния по технологии КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник). Как вышло, что кремний стал главным из многих известных полупроводников? Почему именно КМОП-технология стала почти монопольной? Были ли процессоры на других технологиях? Что ждет нас в ближайшем будущем, ведь физический предел миниатюризации МОП-транзисторов фактически достигнут?
Если вы хотите узнать ответы на все эти вопросы — добро пожаловать под кат. По просьбам читателей предыдущих статей предупреждаю: там много текста, на полчаса.
На дворе рубеж 1947 и 1948 годов, Джон Бардин и Уолтер Браттейн под руководством Уильяма Шокли в The Bell Labs исследуют распределение поля в германиевых диодах и случайно обнаруживают транзисторный эффект. И хотя потенциальная полезность открытия выглядела очевидной (впрочем, городские легенды гласят, что открытие было рассекречено после того, как военные эксперты не увидели в нем практической пользы), выглядел первый транзистор вот так:
Рисунок 2. Реплика первого транзистора
Не очень похоже на прибор, пригодный для промышленного производства, правда? На то, чтобы сделать из капризного точечного биполярного транзистора более удобный в производстве биполярный транзистор из pn-переходов, ушло два года, после чего дни (хорошо, не дни, но годы) электронных ламп в массовой электронной аппаратуре были сочтены.
Из троих первооткрывателей транзистора, правда, продолжил работать над ними только Шокли, который почти не имел отношения к исходной работе (потому что был теоретиком и начальником, а не исследователем), зато присвоил себе всю славу и так из-за этого разругался с Бардином и Браттейном, что они больше никогда не имели дела с микроэлектроникой. Браттейн занялся электрохимией, а Бардин — сверхпроводимостью, за которую он получил вторую Нобелевскую премию, став единственным человеком в истории, у которого две премии по физике.
Шокли же, успешно развалив своими амбициями исследовательскую команду, ушел из Bell Labs и создал собственную Shockley Semiconductor Laboratory. Рабочий климат в ней, впрочем, тоже оставлял желать лучшего, что привело к появлению знаменитой «предательской восьмерки», сбежавшей от Шокли и основавшей Fairchild Semiconductor, которая, в свою очередь, стала родителем того, что мы сейчас знаем как «Кремниевую долину» — включая такие компании, как Intel, AMD и Intersil.
Рисунок 3. «Fairchildren» — компании, основанные выходцами из Fairchild
Сам Шокли так и не оправился от предательства «восьмерки» и покатился по наклонной: был уволен из собственной компании, увлекся расизмом и евгеникой, стал изгоем в научном сообществе и умер, всеми забытый. Даже его дети узнали о смерти из газет.
История открытия транзистора широко известна и много где описана. Гораздо менее известно то, что первая патентная заявка на транзистор была подана вовсе не в 1947, а на двадцать с лишним лет раньше, в 1925, американцем австро-венгерского происхождения Юлиусом Лилиенфельдом. При этом, в отличие от биполярного транзистора 1947 года, приборы, описанные в патентах Лилиенфельда, были полевыми: в патенте, полученном в 1930 году, MESFET с металлическим затвором, а в патенте 1933 года — MOSFET, практически такой же, каким мы знаем его сейчас. Лилиенфельд предполагал использовать алюминий для затвора и оксид алюминия в качестве подзатворного диэлектрика.
К сожалению, тогдашний уровень развития технологии не позволил Лилиенфельду реализовать свои идеи в прототипах, но проведенные в 1948 году все тем же Шокли (уже в одиночку) эксперименты показали, что патенты Лилиенфельда описывали принципиально работоспособные приборы. Собственно, вся работа группы Шокли над свойствами диодов, приведшая к случайному изобретению биполярного транзистора, была частью исследований по созданию полевого транзистора, гораздо более похожего по свойствам на вакуумные лампы и потому более понятного физикам тех лет. Тем не менее, несмотря на успешное подтверждение работоспособности идей Лилиенфельда, в 1948 году технологий стабильного получения тонких бездефектных пленок диэлектриков все еще не было, тогда как биполярный транзистор оказался вполне более технологичным и коммерчески перспективным. МОП-транзисторы были отложены на полку, а биполярные приборы начали триумфальное шествие по планете.
Минутка терминологии
Биполярный транзистор или Bipolar Transistor — транзистор, в котором для работы нужны оба типа носителей заряда, и электроны, и дырки, и который управляется током базы (умножая его на коэффициент усиления транзистора). Обычно делаются при помощи pn-переходов или гетеропереходов, хотя самый первый транзистор хоть и был биполярным, не был транзистором на переходах. Популярный англоязычный акроним — BJT, bipolar junction transistor.
Для транзисторов на гетеропереходах (переходах между разными материалами, например, арсенидом галлия и алюмонитридом галлия) используется акроним HBT (Heterojunction Bipolar Transistor).
Униполярный или полевой транзистор, он же Field-Effect Transistor или FET — транзистор, действие которого основано на полевом эффекте и требует только одного типа носителей заряда. У полевого транзистора есть канал, управляемый приложенным к затвору напряжением. Полевых транзисторов существует довольно много разновидностей.
Привычный нам MOSFET или МОПТ — транзистор с затвором, изолированным от канала при помощи диэлектрика, обычно оксида и представляющий собой структуру Металл-Оксид-Полупроводник (Metal-Oxide-Semiconductor). В случае, если используется не оксид, их можно назвать MISFET (I — Insulator) или МДПТ (Д — Диэлектрик).
JFET (J — Junction) или транзистор с управляющим pn-переходом. В таком транзисторе поле, запирающее канал, создается при помощи прикладывания напряжения к управляющему pn-переходу.
Полевой транзистор Шоттки (ПТШ) или MESFET (ME — Metal) — разновидность JFET, использующая в качестве управляющего не pn-переход, а барьер Шоттки (между полупроводником и металлом), у которого ниже падение напряжения и выше скорость работы.
HEMT (High Electron Mobility Transistor) или транзистор с высокой подвижностью электронов — аналог JFET и MESFET, использующий гетеропереход. Такие транзисторы — самые популярные в сложных полупроводниках.
Рисунок 4. BJT, MOSFET, JFET
Первый транзистор был германиевым, однако технологи разных компаний довольно быстро перешли на кремний. Это было связано с тем, что чистый германий на самом деле довольно плохо подходит для электронных применений (хотя германиевые транзисторы до сих пор используются в аудиоаппаратуре, косящей под старину). Из преимуществ германия можно назвать высокую подвижность электронов и, что особенно важно, дырок, а также напряжение отпирания pn-переходов в 0.3 В против 0.7 В у кремния, хотя второе можно нивелировать при помощи использования переходов Шоттки (как и делалось в ТТЛШ-логике). Зато из-за меньшей ширины запрещенной зоны (0.67 против 1.14 эВ) у германиевых диодов большие обратные токи, сильно растущие с температурой, что ограничивает и температурный диапазон применимости германиевых схем, и допустимые мощности (на маленьких слишком велико влияние обратных токов, на больших начинает мешать саморазогрев). В довершение температурных проблем германия, его теплопроводность гораздо ниже, чем у кремния, то есть отводить тепло от мощных транзисторов сложнее.
Еще в ранний период истории полупроводниковой электроники у германиевых приборов были большие проблемы с выходом годных из-за сложности получения чистого кристаллического германия без винтовых дислокаций решетки и плохого качества поверхности, в отличие от кремния, не защищенной от внешних воздействий оксидом. Точнее, оксид у германия есть, но его кристаллическая решетка совпадает с решеткой чистого германия гораздо хуже, чем у кремния, что приводит к образованию недопустимо большого количества приповерхностных дефектов. Эти дефекты серьезно снижают подвижность носителей заряда, сводя на нет главное преимущество германия перед кремнием. И, в довершение, оксид германия реагирует с водой — как в процессе производства чипа, так и при эксплуатации. Впрочем, остальным полупроводникам повезло еще меньше, и у них никакого оксида нет вообще.
Пытаясь решить проблему плохой поверхности германия, мешавшей сделать полевой транзистор, Шокли придумал убрать канал в глубину полупроводника. Так появился полевой транзистор с управляющим pn-переходом, он же JFET. Эти транзисторы быстро нашли свое место в аналоговых схемах — в первую очередь, благодаря очень маленькому (по сравнению с биполярными транзисторами) входному току и хорошим шумовым характеристикам. Такое сочетание делает JFET отличным выбором для входного каскада операционного усилителя — что можно наблюдать, например, вот в этой статье Кена Ширрифа. Более того, когда вместо отдельных компонентов стали делать интегральные схемы, оказалось, что JFET довольно хорошо совместимы с биполярной технологией (я даже на рисунке выше сделал JFET из биполярного транзистора), и они стали общим местом в аналоговых биполярных техпроцессах. Но все это было уже на кремнии, а германий так и остался забыт на много лет, пока не пришло его время усилить позиции кремния вместо того, чтобы воевать с ним. Но об этом чуть позже.
А что МОП-транзисторы? Казалось бы забытые почти на десятилетие в связи со стремительным прогрессом биполярных собратьев, они, тем не менее, развивались. Во все тех же Bell Labs в 1959 году Дэвоном Кангом и Мартином Аттала был создан первый работающий МОП-транзистор. Он, с одной стороны, почти прямо реализовал идею Лилиенфельда, а с другой, сразу оказался практически идентичным многим следующим поколениям транзисторов, использующим в качестве подзатворного диэлектрика оксид кремния. К сожалению, в Bell Labs тогда не распознали коммерческий потенциал изобретения: прототип был существенно медленнее, чем биполярные транзисторы того времени. Зато потенциал новинки распознали в Radio Corporation of America (RCA) и в Fairchild, и уже в 1964 году МОП-транзисторы попали на рынок. Они были медленнее биполярных собратьев, хуже усиливали, шумели и очень страдали от электростатического разряда, зато у них были нулевой входной ток, низкое выходное сопротивление и отличные переключательные способности. Это не так много, но это было только начало очень длинного пути.
На ранних этапах развития полупроводниковой электроники доминировали аналоговые и радиочастотные применения: словом «транзистор» довольно долго обозначали не только собственно транзистор, но и радиоприемник на его основе. Цифровые ЭВМ на основе содержащих один-два вентиля микросхем были огромными (хоть и не шли ни в какое сравнение с ламповыми), так что были даже попытки делать вычисления аналоговым образом — благо для реализации интегрирования или дифференцирования достаточно одного операционного усилителя вместо целой россыпи цифровых чипов. Но цифровые вычисления оказались удобнее и практичнее, в результате чего началась эра цифровых электронных вычислительных машин, которая продолжается и сегодня (хотя квантовые вычисления и нейросети уже достигли значительных успехов).
Основным преимуществом МОП-технологии того времени была простота (напомню, что вплоть до восьмидесятых каждая микроэлектронная компания должна была сама организовать себе производство): для реализации простейшей работающей n-МОП или p-МОП схемы нужны всего четыре фотолитографии, для КМОП — шесть, а для биполярной схемы литографий нужно семь для одного типа транзисторов, и еще необходим более точный контроль диффузий и, в идеале, эпитаксия. Жирным минусом была скорость: МОП-транзисторы проигрывали в сравнении с биполярными и JFET больше, чем на порядок. В момент, когда КМОП позволял достичь частоты в 5 МГц, на ЭСЛ можно было сделать 100-200. Про аналоговые применения и говорить не приходится — МОП-транзисторы очень плохо для них подходят из-за низких скоростей и маленького коэффициента усиления, в то время как биполярная схема с JFET на входах способна обеспечить практически все запросы дизайнера.
Пока степень интеграции микросхем была маленькой, а потребляемую мощность никто особенно не считал, преимущество эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) для высокопроизводительных применений было очевидным, но в рукаве у МОП-технологии были козыри, сыгравшие несколько позже. В шестидесятых, семидесятых и восьмидесятых МОП и биполярные техпроцессы развивались параллельно, причем МОП использовали исключительно для цифровых схем, а биполярную технологию — как для аналоговых схем, так и для логики на основе семейств ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика, TTL) и ЭСЛ.
Рисунок 5. Cray-1, первый суперкомпьютер Сеймура Крэя, представленный публике в 1975 году, весил 5.5 тонн, потреблял 115 кВт энергии и имел производительность в 160 MFLOPS на частоте 80 МГц. Он был построен на четырех типах дискретных ЭСЛ микросхем, и содержал около 200 тысяч вентилей. Чип, на котором была построена логика — это Fairchild 11C01, сдвоенный вентиль, содержащий элементы 4ИЛИНЕ и 5ИЛИНЕ, и потребляющий 25-30 мА тока при питании -5.2 В.
Рисунок 6. Логический элемент 2ИНЕ на ТТЛ и 2ИЛИ/ИЛИНЕ на ЭСЛ
Обратите внимание на то, что логический элемент ЭСЛ — это просто усилитель без обратной связи, построенный таким образом, что переключающиеся транзисторы всегда находятся в “быстром” линейном режиме и никогда не попадают в “медленный” режим насыщения. Плата за скорость — постоянно текущий через схему ток, вне зависимости от рабочей частоты и состояния входов и выходов. Забавно, но этот недостаток некоторое время назад стали пытаться использовать как преимущество: из-за постоянства потребляемого тока криптографические схемы на ЭСЛ гораздо более устойчивы к взлому через “прослушивание” тока потребления, чем КМОП, где потребляемый ток пропорционален количеству переключающихся в данный момент времени вентилей. Если заменить биполярные транзисторы на полевые (JFET или MESFET), то получится ИСЛ — истоково-связанная логика, тоже нашедшая в свое время применения в сложных полупроводниках.
Очевидный плюс nМОП или pМОП логики — простота изготовления и малое число транзисторов, а значит малая площадь и возможность разместить на кристалле больше элементов. Для сравнения: элемент 2ИНЕ или 2ИЛИНЕ на nМОП/pМОП состоит из трех элементов, на КМОП — из четырех. На ТТЛ эти элементы содержат по 4-6 транзисторов, 1-3 диода и 4-5 резисторов. На ЭСЛ — 4 транзистора и 4 резистора (при этом на ЭСЛ удобно делать OR и NOR, и неудобно AND и NAND). Обратите, кстати, внимание, что все транзисторы на схеме элементов ТТЛ и ЭСЛ — это npn. Это потому, что сделать в p-подложке pnp-транзистор сложнее, чем npn, и структура у них получается разная — в отличие от КМОП-технологии, где транзисторы обоих типов почти одинаковые. К тому же, и pMOS, и биполярные pnp, работающие за счет дырок, медленнее своих «электронных» собратьев, а значит в биполярной логике, главной целью которой была скорость, они были не ко двору.
Второе важное преимущество МОП-технологии, проявившееся в полной мере при переходе на КМОП и во многом определившее доминирование этой технологии — маленькое энергопотребление. КМОП вентиль потребляет энергию только в процессе переключения, а статического энергопотребления у него нет (для современных технологий это не так, но опустим частности). Типовой рабочий ток вентиля ЭСЛ — от 100 мкА до 1 мА (0.5-5 мВт на питании 5.2 В). Умножив это число на, скажем, миллиард вентилей, составляющих современные процессоры Intel, мы получим МегаВатт… Собственно, потребление Cray-1 вы видели выше. Впрочем, в восьмидесятых речь обычно шла о тысячах или десятках тысяч вентилей, что, в теории, позволяло уложиться в разумный бюджет мощности даже на биполярной логике. На практике, впрочем, на одну и ту же площадь кристалла помещалось в несколько раз больше КМОП-вентилей, потреблявших меньше мощности, и становившихся намного быстрее с уменьшением проектных норм (закон Мура работал вовсю).
Intel 8008 (1972) на десятимикронной pМОП-технологии работал на частоте 500 кГц (против 80 МГц у гораздо более сложной системы Cray-1), Intel 8086 (1979) на трехмикронной nМОП и позже КМОП разгонялся уже до 10 МГц, а оригинальный 80486 (1989) — аж до 50 МГц.
Что же заставляло дизайнеров продолжать пробовать биполярные дизайны, несмотря на стремительное сокращение разницы между ними и КМОП, и несмотря на энергопотребление? Ответ прост — скорость. На заре времен дополнительным огромным преимуществом ЭСЛ была минимальная потеря быстродействия при работе на большие емкостные нагрузки или длинные линии — то есть сборка из многих корпусов с ЭСЛ-логикой была намного быстрее, чем сборка на КМОП или ТТЛ. Увеличение степени интеграции позволило КМОП частично преодолеть этот недостаток, вычислительные системы все еще были многочиповыми, и каждый выход сигнала за пределы кристалла (например, во внешний кэш) все сильно замедлял. Биполярные же вентили даже в конце восьмидесятых все еще были существенно быстрее, например за счёт в несколько раз меньшей разницы напряжений между логическим нулем и логической единицей — 600-800 мВ у ЭСЛ против 5 В у КМОП, и это в условиях, когда размеры транзисторов в биполярных технологиях уже стали отставать от КМОП. Но если скейлинг КМОП шел таким образом, что удельная мощность на единицу площади чипа оставалась постоянной (это явление является “следствием” закона Мура и называется “Деннардовское масштабирование”), то мощность ЭСЛ почти не упала, ведь для быстрой работы нужны статические рабочие токи. В результате разработчики цифровых схем стали предпочитать КМОП для реализации все усложнявшихся архитектур вычислительных систем даже там, где была нужна большая производительность.
Помощь цифровым биполярным технологиям пришла откуда не ждали. В начале восьмидесятых была придумана концепция RISC, предполагающая значительное упрощение микропроцессора и уменьшение числа элементов в нем. Биполярные технологии несколько отставали от КМОП в степени интеграции, потому что биполярные БИС были в основном аналоговыми, а там спешить за законом Мура больших причин не было. Тем не менее, начало развития RISC совпало с моментом, когда стало реалистично упаковать целый процессор на одном кристалле или хотя бы на двух-трех (кэш был обычно внешний). В 1989 году вышел Intel 80486, в котором FPU был выполнен на том же кристалле, что и основной процессор — это был первый чип, использовавший больше миллиона транзисторов.
Ко времени, о котором идет речь, многие производители микросхем начали переходить на Fabless модель, предоставляя организацию производства другим компаниям. Результатом деятельности одной из таких компаний и стали разработки интегральных микропроцессоров на ЭСЛ. Компания называлась Bipolar Integrated Technology и никогда не была особенно успешной, от самого основания в 1983 году до продажи в PMC-Sierra в 1996. Есть подозрение, что причиной неуспешности была именно ставка на биполярные цифровые продукты, но в конце восьмидесятых это не было так очевидно, а компания обладала передовыми по размерам и степени интеграции биполярными процессами. Их первым собственным продуктом был чип сопроцессора FPU, и BIT активно сотрудничала с двумя пионерами RISC — MIPS Computer Systems и Sun Microsystems — для того, чтобы создать на основе RISC архитектур чипы, для которых этот сопроцессор был бы полезен. Первая реализация архитектуры MIPS II — набор чипов R6000, R6010 и R6020 — была реализована на ЭСЛ и производилась на мощностях BIT. На них же производился процессор SPARC B5000.
Несколько позже в DEC реализовали MIPS II на одном кристалле на биполярной технологии Motorola. Итак, представьте себе: на дворе 1993 год, лидирующий продукт Intel — тот самый Pentium (техпроцесс КМОП 800 нм, тактовая частота 66 МГц, TPD 15 Вт, три миллиона транзисторов на кристалле). В IEEE Journal of Solid-State Circuits выходит статья, озаглавленная “A 300-MHz 115-W 32-b Bipolar ECL Microprocessor”. Триста (!) Мегагерц и сто пятнадцать (!!!!) Ватт. Отдельная статья, разумеется, была посвящена корпусу и теплоотводу этого монстра. Обе статьи я очень рекомендую почитать, если у вас есть доступ к библиотеке IEEE — это прекрасный документ эпохи, в котором есть фразы масштаба «the chip was designed largely with CAD tools developed by members of the design team» и «circuit performance has been increased significantly by using different signal swings in different applications, and by using circuit topologies (such as low-swing cascode and wired-OR circuits)». Ладно САПР, его в 1993 году только ленивый самостоятельно не писал (спросите YuriPanchul, он подтвердит), но wired OR!
Рисунок 7. Фотография кристалла процессора DEC и его корпуса с теплоотводом
Арсенид галлия — один из первых сложных полупроводников, привлекших внимание микроэлектронной индустрии. Главное преимущество арсенида галлия и над германием, и над кремнием — огромная подвижность электронов. При этом у него еще и довольно широкая запрещенная зона, что позволяет работать при больших температурах. Возможность работать на частотах в сотни МГц или даже несколько ГГц, в то самое время, когда из кремния еле-еле выжимаются десятки МГц — это ли не мечта? Арсенид галлия довольно долго считался «материалом будущего», который вот-вот придет на смену кремнию. Первый MESFET на нем был создан в 1966 году, а последние активные попытки делать БИС на нем были сделаны уже в середине девяностых в Cray Corporation (они же ее и похоронили окончательно) и на «Микроне» (серия микросхем К6500).
Важная проблема, которую надо было решить — отсутствие у арсенида галлия нативного оксида. Но проблема ли это? Ведь если нет оксида, то нет и проблем с радиационной стойкостью! Именно из этих соображений программы по разработке арсенидгаллиевой технологии обильно финансировались военными ведомствами. Результаты по стойкости действительно были отличные, а вот с собственно технологией вышло несколько сложнее. Необходимость применять JFET означает или применение ИСЛ — быстрой, но очень много потребляющей, или JFET вместо MOSFET в имитации nМОП-логики — более простой, но не такой быстрой и все еще изрядно потребляющей. Другая неприятная мелочь — если ничего не делать, то JFET на арсениде галлия получаются нормально открытые, то есть их пороговое напряжение ниже нуля, а это означает большее энергопотребление, чем оно было бы на MOSFET. Для того, чтобы сделать нормально закрытые транзисторы, технологам надо изрядно постараться. Впрочем, эту проблему относительно быстро решили, и в GaAs логике начали активно применяться E-D JFET технологии с нормально закрытыми (E — enhancement) активными транзисторами и нормально открытыми (D — depleted) в нагрузках. Еще один сильно недооцененный изначально недостаток — у арсенида галлия очень высокая подвижность электронов, но не дырок. На nJFET можно сделать очень много интересного (например, высокочастотные усилители), но с потреблением 1 мВт на вентиль говорить о СБИС довольно сложно, а если сделать малопотребляющие комплементарные схемы, то они из-за низкой подвижности дырок окажутся даже медленнее кремниевых.
И опять, как и с биполярными схемами, на помощь очень хотевшим получить радиационную стойкость военным пришла концепция RISC в лице все той же архитектуры MIPS. В 1984 году DARPA подписала три контракта на разработку GaAs MIPS микропроцессоров — с RCA, McDonnell Douglas и коллаборацией CDC-TI. Одним из важных требований технического задания было ограничение в 30 тысяч транзисторов, с формулировкой “чтобы процессоры можно было начать серийно производить с приемлемым выходом годных”. Кроме этого, существовали варианты конверсии на арсенид галлия семейства Am2900 от AMD, радстойкие арсенидгаллиевые версии легендарных 1802 микроконтроллеров от тех же RCA, базовые матричные кристаллы на несколько тысяч вентилей и чипы статической памяти на несколько килобит.
Несколько позже, в 1990 году, архитектуру MIPS для космических применений рассматривали и в Европе, но там выбрали SPARC — а иначе LEON тоже могли бы быть MIPS. Кстати, в выборе архитектуры для будущих LEON участвовал и ARM, но был отвергнут из-за плохой поддержки софтом. В итоге первый европейский космический ARM-процессор появится только в следующем году. Если вам интересна тема космических процессоров и архитектур для них, то вот ссылка на статью Максима Горбунова из НИИСИ РАН о космических процессорах вообще и о КОМДИВах в частности. Ссылка, как и положено ученому, в рецензируемом журнале Elsevier за пейволлом.
Самое интересное на мой взгляд решение было у группы из McDonnell Douglas. Я проследил по публикациям в IEEE Transactions on Nuclear Science историю их проекта (искать по фамилии Zuleeg), от первых транзисторов в 1971 году до собственной комплементарной JFET технологии и чипов на ее основе в 1989. Почему комплементарной? Потому что большую часть (и в плане бюджета транзисторов, и в плане бюджета мощности) микропроцессора составляет кэш-память, причем задержка собственно ячейки памяти далеко не всегда является фактором, ограничивающим быстродействие, а вот выигрыш по энергопотреблению при использовании комплементарной ячейки очевиден. Сделав комплементарный кэш и nJFET-логику, в McDonnell Douglas получили отличное соотношение скорости и потребления — и радиационную стойкость буквально на сдачу, без каких-либо дополнительных усилий.
И все было бы хорошо, но в то самое время, когда счет транзисторам в арсенидгаллиевых микропроцессорах шел на десятки тысяч, на коммерческом рынке уже были доступны относительно недорогие кремниевые КМОП чипы с миллионами транзисторов, и отставание не только не сокращалось, но и продолжало расти. Еще разработчики “материала будущего” среди многочисленных рассказов о достижениях кое-где писали в своих статьях фразы «достигнут процент выхода годных 3%, то есть один годный чип с пластины диаметром 75 мм», или «если мы снизим плотность дефектов до такого-то уровня, то сможем повысить процент выхода годных с 1% до 10%», причем подобные цифры фигурируют у несвязанных научных групп из разных стран. Капризность арсенида галлия и хрупкость его кристаллической решетки, мешающая выращивать кристаллы большого диаметра и ограничивающая уровни легирующих примесей, хорошо известна, и это, в сочетании с желанием минимизировать количество транзисторов на кристалле микропроцессора, наводит меня на мысли о том, что такой низкий выход годных для арсенида галлия действительно был нормой, и не только в лаборатории, но и в серийном производстве. Причем, согласно уже советским данным, итоговая стоимость практически не зависела от сложнсти технологии, потому что сами пластины арсенида галлия были дороже любой обработки. Неудивительно, что никому, кроме военных, такие СБИС не были интересны.
До сих пор статья рассказывала об успехах и неудачах американских компаний, но ведь не только в Америке была микроэлектроника, верно? К сожалению, о сложном пути советской микроэлектроники в выборе технологий рассказать можно немного. Первая причина — история американских (а также, например, японских) разработок хорошо документирована публикациями в профильных журналах IEEE, архив которых сейчас оцифрован, и изучать их — настоящее удовольствие для ценителя. Советская же микроэлектроника всю свою историю была крайне замкнутой. Публикаций было немного даже на русском языке, не говоря уже о том, чтобы сообщать о своих успехах всему миру (что делалось, например, в фундаментальной физике). И даже то немногое, что публиковалось, сейчас очень сложно найти и, разумеется, только в бумажном виде, а никак не в электронном. Поэтому мне, кстати, отдельно отрадно сейчас видеть российских коллег на международных научных конференциях и промышленных выставках, причем не только как гостей, но и как докладчиков. Вторая причина состоит в том, что большую часть времени советская микроэлектроника, пусть и ненамного, но отставала от американцев и активно занималась копированием успешных западных разработок. Более того, с начала восьмидесятых, когда в мире началось все самое интересное, министерство электронной промышленности СССР официально взяло курс на отказ от оригинальных разработок и поголовное копирование американских микросхем — уже серийных, а не экспериментальных разработок и методов. Возможно, в условиях ограниченных ресурсов это было правильным решением, но его итогом стало нарастание отставания (причем не технологического, а идейного), которое после развала СССР стало фактически необратимым — до тех пор, пока уже в двадцать первом веке российская микроэлектроника была “перезапущена” фактически с нуля.
В итоге, хотя GaAs чипы средней степени интеграции применялись в начале девяностых как в суперкомпьютерах Cray, так и в ЭВС ЕС-4, в СССР никогда не было RISC-процессоров, сыгравших важную роль в завершающих этапах борьбы КМОП, ЭСЛ и арсенида галлия. С технологической точки зрения, в то же самое время, когда американцы разрабатывали однокристалльные микропроцессоры, на зеленоградском “Микроне” ставилась в серийное производство арсенидгаллиевая серия микросхем К6500, включавшая в себя память до 16 кбит, базовые матричные кристаллы объемом до десяти тысяч вентилей и микропроцессорный комплект из пяти чипов — то есть такие же сложные кристаллы, как и американские процессоры. Но если McDonnell Douglas при помощи нормально закрытых JFET обоих типов проводимости имитировали на GaAs nМОП и КМОП схемы, имея целью минимизировать энергопотребление и подготовить почву для роста степени интеграции, то в К6500 были очень быстрые (до 1 ГГц), но гораздо более сложные и капризные схемы на ИСЛ с нормально открытыми MESFET (что делает достигнутые результаты по степени интеграции еще более удивительными).
Рисунок 8. Два варианта инверторов из техпроцесса McDonnell Douglas и инвертор микросхем серии К6500
Работы по арсениду галлия продолжались на «Микроне» с 1984 до по меньшей мере до 1996 года, но никакую информацию о том, что случилось после этого, мне найти не удалось. Сейчас все разработки “Микрона”, в том числе радиационностойкие и радиочастотные, делаются на кремнии.
Разработчики кремниевых КМОП микросхем специального назначения тем временем не стояли на месте; к началу девяностых стало понятно, что обеспечить радиационную стойкость на слегка модифицированной коммерческой кремниевой КМОП технологии ненамного сложнее, чем на дорогом и капризном арсениде галлия, что лишило его последнего важного преимущества и ограничило весьма узкими и специфическими нишами — в основном, дискретными СВЧ и силовыми приборами. Более того, даже в этих применениях сейчас все чаще используется не арсенид, а нитрид галлия или разнообразные гетероструктуры, обладающие лучшими температурными характеристиками, более высокой подвижностью и большим полем пробоя.
Рисунок 9. Сравнение основных свойств кремния, арсенида галлия и нитрида галлия для силовых и СВЧ-применений
А что же, спросите вы, может на нитриде галлия можно сделать СБИС? К сожалению, у нитрида галлия тоже низкая подвижность дырок, да и не только у него. Радикально большей, чем у кремния, подвижностью дырок обладает только антимонид индия, но у него такая узкая запрещенная зона, что приборы на его основе могут работать только при криогенных температурах.
Не поймите меня неправильно, другие полупроводники тоже нужны, и у них множество полезных применений. Когда в 2000 году Нобелевский комитет решил наконец выдать премию за электронику, одну половину премии получил Джек Килби за создание первой интегральной схемы, а вторую — Жорес Алферов и Герберт Кремер за «разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокочастотных схемах и оптоэлектронике». Нашу жизнь уже сложно представить без лазеров на гетероструктурах, рынки силовых приборов на нитриде галлия и карбиде кремния растут как на дрожжах (и на электрификации транспорта), скорое развертывание сетей 5G, работающих на частотах до 39 ГГц, невозможно представить без полупроводников A3B5, но только кремниевая КМОП-технология оказалась обладающей всеми нужными свойствами для создания вычислительных СБИС, составляющих львиную долю рынка микроэлектроники и управляющих всем упомянутым выше разнообразием.
Впрочем, даже кремниевая микроэлектроника намного шире, чем только высокопроизводительные микропроцессоры. Прямо сейчас TSMC одновременно с вводом в строй техпроцесса 5 нм запускает новую фабрику с проектными нормами 180 нм на 200 мм пластинах — потому что спрос на них есть и он стабильно растет. Да, этот рынок намного меньше рынка чипов для мобильных телефонов, но и вложения для входа существенно скромнее. То же самое можно сказать про рынки карбида кремния и нитрида галлия. И именно сложные полупроводники, СВЧ и силовая электроника, на мой скромный взгляд, могут стать настоящим драйвером возрождения российской микроэлектроники и ее выхода на мировой рынок. В этих сферах компетенции и оснащенность российских компаний очень сильны и достаточно близки к мировым лидерам. Все в курсе про 180, 90 и 65 нм на “Микроне”, но мало кто слышал про 200 нм на “Истоке” или 150 нм на “Микране”. Еще мало кто слышал, что фабрика STM в Катании, с которой был скопирован 180 нм процесс на «Микроне», сейчас полностью перешла на производство карбида кремния, рынок которого через пять лет должен достигнуть трех миллиардов долларов. STM недавно купили производителя подложек SiC, чтобы владеть всей производственной цепочкой, и в принципе делают все, чтобы оказаться на растущем рынке лидерами.
Статьи конца восьмидесятых и начала девяностых, посвященные перспективным технологиям — ЭСЛ на кремнии, комплементарным JFET на GaAs, попыткам сделать германий great again — практически неизменно заканчиваются словами «мы продемонстрировали великолепные перспективы нашей идеи, и буквально через пару лет, когда технологии ещё немного разовьются и позволят больше транзисторов на чипе / меньше потребление / выше процент выхода годных, вот тогда-то мы и завоюем мир». Вот только обещанный прогресс на деньги DARPA так никогда и не наступил. Почему? Потому что технология производства микросхем дорожает с каждым новым уменьшением размеров, и никакие исследовательские гранты не могли перебить объемы вложений Intel, работавших на огромный потребительский рынок и хорошо понимавших, что технологическое лидерство — один из ключей к лидерству коммерческому. Именно поэтому Intel подняли флаг закона Мура и назначили себя ответственными за его выполнение, после чего все остальные производители оказались втянуты в сумасшедшую гонку вооружений, которую маленькие компании и другие технологии предсказуемо не смогли себе позволить. В итоге в нише персональных компьютеров у Intel остался ровно один конкурент, и вообще технологии ниже 14 нм есть всего у трёх компаний в мире — TSMC, Intel и Samsung. Можно сказать, что Intel очень повезло давным-давно начать работать с МОП-транзисторами, а не с ЭСЛ, но если бы не повезло им, повезло бы кому-то еще, и результат остался бы примерно таким же.
То, что преимущество КМОП на кремнии неоспоримо, стало понятно к концу девяностых, и диспропорция вкладываемых в нее и во все остальное ресурсов стала такой, что вместо разработки новых технологий для специфических нужд стало выгоднее и проще приделывать соответствующие довески к КМОП. Для дизайнеров аналоговых схем появилась БиКМОП технология с биполярными npn-транзисторами, для встраиваемой электроники — энергонезависимая память, для силовых применений — высоковольтные DMOS транзисторы, для высоких температур или больших скоростей — подложки КНИ, для оптоэлектроники — интегрированные фотодиоды. Важным драйвером интеграции дополнительных опций в КМОП-технологию стала концепция «система на кристалле». Если раньше дизайнер системы выбирал подходящие микросхемы, исходя из того, насколько хорошо они справляются с целевыми функциями, не обращая внимание на технологию их изготовления (в худшем случае были еще нужны трансляторы уровней, но это не страшно), то с ростом степени интеграции появилась возможность разместить все составные части системы на одном кристалле и таким образом убить множество зайцев — увеличить скорость и уменьшить потребление за счет отсутствия необходимости прокачивать емкости дорожек на печатной плате, увеличить точность за счет лучшего согласования элементов, увеличить надежность за счет уменьшения количества точек пайки. Но для этого все части системы должны были быть КМОП-совместимыми. Фабрики ответили на это «все, что угодно — только платите деньги за дополнительные маски и опции технологии» и начали один за одним ставить в производство специализированные техпроцессы. Дополнительные маски — дорого и сложно, а чип должен быть дешевым? И вот учебники по аналоговому дизайну уже переписываются с хороших и быстрых биполярных транзисторов на плохие и медленные полевые. Совсем никак не хватает скорости для СВЧ? Снова попробуем арсенид галлия? Нет, давайте растянем кристаллическую решетку кремния при помощи германия, чтобы локально повысить подвижность электронов. Звучит сложно? Зато это КМОП-совместимо! Дешевый микроконтроллер с flash-памятью и АЦП на одном кристалле звучит гораздо приятнее, чем то же самое на трех чипах, правда? Цифровая обработка данных и управление на том же кристалле, что и аналоговая часть системы, стали ключевым достижением, позволившим микроконтроллерам проникнуть всюду, от дальнего космоса до электрочайника.
Рисунок 10. Схематичный разрез BCD технологии
Мой любимый пример такого рода — BCD-технология. BCD — это Bipolar (для аналоговой части), CMOS (для цифровой), DMOS (высоковольтные ключи на том же кристалле, что и управляющая логика). Такие технологии умеют работать с напряжениями до 200 Вольт (а бывает и больше) и позволяют реализовать на одном чипе все, что нужно для управления электромоторами или DC/DC преобразованием.
Рисунок 11. Разрез SOI BCD с высокольтным LDMOS транзистором в изолированном кармане
Технология BCD SOI дополняет все вышеперечисленное полной диэлектрической изоляцией элементов, улучшающей стойкость к тиристорному эффекту, шумоизоляцию, повышающей рабочие напряжения, позволяющей без проблем разместить на кристалле high-side ключи или, например, работать с отрицательными напряжениями (нужными для мощных GaN ключей с порогом ниже нуля Вольт). На том же кристалле производители предлагают разместить энергонезависимую память, IGBT, диоды Зенера… список длинный, можно играть в буллшит-бинго на презентациях) Обратите внимание на глубину слоя кремния: в отличие от «обычных» КНИ технологий, где ее стараются минимизировать, чтобы избавиться от донной части стокового и истокового pn-переходов и увеличить скорость работы, в BCD слой кремния очень глубокий, что помогает обеспечить приемлемые стойкость к электростатическому разряду и тепловые характеристики. Транзисторы при этом ведут себя в точности как объемные, только с полноценной диэлектрической изоляцией. Этим, помимо целевой аудитории из производителей автоэлектроники еще пользуются для создания своих не высоковольтных, но радстойких КМОП-чипов, например «Миландр» или Atmel, получая главное преимущество КНИ без его обычных недостатков.
Даже когда закон Мура начал ломаться из-за того, что уменьшение размеров кремниевых транзисторов подошло к физическим пределам, оказалось, что продолжать доводить до ума КМОП выгоднее, чем искать что-то принципиально новое. В исследования альтернатив и путей отхода, разумеется, вкладывали деньги, но основные усилия оказались брошены на то, чтобы улучшить кремниевый КМОП и обеспечить преемственность наработок. За открытие графена Новоселову и Гейму дали Нобелевскую премию уже почти десять лет назад; и где тот графен? Правильно, там же, где углеродные нанотрубки и все остальные материалы будущего, а на кремнии уже начато производство по процессу 5 нм, и все идет к тому, что 3 или даже 2 нм тоже будут. Разумеется, это не совсем настоящие нанометры (о чем я уже писал на Хабре вот здесь), но плотность упаковки продолжает расти; хоть и очень медленно, зато это все ещё кремниевый КМОП.
Рисунок 12. Gate All Around транзисторы Samsung для технологий 5 нм и ниже. Следующий шаг по сравнению с FinFET и ответ на вопрос «почему бы не упаковывать транзисторы в несколько слоев?» Все, остальные методы исчерпаны, теперь пришла очередь нескольких слоев. Поставим семь таких транзисторов вертикально, мы получим один нанометр вместо семи!
Жертвой прогресса в КМОП пал даже оксид кремния, ради которого изначально все и затевалось! Его заменили сложные многослойные структуры на основе оксида гафния. В канал стали добавлять германий для увеличения подвижности (уже апробированный в разработках для БиКМОП СВЧ); доходят даже до того, чтобы тестировать (пока только тестировать) в “кремниевых” транзисторах канал n-типа из материалов A3B5 (у которых высокая подвижность электронов), а p-типа — из германия (у которого высокая подивжность дырок). Про мелочи вроде изменения формы канала с плоской на объемную (FinFET) и маркетинговые уловки с цифрами проектных норм писать никакого объема не хватит.
Что ждет нас в будущем? С одной стороны, прогресс кремниевой технологии с внедрением EUV литографии и Gate All Around транзисторов уже точно себя исчерпал; отставание от планов ITRS двадцатилетней давности составляет уже около десяти лет, Intel давно забросил свой знаменитый “тик-так”, Globalfoundries и вовсе отказались опускаться ниже 14 нм. Стоимость одного транзистора на кристалле прошла минимум на нормах 28 нм и с тех пор начала расти. А самое главное — целевые рынки изменились. Много лет драйвером уменьшения проектных норм был рынок персональных компьютеров, потом персоналки сменились на мобильные телефоны (примерно в это время TSMC и Samsung догнали Intel). Но сейчас и на рынке мобильников спад и стагнация. Была кратковременная надежда на чипы для майнинга, но она, кажется, не оправдалась.
Новый фаворит производителей микросхем — интернет вещей. Действительно, рынок большой, быстрорастущий и с хорошими долгосрочными перспективами. А главное — для интернета вещей производительность и количество элементов на кристалле не являются критическими конкурентными преимуществами, зато малое энергопотребление и дешевизна — являются. Это значит, что основная причина уменьшать проектные нормы исчезла, зато появились резоны оптимизировать технологию под специфические задачи. Звучит интересно, не правда ли? Примерно как… пресс-релиз Globalfoundries о прекращении работ на 7 нм и концентрации на 14/12 и 28/22 нм FDSOI. Более того, удорожание новых технологий в сочетании с жесткой ценовой конкуренцией привело к тому, что производители микросхем не спешат переходить на новые проектные нормы просто потому, что могут, а остаются на старых так долго, как это разумно делать, а также объединяют в системе разнородные чипы — но теперь не на плате, а в внутри корпуса. «Систему на кристалле» сменила «система в корпусе» (об этом я тоже уже писал подробнее). Появление систем в корпусе и интернет вещей, помимо прочего, дают новый шанс сложным полупроводникам, ведь поместить арсенидгаллиевый чип в один корпус с кремниевым больше ничего не мешает, а необходимость радиотракта в системе для интернета вещей достаточно очевидна. То же касается разнообразных оптических приборов, МЭМС, сенсоров — и вообще всего, что существует в микроэлектронике помимо КМОП на кремнии
Так что моим прогнозом относительно дальнейшего развития КМОП кремниевой технологии и ее заменителей будет то, что мы увидим радикальное замедление прогресса, вплоть до полной остановки — просто за ненадобностью — и не увидим в ближайшем будущем в массовом производстве что-то принципиально новое (углеродные нанотрубки, графен, логика на мемристорах) — опять же за ненадобностью. Зато несомненно будет более широким использование уже имеющегося технологического багажа. Микроэлектроника продолжает проникновение во все сферы нашей жизни, количество доступных ниш огромно, новые рынки появляются, растут и будут продолжать расти. Ведущие мировые производители наращивают производство не только самых новых проектных норм, но и более старых тоже: TSMC впервые за 15 лет строит фабрику с пластинами 200 мм, Globalfoundries в прошлом году представили новый 180 нм BCD техпроцесс. Ведущие мировые производители с оптимизмом смотрят в новые ниши, которые при скромных сложениях сейчас обещают огромную выгоду в обозримом будущем. В общем, несмотря на отсутствие прогресса с нанометрами, скучно не будет.
Если вы хотите узнать ответы на все эти вопросы — добро пожаловать под кат. По просьбам читателей предыдущих статей предупреждаю: там много текста, на полчаса.
Начало
На дворе рубеж 1947 и 1948 годов, Джон Бардин и Уолтер Браттейн под руководством Уильяма Шокли в The Bell Labs исследуют распределение поля в германиевых диодах и случайно обнаруживают транзисторный эффект. И хотя потенциальная полезность открытия выглядела очевидной (впрочем, городские легенды гласят, что открытие было рассекречено после того, как военные эксперты не увидели в нем практической пользы), выглядел первый транзистор вот так:
Рисунок 2. Реплика первого транзистора
Не очень похоже на прибор, пригодный для промышленного производства, правда? На то, чтобы сделать из капризного точечного биполярного транзистора более удобный в производстве биполярный транзистор из pn-переходов, ушло два года, после чего дни (хорошо, не дни, но годы) электронных ламп в массовой электронной аппаратуре были сочтены.
Из троих первооткрывателей транзистора, правда, продолжил работать над ними только Шокли, который почти не имел отношения к исходной работе (потому что был теоретиком и начальником, а не исследователем), зато присвоил себе всю славу и так из-за этого разругался с Бардином и Браттейном, что они больше никогда не имели дела с микроэлектроникой. Браттейн занялся электрохимией, а Бардин — сверхпроводимостью, за которую он получил вторую Нобелевскую премию, став единственным человеком в истории, у которого две премии по физике.
Шокли же, успешно развалив своими амбициями исследовательскую команду, ушел из Bell Labs и создал собственную Shockley Semiconductor Laboratory. Рабочий климат в ней, впрочем, тоже оставлял желать лучшего, что привело к появлению знаменитой «предательской восьмерки», сбежавшей от Шокли и основавшей Fairchild Semiconductor, которая, в свою очередь, стала родителем того, что мы сейчас знаем как «Кремниевую долину» — включая такие компании, как Intel, AMD и Intersil.
Рисунок 3. «Fairchildren» — компании, основанные выходцами из Fairchild
Сам Шокли так и не оправился от предательства «восьмерки» и покатился по наклонной: был уволен из собственной компании, увлекся расизмом и евгеникой, стал изгоем в научном сообществе и умер, всеми забытый. Даже его дети узнали о смерти из газет.
До начала
История открытия транзистора широко известна и много где описана. Гораздо менее известно то, что первая патентная заявка на транзистор была подана вовсе не в 1947, а на двадцать с лишним лет раньше, в 1925, американцем австро-венгерского происхождения Юлиусом Лилиенфельдом. При этом, в отличие от биполярного транзистора 1947 года, приборы, описанные в патентах Лилиенфельда, были полевыми: в патенте, полученном в 1930 году, MESFET с металлическим затвором, а в патенте 1933 года — MOSFET, практически такой же, каким мы знаем его сейчас. Лилиенфельд предполагал использовать алюминий для затвора и оксид алюминия в качестве подзатворного диэлектрика.
К сожалению, тогдашний уровень развития технологии не позволил Лилиенфельду реализовать свои идеи в прототипах, но проведенные в 1948 году все тем же Шокли (уже в одиночку) эксперименты показали, что патенты Лилиенфельда описывали принципиально работоспособные приборы. Собственно, вся работа группы Шокли над свойствами диодов, приведшая к случайному изобретению биполярного транзистора, была частью исследований по созданию полевого транзистора, гораздо более похожего по свойствам на вакуумные лампы и потому более понятного физикам тех лет. Тем не менее, несмотря на успешное подтверждение работоспособности идей Лилиенфельда, в 1948 году технологий стабильного получения тонких бездефектных пленок диэлектриков все еще не было, тогда как биполярный транзистор оказался вполне более технологичным и коммерчески перспективным. МОП-транзисторы были отложены на полку, а биполярные приборы начали триумфальное шествие по планете.
Минутка терминологии
Биполярный транзистор или Bipolar Transistor — транзистор, в котором для работы нужны оба типа носителей заряда, и электроны, и дырки, и который управляется током базы (умножая его на коэффициент усиления транзистора). Обычно делаются при помощи pn-переходов или гетеропереходов, хотя самый первый транзистор хоть и был биполярным, не был транзистором на переходах. Популярный англоязычный акроним — BJT, bipolar junction transistor.
Для транзисторов на гетеропереходах (переходах между разными материалами, например, арсенидом галлия и алюмонитридом галлия) используется акроним HBT (Heterojunction Bipolar Transistor).
Униполярный или полевой транзистор, он же Field-Effect Transistor или FET — транзистор, действие которого основано на полевом эффекте и требует только одного типа носителей заряда. У полевого транзистора есть канал, управляемый приложенным к затвору напряжением. Полевых транзисторов существует довольно много разновидностей.
Привычный нам MOSFET или МОПТ — транзистор с затвором, изолированным от канала при помощи диэлектрика, обычно оксида и представляющий собой структуру Металл-Оксид-Полупроводник (Metal-Oxide-Semiconductor). В случае, если используется не оксид, их можно назвать MISFET (I — Insulator) или МДПТ (Д — Диэлектрик).
JFET (J — Junction) или транзистор с управляющим pn-переходом. В таком транзисторе поле, запирающее канал, создается при помощи прикладывания напряжения к управляющему pn-переходу.
Полевой транзистор Шоттки (ПТШ) или MESFET (ME — Metal) — разновидность JFET, использующая в качестве управляющего не pn-переход, а барьер Шоттки (между полупроводником и металлом), у которого ниже падение напряжения и выше скорость работы.
HEMT (High Electron Mobility Transistor) или транзистор с высокой подвижностью электронов — аналог JFET и MESFET, использующий гетеропереход. Такие транзисторы — самые популярные в сложных полупроводниках.
Рисунок 4. BJT, MOSFET, JFET
Германий
Первый транзистор был германиевым, однако технологи разных компаний довольно быстро перешли на кремний. Это было связано с тем, что чистый германий на самом деле довольно плохо подходит для электронных применений (хотя германиевые транзисторы до сих пор используются в аудиоаппаратуре, косящей под старину). Из преимуществ германия можно назвать высокую подвижность электронов и, что особенно важно, дырок, а также напряжение отпирания pn-переходов в 0.3 В против 0.7 В у кремния, хотя второе можно нивелировать при помощи использования переходов Шоттки (как и делалось в ТТЛШ-логике). Зато из-за меньшей ширины запрещенной зоны (0.67 против 1.14 эВ) у германиевых диодов большие обратные токи, сильно растущие с температурой, что ограничивает и температурный диапазон применимости германиевых схем, и допустимые мощности (на маленьких слишком велико влияние обратных токов, на больших начинает мешать саморазогрев). В довершение температурных проблем германия, его теплопроводность гораздо ниже, чем у кремния, то есть отводить тепло от мощных транзисторов сложнее.
Еще в ранний период истории полупроводниковой электроники у германиевых приборов были большие проблемы с выходом годных из-за сложности получения чистого кристаллического германия без винтовых дислокаций решетки и плохого качества поверхности, в отличие от кремния, не защищенной от внешних воздействий оксидом. Точнее, оксид у германия есть, но его кристаллическая решетка совпадает с решеткой чистого германия гораздо хуже, чем у кремния, что приводит к образованию недопустимо большого количества приповерхностных дефектов. Эти дефекты серьезно снижают подвижность носителей заряда, сводя на нет главное преимущество германия перед кремнием. И, в довершение, оксид германия реагирует с водой — как в процессе производства чипа, так и при эксплуатации. Впрочем, остальным полупроводникам повезло еще меньше, и у них никакого оксида нет вообще.
Пытаясь решить проблему плохой поверхности германия, мешавшей сделать полевой транзистор, Шокли придумал убрать канал в глубину полупроводника. Так появился полевой транзистор с управляющим pn-переходом, он же JFET. Эти транзисторы быстро нашли свое место в аналоговых схемах — в первую очередь, благодаря очень маленькому (по сравнению с биполярными транзисторами) входному току и хорошим шумовым характеристикам. Такое сочетание делает JFET отличным выбором для входного каскада операционного усилителя — что можно наблюдать, например, вот в этой статье Кена Ширрифа. Более того, когда вместо отдельных компонентов стали делать интегральные схемы, оказалось, что JFET довольно хорошо совместимы с биполярной технологией (я даже на рисунке выше сделал JFET из биполярного транзистора), и они стали общим местом в аналоговых биполярных техпроцессах. Но все это было уже на кремнии, а германий так и остался забыт на много лет, пока не пришло его время усилить позиции кремния вместо того, чтобы воевать с ним. Но об этом чуть позже.
Полевые транзисторы
А что МОП-транзисторы? Казалось бы забытые почти на десятилетие в связи со стремительным прогрессом биполярных собратьев, они, тем не менее, развивались. Во все тех же Bell Labs в 1959 году Дэвоном Кангом и Мартином Аттала был создан первый работающий МОП-транзистор. Он, с одной стороны, почти прямо реализовал идею Лилиенфельда, а с другой, сразу оказался практически идентичным многим следующим поколениям транзисторов, использующим в качестве подзатворного диэлектрика оксид кремния. К сожалению, в Bell Labs тогда не распознали коммерческий потенциал изобретения: прототип был существенно медленнее, чем биполярные транзисторы того времени. Зато потенциал новинки распознали в Radio Corporation of America (RCA) и в Fairchild, и уже в 1964 году МОП-транзисторы попали на рынок. Они были медленнее биполярных собратьев, хуже усиливали, шумели и очень страдали от электростатического разряда, зато у них были нулевой входной ток, низкое выходное сопротивление и отличные переключательные способности. Это не так много, но это было только начало очень длинного пути.
Биполярная логика и RISC
На ранних этапах развития полупроводниковой электроники доминировали аналоговые и радиочастотные применения: словом «транзистор» довольно долго обозначали не только собственно транзистор, но и радиоприемник на его основе. Цифровые ЭВМ на основе содержащих один-два вентиля микросхем были огромными (хоть и не шли ни в какое сравнение с ламповыми), так что были даже попытки делать вычисления аналоговым образом — благо для реализации интегрирования или дифференцирования достаточно одного операционного усилителя вместо целой россыпи цифровых чипов. Но цифровые вычисления оказались удобнее и практичнее, в результате чего началась эра цифровых электронных вычислительных машин, которая продолжается и сегодня (хотя квантовые вычисления и нейросети уже достигли значительных успехов).
Основным преимуществом МОП-технологии того времени была простота (напомню, что вплоть до восьмидесятых каждая микроэлектронная компания должна была сама организовать себе производство): для реализации простейшей работающей n-МОП или p-МОП схемы нужны всего четыре фотолитографии, для КМОП — шесть, а для биполярной схемы литографий нужно семь для одного типа транзисторов, и еще необходим более точный контроль диффузий и, в идеале, эпитаксия. Жирным минусом была скорость: МОП-транзисторы проигрывали в сравнении с биполярными и JFET больше, чем на порядок. В момент, когда КМОП позволял достичь частоты в 5 МГц, на ЭСЛ можно было сделать 100-200. Про аналоговые применения и говорить не приходится — МОП-транзисторы очень плохо для них подходят из-за низких скоростей и маленького коэффициента усиления, в то время как биполярная схема с JFET на входах способна обеспечить практически все запросы дизайнера.
Пока степень интеграции микросхем была маленькой, а потребляемую мощность никто особенно не считал, преимущество эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) для высокопроизводительных применений было очевидным, но в рукаве у МОП-технологии были козыри, сыгравшие несколько позже. В шестидесятых, семидесятых и восьмидесятых МОП и биполярные техпроцессы развивались параллельно, причем МОП использовали исключительно для цифровых схем, а биполярную технологию — как для аналоговых схем, так и для логики на основе семейств ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика, TTL) и ЭСЛ.
Рисунок 5. Cray-1, первый суперкомпьютер Сеймура Крэя, представленный публике в 1975 году, весил 5.5 тонн, потреблял 115 кВт энергии и имел производительность в 160 MFLOPS на частоте 80 МГц. Он был построен на четырех типах дискретных ЭСЛ микросхем, и содержал около 200 тысяч вентилей. Чип, на котором была построена логика — это Fairchild 11C01, сдвоенный вентиль, содержащий элементы 4ИЛИНЕ и 5ИЛИНЕ, и потребляющий 25-30 мА тока при питании -5.2 В.
Рисунок 6. Логический элемент 2ИНЕ на ТТЛ и 2ИЛИ/ИЛИНЕ на ЭСЛ
Обратите внимание на то, что логический элемент ЭСЛ — это просто усилитель без обратной связи, построенный таким образом, что переключающиеся транзисторы всегда находятся в “быстром” линейном режиме и никогда не попадают в “медленный” режим насыщения. Плата за скорость — постоянно текущий через схему ток, вне зависимости от рабочей частоты и состояния входов и выходов. Забавно, но этот недостаток некоторое время назад стали пытаться использовать как преимущество: из-за постоянства потребляемого тока криптографические схемы на ЭСЛ гораздо более устойчивы к взлому через “прослушивание” тока потребления, чем КМОП, где потребляемый ток пропорционален количеству переключающихся в данный момент времени вентилей. Если заменить биполярные транзисторы на полевые (JFET или MESFET), то получится ИСЛ — истоково-связанная логика, тоже нашедшая в свое время применения в сложных полупроводниках.
Очевидный плюс nМОП или pМОП логики — простота изготовления и малое число транзисторов, а значит малая площадь и возможность разместить на кристалле больше элементов. Для сравнения: элемент 2ИНЕ или 2ИЛИНЕ на nМОП/pМОП состоит из трех элементов, на КМОП — из четырех. На ТТЛ эти элементы содержат по 4-6 транзисторов, 1-3 диода и 4-5 резисторов. На ЭСЛ — 4 транзистора и 4 резистора (при этом на ЭСЛ удобно делать OR и NOR, и неудобно AND и NAND). Обратите, кстати, внимание, что все транзисторы на схеме элементов ТТЛ и ЭСЛ — это npn. Это потому, что сделать в p-подложке pnp-транзистор сложнее, чем npn, и структура у них получается разная — в отличие от КМОП-технологии, где транзисторы обоих типов почти одинаковые. К тому же, и pMOS, и биполярные pnp, работающие за счет дырок, медленнее своих «электронных» собратьев, а значит в биполярной логике, главной целью которой была скорость, они были не ко двору.
Второе важное преимущество МОП-технологии, проявившееся в полной мере при переходе на КМОП и во многом определившее доминирование этой технологии — маленькое энергопотребление. КМОП вентиль потребляет энергию только в процессе переключения, а статического энергопотребления у него нет (для современных технологий это не так, но опустим частности). Типовой рабочий ток вентиля ЭСЛ — от 100 мкА до 1 мА (0.5-5 мВт на питании 5.2 В). Умножив это число на, скажем, миллиард вентилей, составляющих современные процессоры Intel, мы получим МегаВатт… Собственно, потребление Cray-1 вы видели выше. Впрочем, в восьмидесятых речь обычно шла о тысячах или десятках тысяч вентилей, что, в теории, позволяло уложиться в разумный бюджет мощности даже на биполярной логике. На практике, впрочем, на одну и ту же площадь кристалла помещалось в несколько раз больше КМОП-вентилей, потреблявших меньше мощности, и становившихся намного быстрее с уменьшением проектных норм (закон Мура работал вовсю).
Intel 8008 (1972) на десятимикронной pМОП-технологии работал на частоте 500 кГц (против 80 МГц у гораздо более сложной системы Cray-1), Intel 8086 (1979) на трехмикронной nМОП и позже КМОП разгонялся уже до 10 МГц, а оригинальный 80486 (1989) — аж до 50 МГц.
Что же заставляло дизайнеров продолжать пробовать биполярные дизайны, несмотря на стремительное сокращение разницы между ними и КМОП, и несмотря на энергопотребление? Ответ прост — скорость. На заре времен дополнительным огромным преимуществом ЭСЛ была минимальная потеря быстродействия при работе на большие емкостные нагрузки или длинные линии — то есть сборка из многих корпусов с ЭСЛ-логикой была намного быстрее, чем сборка на КМОП или ТТЛ. Увеличение степени интеграции позволило КМОП частично преодолеть этот недостаток, вычислительные системы все еще были многочиповыми, и каждый выход сигнала за пределы кристалла (например, во внешний кэш) все сильно замедлял. Биполярные же вентили даже в конце восьмидесятых все еще были существенно быстрее, например за счёт в несколько раз меньшей разницы напряжений между логическим нулем и логической единицей — 600-800 мВ у ЭСЛ против 5 В у КМОП, и это в условиях, когда размеры транзисторов в биполярных технологиях уже стали отставать от КМОП. Но если скейлинг КМОП шел таким образом, что удельная мощность на единицу площади чипа оставалась постоянной (это явление является “следствием” закона Мура и называется “Деннардовское масштабирование”), то мощность ЭСЛ почти не упала, ведь для быстрой работы нужны статические рабочие токи. В результате разработчики цифровых схем стали предпочитать КМОП для реализации все усложнявшихся архитектур вычислительных систем даже там, где была нужна большая производительность.
Помощь цифровым биполярным технологиям пришла откуда не ждали. В начале восьмидесятых была придумана концепция RISC, предполагающая значительное упрощение микропроцессора и уменьшение числа элементов в нем. Биполярные технологии несколько отставали от КМОП в степени интеграции, потому что биполярные БИС были в основном аналоговыми, а там спешить за законом Мура больших причин не было. Тем не менее, начало развития RISC совпало с моментом, когда стало реалистично упаковать целый процессор на одном кристалле или хотя бы на двух-трех (кэш был обычно внешний). В 1989 году вышел Intel 80486, в котором FPU был выполнен на том же кристалле, что и основной процессор — это был первый чип, использовавший больше миллиона транзисторов.
Ко времени, о котором идет речь, многие производители микросхем начали переходить на Fabless модель, предоставляя организацию производства другим компаниям. Результатом деятельности одной из таких компаний и стали разработки интегральных микропроцессоров на ЭСЛ. Компания называлась Bipolar Integrated Technology и никогда не была особенно успешной, от самого основания в 1983 году до продажи в PMC-Sierra в 1996. Есть подозрение, что причиной неуспешности была именно ставка на биполярные цифровые продукты, но в конце восьмидесятых это не было так очевидно, а компания обладала передовыми по размерам и степени интеграции биполярными процессами. Их первым собственным продуктом был чип сопроцессора FPU, и BIT активно сотрудничала с двумя пионерами RISC — MIPS Computer Systems и Sun Microsystems — для того, чтобы создать на основе RISC архитектур чипы, для которых этот сопроцессор был бы полезен. Первая реализация архитектуры MIPS II — набор чипов R6000, R6010 и R6020 — была реализована на ЭСЛ и производилась на мощностях BIT. На них же производился процессор SPARC B5000.
Несколько позже в DEC реализовали MIPS II на одном кристалле на биполярной технологии Motorola. Итак, представьте себе: на дворе 1993 год, лидирующий продукт Intel — тот самый Pentium (техпроцесс КМОП 800 нм, тактовая частота 66 МГц, TPD 15 Вт, три миллиона транзисторов на кристалле). В IEEE Journal of Solid-State Circuits выходит статья, озаглавленная “A 300-MHz 115-W 32-b Bipolar ECL Microprocessor”. Триста (!) Мегагерц и сто пятнадцать (!!!!) Ватт. Отдельная статья, разумеется, была посвящена корпусу и теплоотводу этого монстра. Обе статьи я очень рекомендую почитать, если у вас есть доступ к библиотеке IEEE — это прекрасный документ эпохи, в котором есть фразы масштаба «the chip was designed largely with CAD tools developed by members of the design team» и «circuit performance has been increased significantly by using different signal swings in different applications, and by using circuit topologies (such as low-swing cascode and wired-OR circuits)». Ладно САПР, его в 1993 году только ленивый самостоятельно не писал (спросите YuriPanchul, он подтвердит), но wired OR!
Рисунок 7. Фотография кристалла процессора DEC и его корпуса с теплоотводом
У нас было 2 уровня логических нулей и единиц, 75 элементов в библиотеке, 5 собственных САПР, полсхемы на Си и целое множество методов трассировки всех сортов и расцветок, топологические примитивы, а также клоковое дерево, три слоя металлизации, радиационная стойкость, килобайт кэша и две дюжины тестбенчей. Не то чтобы это был необходимый запас для проектирования, но если начал собирать микропроцессор, становится трудно остановиться. Единственное, что вызывало у меня опасение — это Wired OR. Ничто в мире не бывает более беспомощным, безответственным и порочным, чем Wired OR. Я знал, что рано или поздно мы перейдем и на эту дрянь.К слову о радиационной стойкости и прочих специальных прибамбасах. История с открытием транзистора в 1948 году, а также много других менее известных событий (например, создание Кремниевой долины на деньги американских военных) показывает нам, что миф о военных как людях, готовых клепать истребители пятого поколения на рассыпухе 74 серии и TL431, а про проектные нормы 28 или 16 нм слышавших только по телевизору, по меньшей мере несправедлив. Настоящие военные не только постоянно применяют новые технологии (после соответствующей сертификации, которая иногда занимает существенное время), но и финансируют их создание. Так, всем отлично известная “семьдесят четвертая” серия ТТЛ-микросхем — это упрощенная “пятьдесят четвертая”, изначально созданная для военных применений. То же самое можно сказать о технологии “кремний на изоляторе”, которую много лет успешно использовала AMD, и о многих других технологиях, давно и прочно вошедших в наш быт. Так вот, радиационная стойкость ЭСЛ была в среднем выше, чем у аналогов на КМОП (она и сейчас наверное выше) — потому что когда у вас в вентиле большой постоянный рабочий ток, вас не очень волнуют ни утечки, ни падение коэффициента усиления транзистора. Этот факт дополнительно продлил жизнь и разработкам на ЭСЛ, и герою следующей части моего рассказа.
Арсенид галлия — материал будущего
Арсенид галлия — один из первых сложных полупроводников, привлекших внимание микроэлектронной индустрии. Главное преимущество арсенида галлия и над германием, и над кремнием — огромная подвижность электронов. При этом у него еще и довольно широкая запрещенная зона, что позволяет работать при больших температурах. Возможность работать на частотах в сотни МГц или даже несколько ГГц, в то самое время, когда из кремния еле-еле выжимаются десятки МГц — это ли не мечта? Арсенид галлия довольно долго считался «материалом будущего», который вот-вот придет на смену кремнию. Первый MESFET на нем был создан в 1966 году, а последние активные попытки делать БИС на нем были сделаны уже в середине девяностых в Cray Corporation (они же ее и похоронили окончательно) и на «Микроне» (серия микросхем К6500).
Важная проблема, которую надо было решить — отсутствие у арсенида галлия нативного оксида. Но проблема ли это? Ведь если нет оксида, то нет и проблем с радиационной стойкостью! Именно из этих соображений программы по разработке арсенидгаллиевой технологии обильно финансировались военными ведомствами. Результаты по стойкости действительно были отличные, а вот с собственно технологией вышло несколько сложнее. Необходимость применять JFET означает или применение ИСЛ — быстрой, но очень много потребляющей, или JFET вместо MOSFET в имитации nМОП-логики — более простой, но не такой быстрой и все еще изрядно потребляющей. Другая неприятная мелочь — если ничего не делать, то JFET на арсениде галлия получаются нормально открытые, то есть их пороговое напряжение ниже нуля, а это означает большее энергопотребление, чем оно было бы на MOSFET. Для того, чтобы сделать нормально закрытые транзисторы, технологам надо изрядно постараться. Впрочем, эту проблему относительно быстро решили, и в GaAs логике начали активно применяться E-D JFET технологии с нормально закрытыми (E — enhancement) активными транзисторами и нормально открытыми (D — depleted) в нагрузках. Еще один сильно недооцененный изначально недостаток — у арсенида галлия очень высокая подвижность электронов, но не дырок. На nJFET можно сделать очень много интересного (например, высокочастотные усилители), но с потреблением 1 мВт на вентиль говорить о СБИС довольно сложно, а если сделать малопотребляющие комплементарные схемы, то они из-за низкой подвижности дырок окажутся даже медленнее кремниевых.
И опять, как и с биполярными схемами, на помощь очень хотевшим получить радиационную стойкость военным пришла концепция RISC в лице все той же архитектуры MIPS. В 1984 году DARPA подписала три контракта на разработку GaAs MIPS микропроцессоров — с RCA, McDonnell Douglas и коллаборацией CDC-TI. Одним из важных требований технического задания было ограничение в 30 тысяч транзисторов, с формулировкой “чтобы процессоры можно было начать серийно производить с приемлемым выходом годных”. Кроме этого, существовали варианты конверсии на арсенид галлия семейства Am2900 от AMD, радстойкие арсенидгаллиевые версии легендарных 1802 микроконтроллеров от тех же RCA, базовые матричные кристаллы на несколько тысяч вентилей и чипы статической памяти на несколько килобит.
Несколько позже, в 1990 году, архитектуру MIPS для космических применений рассматривали и в Европе, но там выбрали SPARC — а иначе LEON тоже могли бы быть MIPS. Кстати, в выборе архитектуры для будущих LEON участвовал и ARM, но был отвергнут из-за плохой поддержки софтом. В итоге первый европейский космический ARM-процессор появится только в следующем году. Если вам интересна тема космических процессоров и архитектур для них, то вот ссылка на статью Максима Горбунова из НИИСИ РАН о космических процессорах вообще и о КОМДИВах в частности. Ссылка, как и положено ученому, в рецензируемом журнале Elsevier за пейволлом.
Самое интересное на мой взгляд решение было у группы из McDonnell Douglas. Я проследил по публикациям в IEEE Transactions on Nuclear Science историю их проекта (искать по фамилии Zuleeg), от первых транзисторов в 1971 году до собственной комплементарной JFET технологии и чипов на ее основе в 1989. Почему комплементарной? Потому что большую часть (и в плане бюджета транзисторов, и в плане бюджета мощности) микропроцессора составляет кэш-память, причем задержка собственно ячейки памяти далеко не всегда является фактором, ограничивающим быстродействие, а вот выигрыш по энергопотреблению при использовании комплементарной ячейки очевиден. Сделав комплементарный кэш и nJFET-логику, в McDonnell Douglas получили отличное соотношение скорости и потребления — и радиационную стойкость буквально на сдачу, без каких-либо дополнительных усилий.
И все было бы хорошо, но в то самое время, когда счет транзисторам в арсенидгаллиевых микропроцессорах шел на десятки тысяч, на коммерческом рынке уже были доступны относительно недорогие кремниевые КМОП чипы с миллионами транзисторов, и отставание не только не сокращалось, но и продолжало расти. Еще разработчики “материала будущего” среди многочисленных рассказов о достижениях кое-где писали в своих статьях фразы «достигнут процент выхода годных 3%, то есть один годный чип с пластины диаметром 75 мм», или «если мы снизим плотность дефектов до такого-то уровня, то сможем повысить процент выхода годных с 1% до 10%», причем подобные цифры фигурируют у несвязанных научных групп из разных стран. Капризность арсенида галлия и хрупкость его кристаллической решетки, мешающая выращивать кристаллы большого диаметра и ограничивающая уровни легирующих примесей, хорошо известна, и это, в сочетании с желанием минимизировать количество транзисторов на кристалле микропроцессора, наводит меня на мысли о том, что такой низкий выход годных для арсенида галлия действительно был нормой, и не только в лаборатории, но и в серийном производстве. Причем, согласно уже советским данным, итоговая стоимость практически не зависела от сложнсти технологии, потому что сами пластины арсенида галлия были дороже любой обработки. Неудивительно, что никому, кроме военных, такие СБИС не были интересны.
Кстати, а что у нас?
До сих пор статья рассказывала об успехах и неудачах американских компаний, но ведь не только в Америке была микроэлектроника, верно? К сожалению, о сложном пути советской микроэлектроники в выборе технологий рассказать можно немного. Первая причина — история американских (а также, например, японских) разработок хорошо документирована публикациями в профильных журналах IEEE, архив которых сейчас оцифрован, и изучать их — настоящее удовольствие для ценителя. Советская же микроэлектроника всю свою историю была крайне замкнутой. Публикаций было немного даже на русском языке, не говоря уже о том, чтобы сообщать о своих успехах всему миру (что делалось, например, в фундаментальной физике). И даже то немногое, что публиковалось, сейчас очень сложно найти и, разумеется, только в бумажном виде, а никак не в электронном. Поэтому мне, кстати, отдельно отрадно сейчас видеть российских коллег на международных научных конференциях и промышленных выставках, причем не только как гостей, но и как докладчиков. Вторая причина состоит в том, что большую часть времени советская микроэлектроника, пусть и ненамного, но отставала от американцев и активно занималась копированием успешных западных разработок. Более того, с начала восьмидесятых, когда в мире началось все самое интересное, министерство электронной промышленности СССР официально взяло курс на отказ от оригинальных разработок и поголовное копирование американских микросхем — уже серийных, а не экспериментальных разработок и методов. Возможно, в условиях ограниченных ресурсов это было правильным решением, но его итогом стало нарастание отставания (причем не технологического, а идейного), которое после развала СССР стало фактически необратимым — до тех пор, пока уже в двадцать первом веке российская микроэлектроника была “перезапущена” фактически с нуля.
В итоге, хотя GaAs чипы средней степени интеграции применялись в начале девяностых как в суперкомпьютерах Cray, так и в ЭВС ЕС-4, в СССР никогда не было RISC-процессоров, сыгравших важную роль в завершающих этапах борьбы КМОП, ЭСЛ и арсенида галлия. С технологической точки зрения, в то же самое время, когда американцы разрабатывали однокристалльные микропроцессоры, на зеленоградском “Микроне” ставилась в серийное производство арсенидгаллиевая серия микросхем К6500, включавшая в себя память до 16 кбит, базовые матричные кристаллы объемом до десяти тысяч вентилей и микропроцессорный комплект из пяти чипов — то есть такие же сложные кристаллы, как и американские процессоры. Но если McDonnell Douglas при помощи нормально закрытых JFET обоих типов проводимости имитировали на GaAs nМОП и КМОП схемы, имея целью минимизировать энергопотребление и подготовить почву для роста степени интеграции, то в К6500 были очень быстрые (до 1 ГГц), но гораздо более сложные и капризные схемы на ИСЛ с нормально открытыми MESFET (что делает достигнутые результаты по степени интеграции еще более удивительными).
Рисунок 8. Два варианта инверторов из техпроцесса McDonnell Douglas и инвертор микросхем серии К6500
Работы по арсениду галлия продолжались на «Микроне» с 1984 до по меньшей мере до 1996 года, но никакую информацию о том, что случилось после этого, мне найти не удалось. Сейчас все разработки “Микрона”, в том числе радиационностойкие и радиочастотные, делаются на кремнии.
Арсенид и другие
Разработчики кремниевых КМОП микросхем специального назначения тем временем не стояли на месте; к началу девяностых стало понятно, что обеспечить радиационную стойкость на слегка модифицированной коммерческой кремниевой КМОП технологии ненамного сложнее, чем на дорогом и капризном арсениде галлия, что лишило его последнего важного преимущества и ограничило весьма узкими и специфическими нишами — в основном, дискретными СВЧ и силовыми приборами. Более того, даже в этих применениях сейчас все чаще используется не арсенид, а нитрид галлия или разнообразные гетероструктуры, обладающие лучшими температурными характеристиками, более высокой подвижностью и большим полем пробоя.
Рисунок 9. Сравнение основных свойств кремния, арсенида галлия и нитрида галлия для силовых и СВЧ-применений
А что же, спросите вы, может на нитриде галлия можно сделать СБИС? К сожалению, у нитрида галлия тоже низкая подвижность дырок, да и не только у него. Радикально большей, чем у кремния, подвижностью дырок обладает только антимонид индия, но у него такая узкая запрещенная зона, что приборы на его основе могут работать только при криогенных температурах.
Не поймите меня неправильно, другие полупроводники тоже нужны, и у них множество полезных применений. Когда в 2000 году Нобелевский комитет решил наконец выдать премию за электронику, одну половину премии получил Джек Килби за создание первой интегральной схемы, а вторую — Жорес Алферов и Герберт Кремер за «разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокочастотных схемах и оптоэлектронике». Нашу жизнь уже сложно представить без лазеров на гетероструктурах, рынки силовых приборов на нитриде галлия и карбиде кремния растут как на дрожжах (и на электрификации транспорта), скорое развертывание сетей 5G, работающих на частотах до 39 ГГц, невозможно представить без полупроводников A3B5, но только кремниевая КМОП-технология оказалась обладающей всеми нужными свойствами для создания вычислительных СБИС, составляющих львиную долю рынка микроэлектроники и управляющих всем упомянутым выше разнообразием.
Впрочем, даже кремниевая микроэлектроника намного шире, чем только высокопроизводительные микропроцессоры. Прямо сейчас TSMC одновременно с вводом в строй техпроцесса 5 нм запускает новую фабрику с проектными нормами 180 нм на 200 мм пластинах — потому что спрос на них есть и он стабильно растет. Да, этот рынок намного меньше рынка чипов для мобильных телефонов, но и вложения для входа существенно скромнее. То же самое можно сказать про рынки карбида кремния и нитрида галлия. И именно сложные полупроводники, СВЧ и силовая электроника, на мой скромный взгляд, могут стать настоящим драйвером возрождения российской микроэлектроники и ее выхода на мировой рынок. В этих сферах компетенции и оснащенность российских компаний очень сильны и достаточно близки к мировым лидерам. Все в курсе про 180, 90 и 65 нм на “Микроне”, но мало кто слышал про 200 нм на “Истоке” или 150 нм на “Микране”. Еще мало кто слышал, что фабрика STM в Катании, с которой был скопирован 180 нм процесс на «Микроне», сейчас полностью перешла на производство карбида кремния, рынок которого через пять лет должен достигнуть трех миллиардов долларов. STM недавно купили производителя подложек SiC, чтобы владеть всей производственной цепочкой, и в принципе делают все, чтобы оказаться на растущем рынке лидерами.
Поглощай и властвуй
Статьи конца восьмидесятых и начала девяностых, посвященные перспективным технологиям — ЭСЛ на кремнии, комплементарным JFET на GaAs, попыткам сделать германий great again — практически неизменно заканчиваются словами «мы продемонстрировали великолепные перспективы нашей идеи, и буквально через пару лет, когда технологии ещё немного разовьются и позволят больше транзисторов на чипе / меньше потребление / выше процент выхода годных, вот тогда-то мы и завоюем мир». Вот только обещанный прогресс на деньги DARPA так никогда и не наступил. Почему? Потому что технология производства микросхем дорожает с каждым новым уменьшением размеров, и никакие исследовательские гранты не могли перебить объемы вложений Intel, работавших на огромный потребительский рынок и хорошо понимавших, что технологическое лидерство — один из ключей к лидерству коммерческому. Именно поэтому Intel подняли флаг закона Мура и назначили себя ответственными за его выполнение, после чего все остальные производители оказались втянуты в сумасшедшую гонку вооружений, которую маленькие компании и другие технологии предсказуемо не смогли себе позволить. В итоге в нише персональных компьютеров у Intel остался ровно один конкурент, и вообще технологии ниже 14 нм есть всего у трёх компаний в мире — TSMC, Intel и Samsung. Можно сказать, что Intel очень повезло давным-давно начать работать с МОП-транзисторами, а не с ЭСЛ, но если бы не повезло им, повезло бы кому-то еще, и результат остался бы примерно таким же.
То, что преимущество КМОП на кремнии неоспоримо, стало понятно к концу девяностых, и диспропорция вкладываемых в нее и во все остальное ресурсов стала такой, что вместо разработки новых технологий для специфических нужд стало выгоднее и проще приделывать соответствующие довески к КМОП. Для дизайнеров аналоговых схем появилась БиКМОП технология с биполярными npn-транзисторами, для встраиваемой электроники — энергонезависимая память, для силовых применений — высоковольтные DMOS транзисторы, для высоких температур или больших скоростей — подложки КНИ, для оптоэлектроники — интегрированные фотодиоды. Важным драйвером интеграции дополнительных опций в КМОП-технологию стала концепция «система на кристалле». Если раньше дизайнер системы выбирал подходящие микросхемы, исходя из того, насколько хорошо они справляются с целевыми функциями, не обращая внимание на технологию их изготовления (в худшем случае были еще нужны трансляторы уровней, но это не страшно), то с ростом степени интеграции появилась возможность разместить все составные части системы на одном кристалле и таким образом убить множество зайцев — увеличить скорость и уменьшить потребление за счет отсутствия необходимости прокачивать емкости дорожек на печатной плате, увеличить точность за счет лучшего согласования элементов, увеличить надежность за счет уменьшения количества точек пайки. Но для этого все части системы должны были быть КМОП-совместимыми. Фабрики ответили на это «все, что угодно — только платите деньги за дополнительные маски и опции технологии» и начали один за одним ставить в производство специализированные техпроцессы. Дополнительные маски — дорого и сложно, а чип должен быть дешевым? И вот учебники по аналоговому дизайну уже переписываются с хороших и быстрых биполярных транзисторов на плохие и медленные полевые. Совсем никак не хватает скорости для СВЧ? Снова попробуем арсенид галлия? Нет, давайте растянем кристаллическую решетку кремния при помощи германия, чтобы локально повысить подвижность электронов. Звучит сложно? Зато это КМОП-совместимо! Дешевый микроконтроллер с flash-памятью и АЦП на одном кристалле звучит гораздо приятнее, чем то же самое на трех чипах, правда? Цифровая обработка данных и управление на том же кристалле, что и аналоговая часть системы, стали ключевым достижением, позволившим микроконтроллерам проникнуть всюду, от дальнего космоса до электрочайника.
Рисунок 10. Схематичный разрез BCD технологии
Мой любимый пример такого рода — BCD-технология. BCD — это Bipolar (для аналоговой части), CMOS (для цифровой), DMOS (высоковольтные ключи на том же кристалле, что и управляющая логика). Такие технологии умеют работать с напряжениями до 200 Вольт (а бывает и больше) и позволяют реализовать на одном чипе все, что нужно для управления электромоторами или DC/DC преобразованием.
Рисунок 11. Разрез SOI BCD с высокольтным LDMOS транзистором в изолированном кармане
Технология BCD SOI дополняет все вышеперечисленное полной диэлектрической изоляцией элементов, улучшающей стойкость к тиристорному эффекту, шумоизоляцию, повышающей рабочие напряжения, позволяющей без проблем разместить на кристалле high-side ключи или, например, работать с отрицательными напряжениями (нужными для мощных GaN ключей с порогом ниже нуля Вольт). На том же кристалле производители предлагают разместить энергонезависимую память, IGBT, диоды Зенера… список длинный, можно играть в буллшит-бинго на презентациях) Обратите внимание на глубину слоя кремния: в отличие от «обычных» КНИ технологий, где ее стараются минимизировать, чтобы избавиться от донной части стокового и истокового pn-переходов и увеличить скорость работы, в BCD слой кремния очень глубокий, что помогает обеспечить приемлемые стойкость к электростатическому разряду и тепловые характеристики. Транзисторы при этом ведут себя в точности как объемные, только с полноценной диэлектрической изоляцией. Этим, помимо целевой аудитории из производителей автоэлектроники еще пользуются для создания своих не высоковольтных, но радстойких КМОП-чипов, например «Миландр» или Atmel, получая главное преимущество КНИ без его обычных недостатков.
Будущее КМОП и альтернативы
Даже когда закон Мура начал ломаться из-за того, что уменьшение размеров кремниевых транзисторов подошло к физическим пределам, оказалось, что продолжать доводить до ума КМОП выгоднее, чем искать что-то принципиально новое. В исследования альтернатив и путей отхода, разумеется, вкладывали деньги, но основные усилия оказались брошены на то, чтобы улучшить кремниевый КМОП и обеспечить преемственность наработок. За открытие графена Новоселову и Гейму дали Нобелевскую премию уже почти десять лет назад; и где тот графен? Правильно, там же, где углеродные нанотрубки и все остальные материалы будущего, а на кремнии уже начато производство по процессу 5 нм, и все идет к тому, что 3 или даже 2 нм тоже будут. Разумеется, это не совсем настоящие нанометры (о чем я уже писал на Хабре вот здесь), но плотность упаковки продолжает расти; хоть и очень медленно, зато это все ещё кремниевый КМОП.
Рисунок 12. Gate All Around транзисторы Samsung для технологий 5 нм и ниже. Следующий шаг по сравнению с FinFET и ответ на вопрос «почему бы не упаковывать транзисторы в несколько слоев?» Все, остальные методы исчерпаны, теперь пришла очередь нескольких слоев. Поставим семь таких транзисторов вертикально, мы получим один нанометр вместо семи!
Жертвой прогресса в КМОП пал даже оксид кремния, ради которого изначально все и затевалось! Его заменили сложные многослойные структуры на основе оксида гафния. В канал стали добавлять германий для увеличения подвижности (уже апробированный в разработках для БиКМОП СВЧ); доходят даже до того, чтобы тестировать (пока только тестировать) в “кремниевых” транзисторах канал n-типа из материалов A3B5 (у которых высокая подвижность электронов), а p-типа — из германия (у которого высокая подивжность дырок). Про мелочи вроде изменения формы канала с плоской на объемную (FinFET) и маркетинговые уловки с цифрами проектных норм писать никакого объема не хватит.
Что ждет нас в будущем? С одной стороны, прогресс кремниевой технологии с внедрением EUV литографии и Gate All Around транзисторов уже точно себя исчерпал; отставание от планов ITRS двадцатилетней давности составляет уже около десяти лет, Intel давно забросил свой знаменитый “тик-так”, Globalfoundries и вовсе отказались опускаться ниже 14 нм. Стоимость одного транзистора на кристалле прошла минимум на нормах 28 нм и с тех пор начала расти. А самое главное — целевые рынки изменились. Много лет драйвером уменьшения проектных норм был рынок персональных компьютеров, потом персоналки сменились на мобильные телефоны (примерно в это время TSMC и Samsung догнали Intel). Но сейчас и на рынке мобильников спад и стагнация. Была кратковременная надежда на чипы для майнинга, но она, кажется, не оправдалась.
Новый фаворит производителей микросхем — интернет вещей. Действительно, рынок большой, быстрорастущий и с хорошими долгосрочными перспективами. А главное — для интернета вещей производительность и количество элементов на кристалле не являются критическими конкурентными преимуществами, зато малое энергопотребление и дешевизна — являются. Это значит, что основная причина уменьшать проектные нормы исчезла, зато появились резоны оптимизировать технологию под специфические задачи. Звучит интересно, не правда ли? Примерно как… пресс-релиз Globalfoundries о прекращении работ на 7 нм и концентрации на 14/12 и 28/22 нм FDSOI. Более того, удорожание новых технологий в сочетании с жесткой ценовой конкуренцией привело к тому, что производители микросхем не спешат переходить на новые проектные нормы просто потому, что могут, а остаются на старых так долго, как это разумно делать, а также объединяют в системе разнородные чипы — но теперь не на плате, а в внутри корпуса. «Систему на кристалле» сменила «система в корпусе» (об этом я тоже уже писал подробнее). Появление систем в корпусе и интернет вещей, помимо прочего, дают новый шанс сложным полупроводникам, ведь поместить арсенидгаллиевый чип в один корпус с кремниевым больше ничего не мешает, а необходимость радиотракта в системе для интернета вещей достаточно очевидна. То же касается разнообразных оптических приборов, МЭМС, сенсоров — и вообще всего, что существует в микроэлектронике помимо КМОП на кремнии
Так что моим прогнозом относительно дальнейшего развития КМОП кремниевой технологии и ее заменителей будет то, что мы увидим радикальное замедление прогресса, вплоть до полной остановки — просто за ненадобностью — и не увидим в ближайшем будущем в массовом производстве что-то принципиально новое (углеродные нанотрубки, графен, логика на мемристорах) — опять же за ненадобностью. Зато несомненно будет более широким использование уже имеющегося технологического багажа. Микроэлектроника продолжает проникновение во все сферы нашей жизни, количество доступных ниш огромно, новые рынки появляются, растут и будут продолжать расти. Ведущие мировые производители наращивают производство не только самых новых проектных норм, но и более старых тоже: TSMC впервые за 15 лет строит фабрику с пластинами 200 мм, Globalfoundries в прошлом году представили новый 180 нм BCD техпроцесс. Ведущие мировые производители с оптимизмом смотрят в новые ниши, которые при скромных сложениях сейчас обещают огромную выгоду в обозримом будущем. В общем, несмотря на отсутствие прогресса с нанометрами, скучно не будет.
mishast
Я уже лет 10, наверное, слышу про интернет вещей и как нас всех ждет бум.
Но не понимаю, почему. Хочу понять, но не получается.
Смартфоны нужны всем, и стоят они дорого.
А интернет вещей это что? Чайник который можно включить по интернету? И кому это реально нужно?
Я просто хочу понять, механизм, понять, почему этот рынок будет расти и будет большим, за счет чего?
amartology Автор
Интернет вещей — это не чайник с вайфаем, это в первую очередь промышленные решения, счётчики в ЖКХ, real-time телеметрия и много что ещё. Буквально на днях в Москве прошла большая конференция по IoT, возможно, вам будет интересно познакомиться с тем, чем живёт отрасль.
А смартфоны нужны всем, но рынок начал стагнировать уже некоторое время назад.
saag
Хозяин включает чайник через интернет, чайник обнаружив в себе недостаточно воды заказывает воду через интернет, доставка привозит воду, но дверь не получившая никаких распоряжений по допуску неавторизованных пользователей в квартиру не отпирает замок, чайник не дождавшись воды пишет хозяину о невозможности выполнении поставленной задачи, хозяин вспомнив про дверь едет домой и открывает дверь, заодно поставив чайник… новый чудный мир
Akon32
В большинстве случаев будет выполняться нормальный сценарий: хозяин включает чайник через интернет, чайник греет воду, присылает
smsуведомление о готовности, хозяин подходит и сразу наливает чай. И этот сценарий всё же несколько удобнее (1 поход к чайнику вместо 2х), чем руками чайник включать.martyncev
Для этого надо:
а) найти телефон
б) запустить приложение
в) убедится в наличии сети передачи данных
г) нажать кнопку
В обычной квартире — быстрей все же подойти и включить лично
Toxygen
Теоретически, можно будет просто сказать «Гугл/Сири/Алиса/Кортана, вскипяти-ка мне чаечку»
Akon32
Насколько я понимаю, это уже возможно.
tsg
Уже нет. Основная часть чайников убежала на BT. И либо к шлюзу не цепляется, либо сам шлюз убог. Такчта только из дому можно с чайником общаться. Более того, у той же Сяоми чайник скипятить невозможно, там тупо нет такой кнопки. Можно нагреть по расписанию. У Рэдмонта есть такая кнопка, но там и железо и софт еще тот мусор. Достаточно напомнить тот факт, что на младших моделях чайников батарейку для сохранения данных приходилось прикастрюливать самостоятельно. А то все настройки весело слетали, как только ты поднимал чайник с постамента. В общем чайная тема в IoT еще тот гемор.
Am0ralist
Akon32
Я слышал, к Алисе можно писать плагины. Написать плагин (если его ещё нет) для управления умной розеткой (выключателем), воткнуть в неё электрочайник с автоматическим отключением во взведённом состоянии, после использования пополнять уровень воды, отключать выключатель, взводить тумблер чайника. Колхозно, но "в теории" должно работать.
rivershkiper
хм… а просто на кухню пешком дойти не проще?
Toxygen
Кому как. Но IoT (при грамотной реализации) однозначно увеличит степени свободы в этом вопросе.
Akon32
Зато можно включить чайник, пока едете в лифте или подъезжаете к дому. Или в любое время из любого места удостовериться, что утюг выключен.
Лень же. Если и не всегда, но в каких-то случаях лень победит.
AllexIn
Случайно стал участником эксперимента по описываемой вами ситуации.
Делали ремонт в детской, и я не торопился проводить выключатели, в итоге в течении пары месяцев управление светом, ставнями и климатом было только через приложение в телефоне…
Предполагалось как временное решение… Однако и через 4 месяца после окончания ремонта выключатели в комнате не появились.
А потом было принято решение избавиться от всех выключателей в доме вообще.
Они просто не нужны. Мобильные телефоны настолько сейчас интегрированы в нашу жизнь, что управление с них перестало быть неудобной экзотикой.
ТАк что пол года назад я бы с вами согласился. А сейчас на собственном опыте убедился что это не так.
Am0ralist
И чтоб ночью сходить в туалет нужно обязательно с собой тащить смартфон?
AllexIn
Ночью работает дежурное красное освещение и датчики движения. Смартфон в туалете не нужен.
Мой ребенок лет до трех определенно не будет управлять светом в доме.
А потом думаю справится и с пультом.
Akon32
А сбои были?
Немного использую умные выключатели sonoff, они в заводском состоянии завязаны на интернет, но всё-таки имеют физическую кнопку вкл/выкл.
И я таки сделал физическое отключение "умного" выключателя и поставил обычный параллельно ему.
AllexIn
На данный момент у меня около полутора лет работает умный дом в режиме 24/7. Сбоев не было. Но решение полностью кастомное, от электронники до прошивки и софта.
olartamonov
Вот уже лет пять у меня всё освещение в доме на беспроводных выключателях, расположенных в удобных местах, и смартфонном приложении.
Практически никто и практически никогда не пользуется смартфоном.
Потому что, если ты плюхнулся на диван смотреть кино и тут заметил, что на кухне не выключили свет — протянуть руку и жамкнуть кнопку «выключить всю кухню и прихожую» требует сильно меньше усилий, чем встать, дойти до смартфона, разблокировать его, запустить приложение и жамкнуть кнопки в приложении.
AllexIn
Неожиданный вопрос: а почему управление домом в приложении, а не на экране блокировки?
Беспроводные выключатели самодельные или что-то из магазина?
olartamonov
А какая разница? Всё равно слишком много действий, включая поход через всю комнату за смартфоном.
Железо Ноолайт, но т.к. софт у них — это эталонное недоразумение, то дальше всё своё.
vaslobas
Не проще купить сразу не чайник, а термопот?
VT100
Гринпис протестуэ!
Lamaster
Это уже было
в Симпосанахна баше bash.im/quote/436725xxx: У нас тут YYY (билд инженера) сманили. Чел принципиально жил только в консоли и vim, диаграммы рисовал скриптами в dot, доки писал в wiki маркдауном, если что-либо требовало больше чем 1.5 минуты писал скрипт. Сидим разбираем его наследие.
xxx: Из прекрасного
xxx: smack-my-bitch-up.sh — шлет видимо его жене «Задержался на работе» и генерит отмазки из списка. Поставлено в cron, стреляет после 9 вечера если на рабочей станции висят интерактивные сессии по ssh с его логином.
xxx: kumar-mudak.sh — сканит почту, ищет письма от Кумара (заграничный ДБА с говорящей фамилией) с ключевыми словами (sorry, help и т.д.) откатывает упомянутую базу стейджинга на последний бэкап и отписывается типа не вопрос будь аккуратнее в следующий раз. Зело заколебал его Кумар вестимо.
xxx: badun.sh — поставлен на cron на определенные даты, шлет письма «плохо себя чувствую, поработаю из дома» опять же если к 8-45 утра не обнаружилось интерактивных сессий на рабочей станции.
xxx: И наконец первый приз: coffe-blyat.sh — ждет 17 сек (!!!) логинится по ssh в кофе-машину (епрст, мы и понятия не имели что она в сетке да и еще что на ней sshd поднят) и засылает туда какую-то абракадабру. Экспериментальным путем выяснили что ЭТО запускает процесс варения half-caf chai latte среднего размера, которое начинает выливаться в чашку как раз к тому моменту когда неспеша идущий человек добирается от его офиса до автомата.
burzooom
ага, а потом оказывается, что Кумар писал про постоянные загадочные откаты базы с потерей последних данных, в довесок к имеющимся проблемам
Am0ralist
думаю эти письма содержали ключевые слова «какого фига?»
knstqq
можно сначала глазами прочитать письмо, а потом уже запустить скрипт.
batja84
Если воды в чайнике нет или недостаточно, то идти два раза всё равно придётся.
Dorogonov_DA
Я лучше придумал — единый кухонный «напитковый» комбайн, постоянно подключенный к водопроводу. Закладываешь в него набор картриджей с концентратами ли заварками, а на выходе по желанию получаешь любой допустимый жидкий продукт, от различных чаёв и кофе до соков и куриного бульона.
saag
За отдельную плату поставляется картридж, позволяющий производить спиртные напитки от «Вдова Клико» до «самогон вульгарис»
Dorogonov_DA
tsg
Компания Сяоми уже подала на вас в суд о патентному праву, бгг.
Andrey_Dolg
ИМХО. Интернет вещей это мечты фантастов об автоматизации всего быта человечества, и не только быта. И эти фантазии довольно быстро превращаются в реальность. А рынок будет расти за счет других рынков которые о начнет откусывать. =)
Akon32
По моему опыту использования "умных" вещей, они не нужны ровно до тех пор, пока не попробуешь их использовать. Совершенно незначительная и необязательная автоматизация — а удобно.
Электроприборы сейчас дешевеют, и в домах их появляется настолько много, что становится сложно ими всеми управлять. (вы же не включаете вручную компрессоры холодильника, кондиционера? вот и чайник можно не включать и не выключать, ну или хоть включать не вставая с места) В то же время всякие "умные" штуки стали просты в реализации и недороги, а человеческая лень поощряет автоматизацию всего и вся.
joda4you
Хочу поделиться мнением ))) Я как то писал статью про интернет вещей (IoT). Если вкратце то выходит что интернет вещей относится к концепции краевых вычислений — EDGE Computing. Это когда к примеру устройство должно управляться в реальном режиме времени, а обучение и аналитику выполняет «облачный» ЦОД. Также, зачастую задержка каналов связи не подходит для работы в real time, поэтому львиную долю данных обрабатывают и управленческие решения принимают на месте (на краю) а — «Знания» (обработанные данные) отправляют в «облако» где и происходит аналитика. Яркий пример — беспилотные авто, где вычислительные работы ведутся на месте, «опыт» — пересылают в «облако». В свою очередь в «облаке» машины проезжают миллионы километров и свой опыт отсылают в бортовой комп авто. Обмен опытом реальным и виртуальным!
black_semargl
А дальше такой робот принесёт кофе в постель.
Но для этого он должен «знать» сколько в чайнике воды и какой она температуры.
tsg
Сколько в чайнике воды и есть ли она там вообще на данный момент не знает ни один чайник. Почему — загадка.
Materializator
А учитывая стоимость 24-разрядного (детализация до 1 грамма в диапазоне до 4 тонн) модуля АЦП в 80 рублей в наличии в Зеленограде — вообще непонятно, почему никто не озадачился.
saege5b
Если заглянуть в потроха большинства чайников, то больший вопрос — почему нет ба-ба-дума?
Все в накипи, окисленно, оплавленно, болтается, контакт через раз и куда — не понятно.
amartology Автор
Потому что 80 рублей — это очень-очень много для себестоимости чайника с продажной ценой в две-три тысячи рублей. Более интересен вопрос, почему не ставят чуть более сложные микроконтроллеры с хорошим АЦП. Но на самом деле я думаю, что все упирается в стоимость собственно сенсора веса.
olartamonov
Да, там тензодатчик и его крепление стоят сильно больше, чем китайский недоацп типа HX711 (у которого, разумеется, эффективной разрядности не 24 бита, а 19-20, но этого хватает).
dragonnur
Моя думать, что 8 бит для распознания массы воды в чайнике более, чем достаточно, если чайник на джва литра («медианная» страница по первой же ссылке в гугле — в ДНСовской торговле это около 2 круб и 1.7 л) — так ли важна точность в 8 граммов?
olartamonov
Ещё раз: вопрос не в АЦП, а в тензодатчике и его подвесе, под который придётся всю подставку заново перепроектировать, для начала.
dragonnur
Внесение механических изменений в таком случае необходимо. Правда, там уже предложили другие варианты
ЗЫ. КМК можно и УЗ «микро-локатор» в крышку, как бы не дешевле выйдет
olartamonov
Вот и представьте себе объём этих механических изменений — в которых у вас в конструкции появляется целая подвесная платформа, транслирующая вес чайника на тензодатчик.
В кухонных весах, например, красивую круглую подставку на одной ножке часто делают не из эстетических соображений, а потому, что такая конструкция позволяет обойтись одним тензодатчиком. А там, где такой подставки нет — их четыре, по штуке на каждую опору, которой эти весы стоят на столе.
P.S. УЗ дешевле не выйдет, выйдет ещё дороже и сложнее.
dragonnur
Почему? По воздуху два пьеза (приём-передача, чтоб уменьшить взаимные помехи, с ЛЧМ) и простейший таймер, раз в минуту просыпающиеся
olartamonov
Два излучателя с рейтингом защиты не менее IP68, диаметром примерно по сантиметру каждый и толщиной столько же, с демпфированием для уменьшения добротности, плюс электроника (усилитель, детектор пиков, точный таймер), плюс потенциальные проблемы с отражением сигнала в замкнутом пространстве, когда эхо от стенки в пустом чайнике вы получаете раньше, чем эхо от дна…
fotofan
Потому это не нужно. Был бы спрос, ставили. В любом чайнике есть простейший термопредохранитель. По сути, он и определяет наличие вода в варианте есть-нет. Чайников с электроникой сейчас полно. Ставят АЦП и контроллеры. Осталось допилить ПО и по скорости нагрева можно определять количество воды, не до грамма но на сколько чашек хватит, точно
amartology Автор
Вы говорите не о той задаче. Надо определить количество воды до начала нагрева, а не во время.
Materializator
С хорошей точностью можно определить наличие за секунду нагрева.
amartology Автор
А количество с точностью грамм в десять?
MEG123
Да как раз такую точность и получим включая чайник на пару секунд и обрабатывая данные с датчика температуры. А если датчика на разной высоте от дна будет два и поточнее чем грошовые 18b20, можно будет отличную точность получить имея достаточно мощный проц для обработки модели. Вопрос только кому это нужно и сколько будет стоить.
amartology Автор
Если у вас есть датчики на разной высоте от дна, то количество воды в чайнике можно и без нагрева померить)
MEG123
Сделать штырьковый датчик со дна мм на 5-10 не стоит почти ничего.
Никому пока не нужно.
olartamonov
Это всё здорово, но в контексте того, что такая штука не будет показывать, сколько воды в чайнике есть сейчас, а будет требовать сначала попробовать его включить и подождать пару-тройку десятков секунд — нужно оно будет никому.
MEG123
Да расширьте рамки своих представлений о чайнике ))
Никто ничего "требовать" не будет.
Она будет его включать сама на пяток секунд и по нарастанию показаний с датчиков довольно неплохо определять объем воды. Включать его будет после каждой постановки на базу, т.е. знать объем будет примерно всегда.
Всех расходов пара датчиков плюс простейший контроллер с обвязкой и wifi
olartamonov
Я даже не буду рассказывать вам про то, что прикрутить скотчем к чайнику ардуину и пару термопар — это совсем не то, что в серийном производстве перепроектировать выпускаемое сотнями тысяч штук изделие.
Я просто замечу, что ваш алгоритм тупо не будет работать, ибо чаще всего чайник снимают с подставки, когда в нём температура воды — 100 °С, и ставят обратно меньше чем через минуту.
MEG123
"Я даже не буду рассказывать вам про то, что прикрутить скотчем к чайнику ардуину и пару термопар — это совсем не то, что в серийном производстве перепроектировать выпускаемое сотнями тысяч штук изделие"
А вы не мне, вы себе это расскажите. То что вы в каждом топике не можете отпустить ардуину и все поминаете ее, похоже на стокгольмский синдром и детскую травму, уж извините.
Ну и я думаю бессмысленно объяснять что проверка воды может иметь ограничения по температуре, никто не заставляет кипятить при 100 градусах на датчике, никто не опаздывает. Да и датчик лишь один из некоторых вариантов, там хоть терморезист полоской во всю высоту сосуда по стенке сделай и по таблице изменения сопротивления от времени и мощности определяй плюс минус количество воды.
Но конечно, святую борьбу с ардуиной обсуждать легче и интересней.
olartamonov
Вы сейчас мне хотите рассказать, как вы в инструкции к чайнику напишете полстраницы примечаний в стиле «приложение на смартфоне не будет отображать уровень воды, если вы поставили чайник на поставку раньше, чем вода в нём успела остыть»?
Я прямо предвижу радость пользователей и процент возвратов этих чайников в магазин.
Опять же, жажду увидеть процесс нанесения терморезиста и его встраивание в техпроцессы фабрики, делающей колбы для чайников.
MEG123
не нужно выдумывать удобные сентенции и героически их разоблачать, предположите что собеседник не дурнее вас и возможно диалог станет общеполезным.
когда нет возможности измерить установленными датчиками объём воды можно именно такую информацию и отдавать спрашивающим: «недостаточно данных» или «невозможно измерить» или «ожидаю измерений».
Основной кейс то такой что вдруг вспомнили о чайнике (как водится в 500-метровом доме где лень бежать в соседнее крыло на кухню) и надо бы знать есть там вода и сможет ли мегамозг дома сам его скипятить. Это 90% случаев когда нужен датчик наличия и количества воды. Никто не помрёт если сразу после закипания и наливания чайник минут 5 не сможет просчитать объём остатка воды, оно сейчас и мало кому интересно, все и так пьют чай.
При этом такой хоть и неспешный и не точный учёт воды покроет 90% потребностей и стоить будет сколько там? два три доллара в серии? и это реально продать в отличии от сложных подвесов и тензодатчиков которые будут умирать от швыряемых на них с разбегу 2 кг полных чайников.
не нужно выдавать желаемое за действительное. вы в рознице работали?
возврат таких чайников от того что они иногда по пять минут думают прежде чем воду посчитать будет примерно ноль. На фоне «цвет не понравился», «шумит», «кот боится», «я туда налил скипидару а он сломался, верните деньги» и прочего.
какие «фабрики, делающей колбы»? не нужно подгонять окружающую действительность под удобные себе аргументы. Чайники раз в несколько лет полностью менятся в ассортименте производителей. Без особых причин. Просто обновление ассортимента плановое. И с нанесённым он там терморезистом (а я не говорил что его надо «наносить», он вообще не должен бы воды питьевой касаться) или с датчиками веса или с датчиками температуры, с экраном или вайфаем, со стеклянной колбой или цельноштампованый из нержавейки, собираемый ли китайцами вруучную вообще никак не зависит от того что и кто думает про правильность или неправильность концепции. Зависит от того покупают или нет. Если не покупают его через полгода снимут с ассортимента и заменят на любой другой, который покупают.
Ещё раз — будет спрос, могут хоть кисточкой фоторезист на внешней стороне квадратного стеклянного чайника рисовать.
А вот будет ли спрос — завист и от того какие функции за какие деньги в нём есть. Если он за те-же 3-4 тысячи рублей будет мерить воду хоть и не всегда — будут брать, особенно если экосистема вокруг сложится (типа как вокруг ширпотреба xiaomi). А если он будет стоить 10тр на капризных тензодатчиках и с корявыми-глючными приложухами то и брать его не будут будь он хоть AEG/Miele по паспорту.
olartamonov
Вы себе даже не представляете, как будут счастливы пользователи такому сообщению.
Ведь это именно то, что они ждут от бытового электрочайника за три тысячи рублей — что работать он будет через раз.
amartology Автор
Задача реального пользователя такая: вот я налил воды в чайник прямо перед тем, как его включать, и хочу знать, сколько чашек чая получится. Прямо сейчас хочу знать, за пять секунд я и без вас успею сходить до крана и долить воды, если не уверен. А ещё, если не хватило, я буду наливать новую порцию холодной воды в ещё не остывший от предыдущей порции пустой чайник.
MEG123
Когда ты только налил воды ты и так знаешь сколько в чайнике воды.
Задача реального пользователя другая, вот я вспомнил про чайник, заказал у умного дома согреть и не должен ходить на кухню чтоб проверить есть ли вода. Если я рядом с чайником стою, мне помощь в обнаружении воды в нем не нужна и вам думаю тоже
amartology Автор
Когда я вспомнил о стоящем на кухне чайника, я тоже не хочу ждать пять секунд до получения ответа на вопрос, сколько в нем воды. Терморезист — отличная идея, только ещё более дорогая, чем тензодатчик.
Gryphon88
может, тогда вообще поплавковый датчик? Сурово — механический, чуть точнее — герконовый. Если нужно точно, то оптический датчик уровня
olartamonov
Ну а положение поплавка чем измерять?..
Вообще, в дискуссиях про «поумнение» базовой бытовой техники надо понимать, что у производителя есть всего два пути, по которым он может пойти, чтобы успешно продавать технику:
1) дешёво и удобно (в чайниках пример этого — модели с регулировкой температуры; обычной, кнопками, без всяких смартфонов)
2) премиально и круто (Bork, KitchenAid). Как ни странно, никаких особых технических изысков во второй категории нет.
Так вот, вся эта хрень с блютусом не попадает ни туда, ни сюда. Она не дешёвая и не удобная. Что с поплавком, что без (с поплавком — даже хуже: стоить будет дороже, а работать всё так же через раз).
По сути, внедрение «управления со смартфона» сейчас идёт по двум направлениям, которые с направлениями продаж не пересекаются вообще:
1) один китайский производитель пытается чем-то выделиться на фоне других таких же китайских производителей (Redmond / Ready4Sky). На продажи влияет слабо, потому что в силу принципа «тут работаю, тут не работаю, а тут сам иди на кухню воду наливать» это какая-то странная хрень для гиков и на поиграться на три раза — а посредственный чайник остаётся с тобой на три года, пока у него колба не потечёт.
2) в дорогую технику крупного бренда ставят прикольную фишку «на сдачу» (Samsung, LG, Miele). На продажи влияет слабо, потому что гики, у которых есть денег на Miele, давным-давно во всё уже наигрались, но такой бесплатный бонус, примерно на одном уровне с красивым дизайном и бесплатным подключением с выездом мастера на дом.
MEG123
Не, ну чего вы так прямолинейны то? Оно разово меряет и потом эту инфу и демонстрирует всем желающим. Как изменится уровень если чайник никто не снимал и не кипятил, испарится? Уточняй раз в час на всякий случай да и всё.
Остывать с сотни оно кстати тоже будет по разному от наполнения, можно и это тоже обсчитывать.
Ещё раз, нет проблемы определять за гроши количество воды тем или иным способом, я их прямо сейчас пяток придумаю разной степени реализуемости. Есть проблема с применением. Никому пока не нужно, даже забесплатно.
olartamonov
Вы бы знали, сколько таких кулибиных еженедельно несёт свои изобретения производителям. Особенно настырные даже сначала патент получают, а потом сетуют, что почему-то он никому не нужен.
Akon32
Напряжение в электросетях вполне может плавать +-10% от номинала (это в недавно проложенных!), мощность нагревателя будет меняться в ~полтора раза.
Нужен ещё и мощный стабилизатор, либо измеритель напряжения и тока, чтобы интегрировать мощность.
Ещё надо учесть неравномерный нагрев воды...
olartamonov
Если гальваническая развязка и точность выше 1 % не нужны, мощность измерять можно на шунтах, делителях и встроенном АЦП микроконтроллера, т.е. более-менее недорого.
Но работать это всё равно будет паршиво, а в случае с нагретым до 100 °С чайником — вообще не будет.
MEG123
я там выше сразу написал что мощность придётся учитывать. Если внутрь вкрячили микроконтроллер то померить заодно мгновенную мощность уже проблем и денег особых не потребует.
yokotoka
Интернет вещей — это когда устройство внутри вас, снимающее параметры жизнедеятельности обнаруживает что вы близки к обезвоживанию и дает команду чайнику сработать, зная что через 10 минут вы будете дома и вовремя предложит выпить чайку, а вы такой «да, точно, чет пить хочется!». А если обнаруживает снижение дофамина, но ваше рабочее место сообщает, что вы хорошо потрудились на этой неделе (по показателям KPI) — заказывает билеты на хороший фильм и подгоняет к дому беспилотное такси, озвучивая вам что «для вас есть сюрприз». А ваш умный дом после месяца вашего в нем проживания сам начинает понимать, в какие моменты какие плейлисты включать, какую температуру сделать и кого пригласить на вечеринку, а когда нужно дать посидеть в тишине. Опять же, все на основе разнородных данных от разных датчиков.
Интернет вещей — это штука, которая не просто тупой пульт дистанционного управления, как сейчас, а система, которой можно ДЕЛЕГИРОВАТЬ многое из того, чем сейчас приходится забивать голову и получить больше. Ассистент, дворецкий, секретарь, вот это все. Джарвис для Железного Человека.
Но туда еще очень далеко… И в каких-то случаях получится черное зеркало и киберпанковская антиутопия, а не вот этот коммунизм про творчество и наслаждение жизнью для людей за счет труда роботов. :)
amartology Автор
На самом деле интернет вещей — это когда фура с зерном едет по дороге, а в офисе транспортной компании real-time данные о влажности и температуре в кузове, координатах грузовика, уровне топлива, давлении в шинах и самочувствии водителя.
skyeff
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%8F
Ах да, я же забыл, такое «старье» в очередной раз не продашь. Надо срочно придумывать новый термин!
yokotoka
Это обычная телеметрия, как skyeff подметил. Интернет вещей больше в сторону того, что устройства будут общаться друг с другом и сами коллективно принимать решения по ситуации, а не просто снимать показания и куда-то их передавать.
Типа приносишь новое устройство домой, а оно само уже знает что, как и когда ему делать, какие у тебя привычки, потому что дом с ему все про тебя рассказал и продолжает рассказывать.
Беспилотники сами на перекрестке договариваются, как им оптимально разъехаться.
Роботы-грузчики на складе amazon сами между собой договариваются как не столкнуться во время поездки за товаром, который им заказал доставить склад.
Полки магазинов сами знают, какие товары в каком количестве куда нужно поставить и рассказывают об этом роботам-мерчендайзерам.
Рекламный щит знает, в какой момент ты на него смотришь и показывает таргетированную рекламу, потому что твой телефон рассказал ему, что ты сейчас находишься рядом.
Можно придумать кучу ситуаций разной степени упоротости и вероятности, но неизменно в них одно — устройства сами общаются между собой и принимают решения (локально или за счет центрального узла — не суть, тут скорее будет гибридный вариант по типу меш-сети, если недоступен центральный узел — действуем по ситуации), а не просто подключены к интернету. «Интернет вещей», а не «интернет-доступ для вещей». То есть среда в которой все вещи соединены в единую сеть и действуют координированно.
andrey_gavrilov
— А, Интернет! — т.е. публикуют свои селфи, репостят котиков, залипают в чатиках etc.
Akon32
Что реализовано, то реализовано)
amartology Автор
Окей, модифицируем наш кейс так: телеметрические датчики сами записывают машину на ТО по пробегу, предоставляют аналитику по качеству топлива на заправках разных компаний и отправляют в отдел кадров предписание послать водителя Петрова на медосмотр, потому что у него повысилась утомляемость.
Интернет вещей — это не синоним телеметрии, это просто удобный термин (и да, хайповый тоже, но что поделаешь, если оно так действительно лучше продается), объединяющий спосьо доставки телеметрии, ее автоматическую обработку и ещё много разных мелочей, складывающихся в «среду» сбора и обработки информации.
ainu
Реквестирую статью про интернет вещей (тоже на полчаса). У Вас отлично получается рассказать.
amartology Автор
Опасаюсь, что тема «Что же такое интернет вещей?» слишком слабо пересекается с моими профессиональными знаниями, чтобы я мог достаточно хорошо ее раскрыть. Возможно, такую просьбу стоит переадресовать olartamonov, он признанный специалист в этой тематике и отличный рассказчик. Возможно, он уже даже пишет что-то подобное по итогам только что прошедшей конференции InoThings.
olartamonov
У вас правильное понимание, IoT — это совокупность технологий, которые позволяют организовать передачу данных там, где это ранее было технически невозможно или экономически невыгодно, плюс системы верхнего уровня (аналитика, визуализация и т.п.), которые позволяют эту информацию обработать — с целью чего угодно, от прямого межмашинного взаимодействия до просто отображения оператору системы в удобном для него виде.
Но т.к. верхнеуровневые системы существовали задолго до IoT и применяться могут без связи с ними (старая добрая проводная АСУТП — тоже межмашинное взаимодействие плюс визуализация для оператора), то в первую очередь это технологии связи и дешёвые оконечные устройства.
Gryphon88
А чем это отличается от SCADA + новые технологии связи?
olartamonov
Ничем. IoT — это SCADA + новые технологии связи.
dragonnur
Краулер бигдаты через полтора часа по колебаниям кабины обнаружил, что не медосмотр нужен водителю Петрову, а полноценный доктор-венеролог, когда грузовик на три секунды притормозил на выезде с автозаправки и водятл подцепил раннесовершеннолетнего (с) шлюху-сифилитика «Сидорова, притворяющегося монашкой» (с) старый анекдот.
HiMem-74
Интернет вещей — это когда фура с зерном едет по дороге, а полосатая палка у гаишника начинает вибрировать в руке с амплитудой в зависимости от перегрузки груза и количества промилле у водителя.
olartamonov
*добавил идею в презентацию компании*
Am0ralist
Уже… Яндекс уже выписывает штрафы за нарушения скорости по его мнению, если вы ехали на арендованной у него машине. А то, что официальные знаки так-то в том месте другие…
И да, о том, что в некоторых такси за таксериками следить начали удаленно и штрафовать — я еще когда 4 назад слышал от водителя, когда он меня ночью вез по пустой дороге и не гнал как бешеный, что для моего родного полумиллионика — было удивительно)
Akon32
Ваше понимание интернета вещей несколько утопично. Оно, скорее всего, базируется на экстраполяции технического прогресса в каком-то периоде, когда футурист что-то предсказывал, но понятия не имел, как это реализовать. В результате реальность сильно отличается. Это примерно как получить подводные лодки вместо машин времени, или айфоны вместо яблоневых садов на марсе.
На практике "интернет вещей" может действительно свернуть не туда — в сторону "ручного" дистанционного управления тысячей устройств разной степени ненужности. Даже от "тупого" дистанционного управления и мониторинга есть польза. Но всё-таки будет лучше, если эта электроника будет больше экономить время человека, а не тратить.
olartamonov
Триждый выиграл в булшит-бинго на одном абзаце текста.
Такие системы не работают, за исключением случая, когда их себе прикручивает какой-то энтузиаст, готовый пойти по пути собак Павлова — начинать хотеть есть, когда загорается лампочка, потому что «умный дом» решил, что сейчас подопытный должен хотеть есть (очень показательны статьи на этом же Хабре, как люди сначала себе всё автоматизировали, а потом приучались вставать строго по будильнику, потому что через десять минут будет кофе, а также в сортире не забывать рукой махать каждые три минуты, чтобы датчик движения свет не выключил).
Интернет вещей вообще ни разу не про это.
devil_oper
В Нью-Йорке супружеская пара обнаружила в почтовом ящике два билета на театральный спектакль, на который было трудно попасть. К билетам была приложена записка: «Угадайте, от кого». Супруги пошли в театр и с удовольствием посмотрели новую пьесу. А когда вернулись домой, увидели, что их квартира ограблена, а к двери приколота вторая записка: «Теперь вы знаете, от кого».
zhurnalko.net/=travel/vokrug-sveta/1967-04--num77
mishast
И еще вопрос. А всяких технологии типа MRAM и прочие технологии энергонезависимой памяти, не ждет ли нас тут бум?
А как насчет GPU, ведь нейросети все активнее используются? Будет ли тут бум? И как это повлияет на то, какие технологии будут развивать?
amartology Автор
MRAM как раз разработчики интернета вещей очень ждут, она позволит им экономит ещё больше мощности, бесплатно сохраняя контекст в режимах глубокого сна. Но при этом MRAM сейчас подцепляют к нормам 20-28 нм, потому что они IoT лучше подходят, в вовсе не к 7-5 нм.
Что касается нейросетей, то там не GPU будут развиваться в сторону прорыва, а реализация нейронов в железе. Таких разработок уже много, вопрос в том, когда они попадут в серию. Но и там, кстати, минимальные проектные нормы тоже не критичны.
olartamonov
Нет, не ждут.
Сохранение обычной RAM в современном микроконтроллере во сне «стоит» не больше 0,5 мкА, на фоне расходов на опрос датчиков и сеансы связи это практически ничто.
amartology Автор
Тогда я, кстати, не знаю, зачем именно нужен MRAM в гражданских применениях. В SSD, когда (если) сильно подешевеет? А то фаундри продают ее как раз как embedded опцию, которая во-первых, лучше и компактнее флэша, а во-вторых, скоро сможет заменить собой SRAM в кэшах. Или это не про IoT, а про хранение высовых коэффифиентов в нейросетях?
Выходит, что фаундри думают, что IoT ждет MRAM, а он на самом деле не ждет)
olartamonov
А он там нужен?
Ну, то есть, nice to have, если мне контроллер с теми же 64 КБ ОЗУ за те же 3 бакса продадут, но если нет — то и не сильно надо.
torgeek
А экономия на операциях начальная загрузка — запуск — сохранение состояния разве не получается? То есть можно не в сон, а вообще питание контроллеру отрубать.
amartology Автор
При отключении питания все ещё надо, например, выставить I/O рады в нужные состояния. А при его подаче — зарядить от нуля конденсатор на линии питания.
olartamonov
При его подаче надо раскрутить мегагерцовый резонатор (200-400 мкс), потом от него запитать PLL и дождаться его стабилизации (50-200 мкс), потом раскрутить часовой резонатор (200-400 мс)…
olartamonov
Во-первых, режим останова в микроконтроллерах — это и есть отключение питания для всего, кроме GPIO, подсистемы прерываний, часов и памяти (и то это настраивается).
Соответственно, сэкономим мы доли микроампера.
Во-вторых, при выходе что из останова, что из выключения большую часть времени занимает раскочегаривание кварцевого резонатора — до 500 мкс (а если мы ещё и RTC остановили, то там вообще сотни миллисекунд на запуск надо), а потом ещё настройка всей периферии, которая из этого сна вернулась в reset state. Например, на тех же STM32 при очень коротких просыпаниях имеет смысл просто оставлять процессор на дефолтных нескольких мегагерцах встроенного RC-генератора, потому что раскочегаривание кварца и PLL для выхода на полную частоту займёт больше времени, чем выполнение задачи.
torgeek
Понятно. Смотрю японцы экспериментируют с подходом на основе персистентной памяти в микроконтроллерах – 50 мкВт и 200 МГц.
Тогда возникает вопрос, почему не избавиться от генератора?
Почему самосинхронная схемотехника не идёт в кристалл?
amartology Автор
При разработке даже простой самосинхронной схемы больше сил уходит на доказательство того, что получившаяся схема оказалась самосинхронной, чем собственно на разработку. И чем сложнее схема — тем сложнее доказать. И это не говоря о том, что САПР для доказательства придется, скорее всего, писать самостоятельно. И о том, что IP-блоков у вас не будет, все самим надо делать, начиная с библиотеки логических вентилей. Все это делает процесс разработки намного сложнее и дороже. Видимо получается, что выгода того не стоит, раз тем фактически заброшена массовой промышленностью ещё лет тридцать назад — ровно как с КМОП и ЭСЛ)
Но в рамках исследовательских лабораторий что-то продолжает делаться, в том числе в России.
olartamonov
Вам надо в каком-нибудь радио светить на частоте 868 МГц, попадая в неё с точностью не хуже 0,005% в полном диапазоне температур и напряжений питания.
Без хорошего кварцевого резонатора это не получится примерно никогда.
mux4in1
Говорите ли Вы о напряженном/расслабленном кремнии или о твердом растворе SiGe? Я могу ошибаться, но содержание германия наоборот снижает подвижность электронов.
amartology Автор
Я говорю о напряженном кремнии. В приведенной цитате вроде бы достаточно ясно сказано про растяжение решетки. Кроме этого, сейчас довольно активно исследуются разнообразные гетероструктуры, в которых канал целиком делается не из кремния, а из материалов с высокой подвижностью.
mux4in1
Говоря о приведенной Вами картинке: не приведет ли такой расклад к необходимости делать р-канальный транзистор в 20 раз шире n-канального? Или это легко скомпенсировать количеством fin'ов?
amartology Автор
Приведет, разумеется. Но разве это проблема? Сейчас делают в 3-4 раза больше, и все нормально у всех. Или делать больше fin-ов (что принципиально то же самое). Или можно делать не в 20 раз больше, чтобы разница в емкостях была не такая огромная, но иметь в виду, что порог переключения вентилей будет не на половине питания.
qbertych
Не совсем понятно про напряженный кремний. Это на подложку напыляется германий, а на нем уже растится напряженный кремний, или тут что-то более хитрое?
a5b
Да, похоже что напрягают при помощи SiGe (например Si 0.75 Ge 0.25 и тп). Но видимо кремний для канала не напыляют.
en.wikipedia.org/wiki/Strained_silicon "This can be accomplished by putting the layer of silicon over a substrate of silicon germanium (SiGe)."
www.electronics.etfbl.net/journal/Vol18No2/xPaper_01.pdf (Strained Silicon Layer in CMOS Technology — 10.7251/ELS1418063P — 2014) "The lattice constant of the SiGe composition, and hence the strained silicon, is approximately a linear function of the germanium content"
web.stanford.edu/class/ee311/NOTES/Strained%20Silicon%20Technology.pdf
www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/Silicon%20takes%20strain.pdf 2005
В истории интела Strained Si показан для 90 нм, до ALD (high K) — faculty.uml.edu/juan_pablo_trelles/Publications/documents/Trelles_ALD_for_Semiconductor_Manufacturing_WSU.pdf#page=9
Intel про 45нм — до 30% германия добавляется только в сток и исток citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.217.5067&rep=rep1&type=pdf "embedded SiGe S/D strain layer… The strained silicon techniques that Intel first introduced at the 90nm and 65nm nodes were further enhanced in this generation. The Ge concentration of the embedded SiGe S/D was increased to 30% from the previous generations of 23% in Intel’s 65nm technology [6] and 17% in the 90nm technology [7]. "
qbertych
30% впечатляют — у кремния и германия сильно разные постоянные решеток (4% вроде), поэтому в SiGe вроде бы все плохо с дефектами. Плюс напряженного кремния на нем можно вырастить разве что пару нанометров.
VT100
FTGJ — это не в транзисторе переходы Шоттки, а в дополнительном диоде «база-коллектор» (анодом к базе и катодом к коллектору n-p-n транзистора). Это диод предотвращает глубокое насыщение транзистора.
А про стоковую нагрузку для nMOS в виде генератора тока на транзисторе с обеднённым каналом (nMOS/nJFET) — чуть-ли не Хоровица с Хиллом было?
Materializator
В этой статье получил больше знаний, чем за год обучения в МИЭТ.
Andrey_Dolg
Если начнете активно работать с людьми из своей сферы, то ещё больше узнаете. =)
Materializator
Только пошёл в курилку старого A, как всех отправили в отпуск.
amartology Автор
Не стоит приуменьшать значение ВУЗа. У обзорных статей всегда есть преимущество в изложении, но для того, чтобы мочь написать эту статью, мне потребовалось около пятнадцати лет в ВУЗе и в отрасли — и все равно мои знания по половине описанного весьма поверхностные. Главное — задавайте побольше вопросов преподавателям)
torgeek
Кто ж в студенчестве знает какие вопросы надо задавать?) Вот когда практики нахлебаешся, тогда голова одними вопросами забита и можно браться за учёбу.
mishast
Вот, кстати, да.
Я тоже это замечал. И тем страннее мне казалось то, как устроено образование.
Gryphon88
Вот тут помогают беседы в курилках и объяснение детям и младшекурсникам, пробелы в знаниях очень чётко обрисовываются.
015z
С нами как-то в процессе изложения материала о технологиях преподаватель поделился такой ссылкой: perst.issp.ras.ru/Control/Inform/perst.htm
Приятно, что издание до сих пор поддерживается.
bubukerrr
Спасибо начал понимать как у микроконтроллеров получается на одном кристалле совмещать аналоговую и цифровую часть.
Например у некоторых Stm32 есть операционный усилитель на чипе.
Думаете процесс совмещения аналоговых и цифровых компонентов на одном кристалле микроконтроллера продолжится или нет? т.е. стоит ждать больше аналоговых компонентов в микрокотроллерах?
amartology Автор
Технологически сейчас ничего не мешает объединять любые типы аналоговых, цифровых и силовых компонентов на одном кристалле — смотрите рисунок про BCD. Вопрос исключительно в том, насколько это коммерчески выгодно, то есть в популярные микроконтроллеры могут попасть только очень востребованные компоненты, точнее — почти всегда проще сделать на чипе цифровое ядро, ЦАП и АЦП для общения с аналоговым внешним миром, а все остальное отдать на откуп внешним чипам, специфическим для задачи заказчика.
Узкие решения, от которых требуются выдающиеся функциональные параметры, делаются в заказных ASIC, но это несколько дороже из-за малой серийности.
torgeek
Вот смотрю, что на рынке изобилие гибридов из АРМ-ядер и связной части под блютус/вайфай/лора. Да ещё и дают вычислительное ядро под свои задачи программировать.
Это они из класса BCD?
amartology Автор
Скорее не BCD, а БиКМОП (без D) или в корпусе GaAs радио и кремниевое ядро. Но в первом случае оно может быть физически на BCD сделано. Полноценное использование всех частей BCD — это когда на чипе есть высоковольтная часть (обычно драйвер мощного транзистора), или DC/DC преобразователь.
torgeek
Понятно.
А вот эти «чудовищно дорогие» чипы как-то можете охарактерозовать – AD9361 и K5200MH014?
amartology Автор
А что там характеризовать? SiGe BiCMOS как он есть. Про «чудовищно дорогие» каждый раз читаю и плачу — классно считать чужие деньги и не учитывать при этом зарплаты, RnD и САПР)
torgeek
А это с одной стороны профессиональный, с другой – любительский шовинизм во всей красе)) Понятно, что конмания взяла на себя риск и дорого вложилась в чипы, которое могут и не оправдаться в прибыли.
С другой стороны, тот же Интел берёт с ранних покупателей по 3000$ за процессор, который потом оказывается, что стоит всего 50$ — форменное безобразие и обман потребителя, как всем непосвящённым кажется))
amartology Автор
А с каких пор процессор Интел стоит 50 долларов? Журналиста опять кто-то изнасиловал?
torgeek
G4900 на 3 ГГц например, сейчас стоит ровно 50$ в розницу и будет точно проворнее топовых Интелов 15-и летней давности))
amartology Автор
Сеймуру Крею в1975 году тоже надо было продавать свои суперкомпьютеры по два доллара, потому что сейчас чипы с аналогичной производительностью столько стоят?
AndyKorg
В свете IoT относительно «свежий» чип от esp содержит радиотракт в котором есть и приемники и передатчики и каскады согласования с антенной.
Analog devices выпускает много МК со всякими аналоговыми штучками внутри.
mpa4b
sci-hub.se/10.1109/ISSCC.1993.280074
amartology Автор
Я ещё нашел легально открытую копию на researchgate. В ней нормальные картинки, в отличие от того, что есть в архиве IEEE
ra3vdx
Вот оно что… Мечту человечества о космосе убивают смартфоны.
А добьёт интернет вещей)
Никакого «бэкапа на Марсе» у человечества скорее всего, не будет никогда с таким вектором.
amartology Автор
Я, честно говоря, не очень понимаю, почему смартфоны и интернет вещей как-то убивают мечту о космосе. Более того, они на самом деле ее приближают, потому что возможность «умной» автономной работы сложных электронных систем критически важна для успешного освоения космоса. И ещё потому, что вся космические микросхемы сейчас строятся на основе коммерческих технологий, разработанных для смартфонов и автомобилей.
ra3vdx
С точки зрения развития технологий — согласен с вами.
Однако фокус внимания обывателей сместился в сторону комфортного быта, и «исследовательские настроения» поугасли. Примерно так.
amartology Автор
Примеры Элона Маска, Джеффа Безоса, четы Филевых и многих других успешных бизнесменов, занявшихся освоением космоса, показывают, что не все так плохо, как вы боитесь. Я сам довольно долгой проработал в компании, основанной таким человеком, и могу сказать, что это даже лучше, потому что освоение космоса сейчас направляется в стороны, которые действительно полезны человечеству, а не только в освоение ради освоения.
ra3vdx
Это «ошибка выжившего». С другой стороны, откровенно радует, что self-made men вкладываются в будущее человечество.
А вот бизнесмены средней руки занимаются производством БАДов, гомеопатии и прочих pseudo-science продуктов, в том числе и интеллектуальных. И боюсь, их намного больше.
amartology Автор
Раньше чиновники средней руки Вавилова и кибернетику травили, сейчас бизнесмены средней руки гомеопатию производят. Раньше простые люди мечтали о колбасе больше, чем о звездах, сейчас — о сыре. Принципиально ничего не поменялось.
ra3vdx
А ещё — наука меняется. Но меняется — необратимо.
То есть, возврата к идее плоской Земли не случится в науке никогда. Также, как и к идее бесконечного дробления вещества.
Гомеопаты ошиблись, но упорно не хотят принимать этот факт.
Апелляция к традиции — плохой аргумент. Во всяком случае, в науке.
И да: про Вавилова с Лысенко можно почитать публикации тех лет за рубежом. Уже тогда в науке было ясно, что к чему.
olartamonov
Фокус внимания обывателей никуда не смещался — он в какую-либо другую сторону вообще бывает направлен только в тоталитарных режимах, то есть принудительно.
ra3vdx
Вы правда считаете, что рукой кровавых диктаторов страна свернула с мечтаний о звёздах к экстрасенсам, вере в заряженную воду и гороскопам?
Я считаю, что вы несколько ошибаетесь.
Не кардинально — без масс-медиа не обошлось — но никакого принуждения не было.
olartamonov
Я правда считаю, что ни одна страна никогда в истории человечества в массе своей не мечтала о звёздах настолько, чтобы ставить их выше комфортного быта.
ra3vdx
Возможно, вы правы. Категории не те. Обсуждать нечего.
Я вот тоже не знаю ни одной планеты, жизнь на которой… и так далее.
Беспредметная беседа, кмк.
Вопросы науки решают отнюдь не миллионы мух, людям несвойственно мыслить языком математики.
torgeek
Смотрю за молодой порослью выпускников инженерных и медицинских направлений. У многих глаза горят и они ищут, где не просто интересно, а можно найти новое. Если не находят дома, едут в заграничные лаборатории. Тут, на Хабре, такие тоже наблюдаются из разряда «сделаю-ка микросхему в гараже из чистого любопытства»)
Космосмосом повально болеют. Мне иногда кажется, что каждый второй школьник/студент мечтает о собственном микроспутнике. Или у меня остро заточенное внимание на это?)
ra3vdx
Возможно, у вас просто нерепрезентативная выборка. Впрочем, возможно, и у меня тоже.
Надо смотреть на социологические исследования.
andrey_gavrilov
странное утверждение, пока по всему видно, что не убивает, а как раз приближает.
…И, кстати, речь не только о повышении доступности выведения своего небесполезного спутника (привет кубсатам, и использованию в них обычной электроники (той же, что и в смартфонах), продвинутой теми самыми смартфонами), удешевлению разработки и производства не только спутников и спускаемых аппаратов (они еще и легче становятся, благодаря смартфонами, что делает космос доступнее) и средств доставки.
Они еще, возможно, на более интересном уровне «Мечту о космосе» продвигают:
УТЯТКО — https://antihydrogen.livejournal.com/47585.html
…
...
Dr. Strangelove, или как я перестал бояться и полюбил абляционную имплозию — https://antihydrogen.livejournal.com/47858.html
(из той же серии, кстати, и https://antihydrogen.livejournal.com/47972.html).
Шутки шутками, но доля шутки в этом может быть куда меньше, чем кажется на первый взгляд.
P.S. да, а автор этого креатива, кстати, есть на Хабре, под тем же ником, что и в жж.
torgeek
Вот уж спасибо за материал! Отлично бодрит мозг на свежие идеи.
Всё думаю, почему до сих пор не получается пластины с обратной стороны максимально задействовать?
amartology Автор
Потому что обратная сторона пластины задействована под теплоотвод. И потому, что обрабатывать вторую сторону, не повредив первую, слишком сложно, чтобы это было экономически выгодно. Проще и дешевле использовать TSV и 3D-интеграцию.
torgeek
Правильно понимаю, TSV и 3D-интеграцию требуют наличия контактов с обратной стороны пластины? То есть металлизацию обратной стороны делают?
amartology Автор
Сплошную металлизацию обратной стороны делают не только в составе TSV (см. рисунок ниже), а еще и для теплоотвода, чтобы можно было припаять, а не приклеить кристалл к металлическому теплоотводу, смонтированному в корпус.
torgeek
Картинки говорящие, спасибо!
У меня практический вопрос по этому поводу. Почему контакты (сетку) на пластинах монокристаллического кремния для солнечных элементов не делают с обратной стороны? Это просто дорого или есть другие причины?
amartology Автор
Точно не знаю, но думаю, что TSV пока что слишком сложно и дорого, чтобы окупаться в таких применениях.
3cky
> Арсенид галлия — материал будущего
Вспомнилась фраза легендарного Эндрю Гроува: «Арсенид галлия — материал будущего, и таковым он будет оставаться и в будущем».
amartology Автор
Да-да, именно ее я и имел в виду.
genseq
Отличная статья! Вселила надежду на то, что в России могут найтись специалисты, способные разобраться в устройстве чипов для нанопоровых секвенаторов:
habr.com/ru/post/408139
Или даже разработать аналоги таких чипов, представляющих собой многоканальные (512, 3000 и более каналов) усилители пикоамперных токов со встроенными АЦП. Буду признателен за контакты (явки, пароли и т.п.) таких специалистов.
hhba
Большое спасибо, отличная статья! Правда я читал ее не полчаса, а больше часа. :)
Наглядный (хотя здесь ещё и не обо всех перипетиях рассказано) пример того, как человечество умеет в короткие сроки вваливать гигантские ресурсы в определенные задачи и на ровном месте создавать невероятный объем информации и технического наследия. Причем меня больше всего поражает не то, как создавалась теоретическая база (она создавалась в общем-то сравнительно долго и без спешки), а то, с какой энергией и масштабом выполнялись технико-технологические задачи.
Вопрос такой — комментарий про бо?льшие требования к качеству диффузии для биполярных транзисторов подразумевает то, что в случае МОПа мы согласны терпеть чуть большую или чуть меньшую глубину легирования (стока и истока), а в случае биполярника неточность глубины легирования (базы и эмиттера) заметно изменит объем базы и сильнее скажется на результате, или что-то другое имелось в виду? И ещё насчёт эпитаксии я не совсем понял — почему только для биполярника отмечена ее критичность? Она же и в МОПе использовалась и используется совершенно базово.
amartology Автор
В случае диффузионного создания МОП-транзистора глубина диффузии не влияет вообще ни на какие параметры, кроме ёмкостей переходов, а у вертикального биполярного транзистора основной геометрический параметр — разница между глубиной диффузии базы и эмиттера (толщина базы). При этом технологам биполяров дополнительно осложняло работу то, что каждая последующая диффузия разгоняла все предыдущие, и в итоге на ранних диффузиях надо получать не то, что нужно, а заготовки, которые потом придут в нужное состояние.
Про эпитаксию — важна на самом деле не сама эпитаксия, а лежащий под ней высоколегированный скрытый слой, уменьшающий сопротивление коллектора и стабилизирующий направление протекания тока через наиболее тонкую область базы. Ионной имплантацией его можно получить, а диффузией — нет, точнее можно, если его сделать до эпитаксии. То есть для МОП-транзистора эпитаксия в принципе полезна, но не обязательно, а для диффузионного биполяра она была критично важна для характеристик.
hhba
Именно это я и имел в виду, спасибо.
Да, это тоже известная проблема. Загонка+разгонка — настоящая эквилибристика, высшая лига, если судить по старой литературе.
Точно! Совсем забыл про скрытый n+, его действительно делали именно так при диффузионной технологии, и это добавляло огня.
Вообще было бы круто, если бы в посте, кроме упоминания количества литографий для разных технологий, были бы еще какие-то несложные схемы процессов. Они бы наглядно показали, какой ужас творился абсолютно во всех биполярных процессах. Простое сравнение цифр «4» и «7» не дает полного ощущения ИМХО.
amartology Автор
Deleted, призову в топик daleraliyorov
Проблема такая: если писать с телефона ответ на комментарий и в процессе отвлечься и уйти на другую вкладку браузера (например, пойти гуглить картинку), а потом вернуться, то комментарий оказывается не ответом, а комментарием первого уровня. У меня только в этом топике это уже третий случай(
maxgorbunov
Если вам интересна тема космических процессоров и архитектур для них, то вот ссылка на статью Максима Горбунова из НИИСИ РАН о космических процессорах вообще и о КОМДИВах в частности. Ссылка, как и положено ученому, в рецензируемом журнале Elsevier за пейволлом.
Сегодня препринт на researchgate выложу ;)
hhba
И еще вот что хочется сказать — дело не только в IoT, огромный эффект имеют вложения в те вещи, которые раньше в принципе не делались, но которые при этом не требуют супернанометров. Тот самый More Than Moore. Взять например TBU от Bourns — не верю, что их не могли сделать 30 лет назад, скорее всего этому просто не уделяли внимания на фоне общерыночной гонки за нанометрами. Или взять waferscale-фотосенсоры — если сейчас мы спокойно заказываем разработку и можем быть уверены том, что фабрика будет достаточно долго делать для нас пластины по XS018 (а меньше там не надо), то 20 лет назад это был бы челлендж совершенно другого уровня.
amartology Автор
Да, я примерно это и пытался сказать последним абзацем. За гонкой производителей процессоров осталось огромное технологическое наследие (не только технологии, но и сотни фабрик), которое надо как-то продолжать использовать, поэтому микроэлектроника начала активно расти вширь — настолько активно, что на рынке производственного оборудования существенный дефицит б/у для работы с пластинами 200 мм, и некоторые производители оборудования уже даже заново начинают делать старые модели или даже франкенштейны из старых и новых (чтобы не решать «проблему Сатурна-5» с уже забытыми технологиями, но мочь работать с пластинами 200 мм).
Что касается долгосрочного планирования — то это тоже естественный процесс при смене клиентской базы фабрик с производителей ширпотреба на производителей индустриальных решений. Для вторых надежность и долгосрочные контракты часто первый приоритет. Сейчас нижний рубеж технологии, на котором фабрики готовы гарантировать что-то долгосрочное, составляет 20-28 нм.
Pafnutyi
IoT нет, потому что непонято как его или через него продавать. Рекламу холодильнику подсовывать — дохлый номер. Вот появится вариант продавать что-то через IoT и не успеете заметить как каждый утюг начнёт впаривать вам всякую хрень )))
amartology Автор
IoT есть, он просто не в холодильниках, а в счетчиках ЖКХ. Это мне видится прямо как большая ошибка — считать, что IoT — это вообще B2C-технология, он же на самом деле B2B в подавляющем большинстве случаев.
olartamonov
Вот, например, на вышеупомянутой конференции приводили пример — на крупном металлургическом комбинате в год примерно три-четыре смертельных исхода и ещё сколько-то травм. Потому что люди оказываются не там и не тогда.
Понятно ли вам, как этому комбинату продать систему отслеживания перемещений сотрудников, которая будет истошно орать, когда оный сотрудник будет оказываться на пути ковша с десятком тонн распавленного чугуна или в зоне, где три минуты назад датчик превышения уровня H2S или CO2 сработал?
hhba
Вы знаете, подобные системы разрабатывались и ранее (мне рассказывали о такой системе времен 80-х годов для нефтепрома), но натыкались на принципиальное нежелание таких вот «комбинатов» хоть как-то менять ситуацию. Во многих случаях удается доказывать персональную вину погибшего, и тогда комбинат вообще никому ничего не должен. Зачем же им платить за систему?
В целом-то конечно идея здравая, хотя чисто технически должно быть не слишком просто сделать такую систему надежной.
olartamonov
Раз, два.
hhba
Я не сомневаюсь, что это технически реализуемо. Вопрос в желании «комбинатов» этим заниматься, а по вашим ссылкам именно про это как-то не написано, больше про техническую часть.
olartamonov
А первая ссылка, по которой написано, как НЛМК в цехе горячего цинкования у себя это пилотирует, не про это?..
hhba
Это-то да, но там не очень понятно, что их вынудило или убедило на это пойти. Вангую чье-то лобби, из серии "сын Рогозина". Сорри, что я в политику.
alecv
MIPS R6000 на ЭСЛ реально был и производился (1989 г.)
www.linux-mips.org/wiki/R6000
en.wikipedia.org/wiki/R6000
А DEC-овский монстр «A 300-MHz 115-W 32-b Bipolar ECL Microprocessor” (статья 1993 г.) похоже так и остался в тестовых экземплярах. Параллельно DEC делал Alpha (150MHz EV4 — 1992 г.), в которой не выпендривались, а спокойно делал CMOS (0.75 микрон DEC CMOS-4).
en.wikipedia.org/wiki/Alpha_21064
amartology Автор
Производился он, кстати, плохо, судя по тому, что мне удалось накопать. Процент выхода годных СБИС у BIT был не очень, и технология была карпизная. В итоге чипы получились быстрее, но сильно дороже МОП-аналогов.
А DEC-овский монстр — это, разумеется, proof of concept, который они на самом деле ради разработки САПР делали. Но я решил подробнее написать именно про него, потому что он лучше иллюстрирует, как оно могло бы быть. Точнее, почему именно ЭСЛ проиграл КМОП — ровно из-за того, что только такие монстры могли быть лучше.
alecv
Ну да. Там специально годы поставлены. CMOS (EV4 т.е. серийный!) в 1992 году лишь в два раза медленнее чем горячий экспериментальный ECL в 1993.
R6000 получается наверное единственный серийный микропроцессор ECL. Ну не пошла технология, бывает. IIL тоже в свое время не пошла, а казалось круто.
Мне кажется, что у вас не очень отмечено основное преимущество MOS (и CMOS) — то что просто с уменьшением геометрических размеров — параметры полевых транзисторов улучаются, короче канал — меньше чисто омические потери, меньше емкость эффекта Миллера, выше частота переключения и т.д. Так что уменьшение техпроцесса попало в положительную обратную связь не только по числу элементов на кристалле, но и по параметрам транзисторов (до некоторого предела, конечно).
killik
Почему именно оксид? В статье несколько раз упоминается как недостаток отсутствие у других полупроводников оксидов, но что такого есть у кислорода, чего нет у других элементов правой половины таблицы?
amartology Автор
Дело не в кислороде самом по себе. Дело в том, что оксид кремния — отличный изолятор, к тому же хорошо соединяющийся к кремнием и стойкий к внешним химическим воздействиям. Изолятор необходим для создания разделителя между затвором и каналом с MOSFET/MISFET. Если изолятора нет, то можно сделать только JFET/MESFET, которые хуже тем, что в них через электрод затвора течет постоянный ток (а это ведет к росту энергопотребления и усложнению схемотехники).
Кроме оксида кремния применяется еще нитрид кремния (Азот — тоже из правой половины таблицы) или их смесь. У нитрида кремния более высокая концентрация дефектов (ловушек), что позволяет использовать его как запоминающий элемент (плавающий затвор во флэш-памяти). Зато высокая концентрация дефектов ухудшает радиационную стойкость (простите, я опять о своем).
Оксид германия — хороший изолятор, но его постоянная кристаллической решетки довольно сильно отличается от постоянной решетки чистого германия, что затрудняет их стыковку. Также оксид германия нестоек химически, то есть не защищает активные элементы микросхемы от внешних воздействий (хотя бы от влажности).
Еще хороший изолятор — оксид алюминия, но у него постоянная решетки тоже плохо совпадает с часто применяемыми полупроводниками. Это привело, например, к тому, что технология «кремний на сапфире» (а сапфир — это оксид алюминия) не смогла отмасштабироваться ниже 500 нм.
Так что дело не в том, что нужен именно оксид, а в том, что оксиды в большинстве своем являются хорошими химически стойкими изоляторами.
maxzhurkin
А есть ещё входные билеты в клуб для тех кто в теме, что значит «Wired OR»?
Ну, то есть я, конечно загуглил и не обнаружил чего-то принципиально нового и тем более, дикого для себя, но в чём, собственно, суть истерики?
amartology Автор
Суть истерики в том, что на привычном всем нынешним разработчикам КМОП wired OR означает неизбежное КЗ земли и питания. Или в том, что тул для синтеза нетлиста из верилога должно быть довольно нетривиально научить ими пользоваться, даже если элементная база подходящая.
mpa4b
У меня wor (wand не пробовал) из верилога прекрасно синтезируется, конечно не в wired OR, но тем не менее. И квартус жрёт, и тулы для синтеза в нетлист. Я воспринимаю wor в верилоге как средство, позволяющее сократить писанину во многих случаях (syntactic sugar ткскзть :).
Для случая статьи, а точнее описанного в ней ЭСЛ-процессора настоящие wired-ORы становятся возможными благодаря специфической схемотехнике ЭСЛ.
torgeek
А как смотрите на японский заворот к микрофабам?
Такой, вроде бы, сейчас использует одна компания в Санкт-Петербурге.
amartology Автор
Вообще — это великолепная игрушка для университета, НИИ или RnD-лаборатории. Когда/если выйдет на обещанные уровни 10-40 тысяч чипов в месяц, по 100 нм и с хорошим выходом годных — множество применений в военной, космической, нефтяной промышленности и других местах, где нужно мало очень надёжных чипов за любые деньги.