Как создаются современные чипы

Это как гель-лак у девушек. Это абсолютная аналогия, потому что там даже ультрафиолет используется. Происходит подсчет количества пылинок размером больше, чем одна десятая микрона. Это индустрия с большим количеством узких бутылочных горлышек, где если одна часть сломается, то всё как домино порушится дальше.

Привет, меня зовут Самат Галимов, и это подкаст «Запуск завтра». Как технический директор я пытаюсь разобраться, как устроены технологии, которые меняют нашу жизнь. Помогают мне в этом профессионалы, с которыми можно поговорить простым человеческим языком.

Вы

заметили, как выросли цены на оперативную память и компьютеры в целом? Ноутбук от Майкрософта, который в 24-м году выпустили по цене в 1000 долларов, сейчас стоит полторы. Видеокарты— это вообще отдельная тема. За последние годы средняя цена на них удвоилась. В чем же дело? Главная причина— это взлетевший спрос на чипы из-за развития искусственного интеллекта. Чипы— это маленькие кремниевые пластинки внутри всех наших устройств. Без них не включится наш телефон, не разогреется еда в микроволновке, не заведется современный автомобиль. Чипы нужны буквально везде, а теперь их нужно в разы больше из-за искусственного интеллекта. При этом производство чипов— это настолько сложный и запутанный процесс, что удивительно, как он вообще до сих пор работает. Сегодня мы подробно разберем, как устроены современные чипы и как они создаются. Поговорю я об этом с Дианой Гришиной. Она работала в ASML— единственной компании в мире, которая производит станки для создания самых крутых чипов. Партнер этого сезона— провайдер IT-инфраструктуры Selectel. В середине выпуска вы услышите нашу совместную рубрику. В ней мы рассказываем истории стартапов с зарей интернета. Их опыт— это база идей для решения современных бизнес-задач. Друзья, если вы нас ни разу не смотрели на ютубе, начните с этого выпуска. Диана прямо в кадре показывает, из чего создаются чипы, и многое становится понятнее. Для тех, кто не может посмотреть видео, я постараюсь описать сейчас это словами, но если вы все-таки хотите увидеть, то переходите на видео на ютубе по ссылке в описании. Начать я хочу с такого прямо простого вопроса, можно так сказать. Что такое полупроводниковые чипы? Как они выглядят физически вообще?

У меня есть даже некоторые вспомогательные материалы, которые я хотела бы использовать.

Обалдеть! Тут я в таком восторге, потому что Диана достаёт прямо в кадре прозрачную пластиковую чашку Петри, такую, как в школьных опытах на биологии, а внутри неё такая пластина металлического цвета с несколькими зелёными и серыми прямоугольниками. Дальше Диана объясняет, что это такое.

Это кремниевая подложка, которая часть создания полупроводникового материала. Вот если представить себе небольшой кусочек, вырезанный из этой подложки, с слоями металлов, полупроводников, диэлектриков, припаянный на зелененькую такую плату PCB, которую все, наверное, видели в компьютерах. Вот это и есть чип.

Ага. Что с его помощью можно сделать? Для чего он используется?

Чипы бывают разные, конечно же, бывает логика, бывает память, бывают аналоговые чипы. Если говорить простым языком, то логика— это как мозг, они в основном считают. Считают, обрабатывают информацию, они оперируют нулём и единицей, есть ток, нет тока, и с помощью различных комбинаций затворов нулей и единиц таким образом обрабатывают информацию. Есть память. Память, ну, слово говорит само за себя, это устройство для хранения. Память бывает оперативная или бывает долгосрочная. Примерно как у нас в мозгу бывает что-то. Нужно очень быстро запомнить что-то надолго. Помимо вот этих двух основных типов, про которые все всегда говорят, есть на самом деле ещё большое число различных полупроводников, аналоговых компонентов. Их разница в том, что они работают не с нулевой единицей, как процессор и память, а с постоянным сигналом, так называемым аналоговым сигналом. Это разные сенсоры, которые используются для камер и для телефонов, температурные различные. Большой класс различных полупроводников, которые аналоговые, которые тоже очень важны, без них, естественно, Полная система компьютера, телефона или даже data centers у нас бы не получилась.

Офигеть! Вообще звучит так, что типа для всего нужны чипы. Я хочу пройти путь создания чипа. С чего начинается производство? У меня есть представление, что с идеей. Кто этим занимается?

Я тоже соглашусь с этим, что всё начинается с идеи. Многие говорят, что всё начинается с дизайна, но, на мой взгляд, перед дизайном всё-таки кто-то должен подумать, а что мы будем дизайнить, а что мы будем делать. На мой взгляд, всё начинается ещё даже до того, как мы попали во всю эту прекрасную полупроводниковую индустрию. Всё начинается в университетах, где сидят учёные. и думают, что нам можно выковырить из фундаментальных законов физики для того, чтобы сделать следующую технологию, которая будет лучше считать или больше считать, или будет дешевле, или меньше, или еще что-то. Это называется research, pre-competitive research, когда люди еще не соревнуются. смотря кого мы спросим друг с другом, а пытаются из фундаментальных законов что-то практическое выцепить. Дальше у нас действительно есть дизайн, и этим занимаются компании, которые тоже у многих на слуху сейчас, типа AMD, Nvidia, Huawei и прочие. Здесь тоже хорошо отметить, что большая часть таких компаний, они не производят полупроводники. Вот часто можно услышать, что они делают они придумывают дизайн под свои какие-то, чаще всего, нужды. Например, специально под AI или Apple дизайнит свои чипы под свои смартфоны, кто-то еще подо что-то. Это стадия дизайна. Здесь действительно архитектура устраивается, как что там будет взаимодействовать, как CPU должны считать, почему и что.

Я всё время слышу про кремний, по-английски силикон, собственно, силиконовая долина, кремниевая долина. Почему мы вообще делаем чипы именно из кремния?

Хороший вопрос. Здесь много факторов сложилось, и экономических, и исторических, и физических. Так вышло, что кремний— это материал, который оказался вот в sweet spot, которые нам нужны к материалу, чтобы производить полупроводники. Что нам нужно от этого материала? Нам нужно, чтобы он был полупроводником, собственно. чтобы она обладала физическими свойствами, которые позволяли бы нам что-то туда добавить и сделать части в этом полупроводнике, в которых будет больше электронов или меньше электронов. Таким образом будет создаваться транзистор, что, по сути, это часть многоэлектронов, малоэлектронов и канал посерединке, который можно переключать. Кремний обладает этим свойством. Следующее, что нам ещё нужно было. Нужно, чтобы его было много, и он был доступен, и он был дешёвый. Кремний получается из песка, собственно, такого обычного песка, который мы можем увидеть на пляже или ещё где-то, нагреваем до безумной температуры в 2000 градусов, потом очистка, потом газообразование, осаждение. длинный процесс, но в целом он не очень дорогой и песка довольно много.

На самом деле, правда, я просто слышал про то, что это песок и вот реально можно прямо на пляже набрать и использовать.

Да, песок в Калифорнии, в Америке очень много производства кремниев.

Ага. Я просто слышал, что есть, мол, единственное место на планете где-то в Америке, где его добывают достаточно чистого кремния. Что это значит?

Ну, действительно, чем чище, тем меньше нужно потом его очищать. Да, я уже сказала, в Калифорнии, в Америке это один из больших производителей кварца песка, из которого делается кремний. Но в Австралии тоже есть, в Китае тоже есть. То есть не единственное место на планете, но несколько точек. географических в разных местах нашего земного шара, откуда кремний добывался.

Так, значит, я добыл кремний. Что я с ним делаю дальше? Я слышал всё это про выращивание кристаллов. Что это значит?

Да, ну то были кремнии, то есть что нам нужно, чтобы сделать хороший полупроводник? Как мы уже говорили, наша задача— это контролировать, что происходит с электронами внутри этого полупроводника. Это значит, что всё лишнее, что мешает нам управлять нашими электронами, должно уйти, чем меньше загрязнений, тем лучше. Нам нужно его очистить. То есть кремний нагревается, очищается, превращается в газ последствием химической реакции, потом осаждается, и когда он осаждается, выращивается кристалл. Это значит, что атомы кремния ориентированы в определённом направлении и образуют кристаллическую решётку. Это полезно, потому что, опять же, чем больше структура, тем больше у нас контроля, тем лучше мы понимаем, что происходит в материале, и поэтому нам нужны чистые хорошие кристаллы с хорошей кристаллической решёткой. Таким образом создаётся такой большой столб кремния, который режется на пластины. Они бывают разного размера, естественно. Чем больше у тебя подложка, тем больше транзисторов, чипов можно на ней создать, и тем дешевле это будет, потому что весь процесс, он происходит на подложке, соответственно, ты прогоняешь один раз через цепочку процессов, и у тебя уже появляется какое-то количество полупроводников.

Так, значит, взяли этот кристалл, нарезали ее. Что дальше с этим блинчиками делается?

Нарезали. Причём процесс нарезания и, собственно, создания этой подложки не обязательно происходит там же, где выращивали кристаллы. Например, в Европе есть несколько компаний, которые это делают. То есть одна из вещей, которую мы заметим во время нашего разговора, что наши чипы и полупроводники довольно много пропитают мира до того, как они окажутся в вашем телефоне или ноутбуке. И вот первый шаг, который они делают— они попадают туда, где их нарежут, упакуют вот в такие вот подложки и дальше отправят туда, где будут производить полупроводник. Но это мы сейчас рассматриваем такой физический путь кремния. Параллельно с этим, и не только параллельно, если посмотреть во время, еще за несколько лет до того, как этот кристалл вырастили, кто-то придумал новый дизайн чипа и начал его разрабатывать. Параллельно с тем, как у нас производится физическое подложку, дизайн происходит в это время в NVIDIA, AMD, Apple, Intel, Samsung. В какой-то компании решают архитектуру, а что же мы на эту подложку будем наносить.

Офигенно, то есть прям две независимые группы делают две разные задачи. Одна делает физический мир, другая делает идейный. Про физический мир. Я заметил, что этот твой чип, он довольно блестящий. Кажется, его хорошо отполировали. Да сколько это важный процесс?

Это очень важно, естественно, потому что сами чипы, они очень маленькие. Тоже немного поставить нам такие dimensions, где мы работаем. Мы работаем в мире нанометров или микрометров, микрон, что-то такое, если у нас есть метр. В нём миллион микрометров, в микрометре тысяча нанометров. Это всё очень маленькое. Это в тысячу раз меньше, чем самые тонкие волосы, которые мы можем найти. Это всё очень маленькое. Соответственно, если у нас есть какие-то неровности, то они, естественно, будут мешать созданию наших структур. Но здесь нам помогает кристаллическая структура кремния, потому что Кристаллическая структура, она слоистая, и на самом деле слои, они более вероятно будут разламываться именно по слоям кристалла, и именно это позволяет нам достичь очень хорошую гладкость без больших каких-то сложных затрат. Вот, например, полировка зеркал для той же литографии или еще что-то, это намного сложнее, потому что там не кристаллический материал, или там нужна какая-то выпуклость или боком, а здесь вот это нам очень помогает. Даже в последующих шагах, уже в конце нашей цепочки, когда мы будем резать на индивидуальные чипы, вот порезать вдоль кристаллографической поверхности намного легче, плоскости, да, намного легче, чем поперёк.

Офигеть. Это как дрова, когда рубишь, ты можешь... Да-да-да.

Вот между дровинок намного легче рубить, чем поперёк. И здесь опять нам помогает кристаллическая структура кремния.

Обалдеть. Окей. Значит, вырастили кристалл, нарезали его, причём по решётке, чтобы было супер-супер ровно. Сколько компаний умеют производить кремниевые эти подложки?

Ну, в целом, не очень много. У меня нет точного числа, но я бы сказала, это порядок десятков компаний. То есть это не сотни, не тысячи. Это действительно еще одна специфика полупроводниковой индустрии, что, когда мы смотрим на нее и на то, сколько компаний могут делать отдельные шаги, их обычно не бывает больше ста, уж точно. Это десятки, а некоторые шаги из того, что нужно сделать, может сделать вообще всего одна компания в мире. Порядки здесь такие. Это индустрия с большим количеством bottlenecks, узких бутылочных горлышек, где если одна часть сломается, то все как домино порушится дальше.

Партнер этого сезона— компания Selectel. Я часто консультирую предпринимателей и замечаю, что технические проблемы, с которыми они сталкиваются, не новые. Вместе с Selectel мы вспоминаем истории стартапов на заре интернета. Успешно и не очень. И делаем выводы для себя. 4 июля 1996 года. день независимости в США. В этот день запускается стартап, и дату его запуска выбрали не случайно. Два программиста из Кремниевой долины, Сабир Бхатия и Джек Смит, сделали сервис, который должен освободить людей от привязки к рабочему компьютеру. До этого электронная почта хранилась на конкретном сервере, часто это университетский или корпоративный. И чтобы прочитать письмо, нужно было подключиться именно к этому компьютеру. То есть вы буквально не могли проверить письма из дома. Бхатия и Смит придумали почту, которая работает бесплатно прямо в браузере. Пользователи получали независимый адрес с вечным доступом. Почту они назвали Hotmail. Буквы HTML в названии писались CAPS. Это такая отсылка к HTML, языку разметки для веб-страниц. Для разработки нового сервиса придумали гениальный ход. автоматически добавляли в конец каждого письма, отправленного через Hotmail, строчку «ПС, люблю тебя, получай письма бесплатно с Hotmail». Так каждое письмо превращалось в рекламу. Это был один из первых примеров вирусного маркетинга в истории интернета. Эффект был взрывным. За первые полгода в сервисе зарегистрировались миллион пользователей. Через полтора года— около 10 миллионов. И это при том, что в интернете тогда всего сидело около 70 миллионов человек. В декабре 1997 года Microsoft купил Hotmail за 400 миллионов долларов. Это была одна из самых крупных сделок по покупке интернет-компаний на тот момент. Hotmail показал, что продукт, который решает одну понятную задачу вместе с одним простым, но гениальным маркетинговым приемом, может расти быстрее компаний с любыми рекламными бюджетами. Обратная сторона такого успеха— дикая нагрузка на инфраструктуру. Справиться с таким испытанием поможет надежный партнер. Облачные серверы с Selectel масштабируются в пару кликов. Объектное хранилище подходит для работы с большими объемами данных, а геораспределенность позволяет поддерживать стабильную работу сервисов и обеспечивает максимальную отказоустойчивость. Ссылка на этот и еще более 50 других продуктов в Selectel в описании выпуска. Окей, мы добыли кремний, допустим, в Калифорнии, выучили из него кристалл, нарезали его. Куда он дальше, скорее всего, поедет? Где физически располагаются эти хабы в основном?

У нас есть центров притяжения современных полупроводников. Один из них— это Азия, то есть компания Samsung, TSMC на Тайване, Samsung в Корее, SK Hynix, компания, которая специализируется на производстве памяти, тоже в Корее. Есть китайские производители, то есть довольно большой конгломерат компаний в Азии. которые делают именно очень современные маленькие быстрые процессоры для айфонов, для ноутбуков, для data centers, для AI. У нас еще есть Америка, там у нас есть Micron компания, есть Intel. Сейчас уже из-за геополитических событий и другие игроки тоже начинают строить свои фабы, там, например, TSMC. У нас есть Европа, где тоже на самом деле есть производители полуправников, просто они производят не настолько технологически сложные полуправники, а больше те, которые нужны для автомобилей, например, Infineon, STMicro. GlobalFoundries для то, что называется white goods, для всяких там холодильников, стиральных машин и прочее. И у нас еще сейчас регионы, которые развиваются, есть Индия, которая тоже имеет свою полупроводниковую стратегию, и они тоже начинают приблизительно выглядит. Скорее всего, наш кремний полетит в Азию или в Америку. Дальше нам нужно соединить наш метафорический мир дизайна и мир физической подложки кремний. Где мы это соединяем? Мы это соединяем в чистой комнате, в так называемой полупроводниковой фабрике по производству полупроводников. На мой взгляд, очень интересное место.

Расскажи про этот завод вообще. Насколько он большой вообще? Как он выглядит?

Мы сейчас все представим себе, как выглядит полупроводниковый фаб. И у нас у всех это очень хорошо получится. Закрываем глаза. Все закрыли. На этом всё. На этом всё, потому что очень много современных пабов, они сейчас так называемые lights off— это фабрики, которые полностью автоматизированы, и поэтому всё дело происходит в темноте, там нет света, ничего не видно, и только жужжание подложек, которые под потолком ездят от одной машины к другой.

Это, конечно, огромное здание.

Это обычно одноэтажное здание, потому что нам необходима не только чистота внутри фабрики, но и необходимо отсутствие вибраций, как мы уже говорили. Транзисторы и чипы очень маленькие, соответственно, если у тебя какие-то вибрации, твоя подложка будет криво нанесена, то всё сломается и ничего не будет работать. Из-за этого они обычно одноэтажные, довольно низкие, они очень большие. Я вот так даже не могу оценить размер, но это как, вот если взять половину кампуса МГУ, если кто знает, вот это всё будет…

Вообще, если что, это микрорайон.

На секундочку. Да, и обычно там несколько фабов рядом стоят для разных технологических процессов.

Допустим, мы с тобой вместе сюда зашли, ты мне сказала, что внутри будет темно, я там ничего не увижу, и что там будет шумно, будут ездить эти чипы в темноте.

Да.

Что еще мне там, если там вдруг будет включен свет, что мне еще бросится в глаза, и вообще как будет происходить этот процесс, допустим, даже входа в эту крипу, как это выглядит?

На самом деле есть, я даже начну с причин, почему там нет людей в этой прекрасной чистой комнате. Проблема в том, что люди— это основной источник пыли и грязи в чистой комнате. А это как раз то, что мы хотим избежать всеми правдами и неправдами. Чистая комната, она не зря называется чистой. Она действительно очень чистая и настолько, что происходит подсчёт количество пылинок, размером больше, чем одна десятая микрона, то есть это тоже очень-очень-очень мало, в сто тысяч раз меньше, чем волос, на кубический метр. В самых чистых комнатах, там классификация ISO, их не должно быть больше, чем 10 на кубический метр. если класс чистоты немного ниже, 100 — ISO 2, 1000 — ISO 3. Это помещение с Ультраконтролируемой средой, с точки зрения чистоты, температуры, влажности, всё это контролируется. Очень много различных фильтров, датчиков и сенсоров. Помимо этого, мы уже говорили про вибрации, это огромные Амортизаторы, которые уходят на много метров вглубь, а части внутри этой чистой комнаты, например, слитографии, которая... Мы дойдем до этого. Это сердце производства, производственного процесса. Они тоже стоят на платформах с активным подавлением вибраций. И это не только в этих крутых фабах так. Вот, например, там, где была вот эта подложка, произведена моими руками.

Диана показывает круглую пластину металлического цвета, которую достала в самом начале нашего разговора.

В этом у нас был плавающий пол, то есть чистая комната стояла на отдельном полу, который был плавающий для гашения вибраций. И даже несмотря на это, когда мы производили наши образцы, иногда мы получали не очень хорошие результаты. И потом методом гугления было обнаружено, что на другом конце страны был концерт Rammstein. И поэтому... Мы видели вибрации от этого концерта за сотню километров, настолько чувствительные у нас оборудования в нашем университете.

Обалдеть. Про вибрации я понял, как бы оно может испортить, а что про пылинки-то не совсем понятно, это же не операционная, нафига?

Ну вот возвращаемся к размерам, как мы уже говорили. Транзисторов очень много на одной подложке. Их сотни миллиардов в данный момент. Вот на тех больших, на которые 30 сантиметров. Соответственно, они все очень маленькие. Они порядка нанометров. А пылинки у нас десятая микрометра. То есть она тоже в 100 иногда раз больше, чем наш транзистор. Соответственно, если одна пылинка опустится на нашу подложку, то большому количеству транзисторов придёт конец. И, естественно, мы пытаемся этого избежать максимально. Мы не хотим, чтобы у нас были дефекты так называемые. Одна из причин дефектов— это частички пыли. Мы хотим это минимизировать.

Супер. Комната, в которой нет вибраций, в которой нет мусора, в которой ничего нет, даже свет выключили. Что там происходит с моим блином?

Ну, как мы уже говорили, но у нас есть полупроводник. Мы хотим что-то с ним сделать. У нас, в принципе, не так много вариантов. Мы можем либо что-то в него добавить, либо что-то из него забрать. Когда мы добавляем, это вот различная депозиция материалов, нанесение тонких плёнок, нанесение легирования. Это когда мы точечно добавляем ионы каких-то материалов. Либо мы хотим что-то убрать. Это называется травление. Травление тоже бывает химическим. жидкостей с помощью бомбардировки ионами. В принципе, на этом всё. Мы либо что-то добавляем, либо что-то убираем. Но мы, естественно, хотим это делать не со всей поверхности нашей подложки, а выборочно. Вот тут хочу, тут не хочу. Тут добавить, тут убрать. Для этого нам нужно наносить какую-то структуру. Как это делается? Это как раз то, о чём я говорила, сердце, на мой взгляд, процесса приготовления полупродников. Это литография. Что такое литография? Лито, графис— это печать на камне, рисовать на камне. Это процесс нанесения изображения на подложку. Вот у меня вот это, оно, кстати, такими разными цветами переливается.

Диана показывает другую круглую подложку. Она чуть больше, чем предыдущая, и цветом больше всего напоминает бензин, разлитый в луже на асфальте.

Это потому что она покрыта фоточувствительным материалом, и он здесь не очень хорошо покрыт, потому что разные цвета— это разная толщина. Мы, в принципе, хотим, чтобы всё было одной толщины, но это у меня такая просто декоративная подложка с ebay за 2-3 евро. Мы наносим фоточувствительный материал на нашу подложку и дальше проецируем изображение с помощью света. У нас фотоны попадают на фоточувствительный материал, Туда, где они попадают, материал становится более плотным, где они не попадают, остается таким, как был, после чего мы его можем проявить. Соответственно, там, где не было фотонов, мы всё это смыли и открыли такие окошки, а остальное осталось фоточувствительным материалом. И теперь в этих окошках мы можем делать то, что нам нужно. Что-то добавлять, либо травить какие-то дырочки, либо выращивать какие-то структуры. И вот этот процесс нанесения фоточувствительного материала, создания изображения, потом либо легирования, либо травления, либо выращивания каких-то плёнок, он повторяется очень много раз для создания одного чипа. В целом, вот если мы посмотрим на какие-то очень современные технические процессы, как 5 нанометров, 3 нанометра, 3 месяца проведёт наша подложка внутри этой чистой комнаты, постоянно летая по этой комнате и проходя различные стадии процесса.

Обалдеть, то есть это такой многослойный сэндвич получается.

Да, да. Подумаем о какой-нибудь аналогии. Мне нравится аналогия. Я думала, с чем бы сравнить. как в «Пятом элементе» город будущего. Много разных небоскрёбов, между ними летают вот эти летающие машинки. Это наши электроны или ещё какие-то соединения. То есть да, это такой в результате получается трёхмерный сэндвич, довольно высокий, со сложной структурой, из разных материалов.

Фотографии же это то же самое, на самом деле. Светом закрепляется, дальше смывается. Ну, короче, черно-белый... Я люблю другой пример.

Это как гель-лак у девушек. Это абсолютная аналогия, потому что там даже ультрафиолет используется. Наносится светочувствительный материал, засовывается под ультрафиолетовую лампу, выпекается и готово. Это лучшая аналогия, на мой взгляд, с литографией.

Всё-таки я понимаю, как можно на ногте нарисовать. Ну, это нужно как бы аккуратную кисточку, очень твёрдую руку и много времени, и ты можешь нарисовать. Но нанометровую картинку, как мы её рисуем, это не очень понятно.

Вот. Мы рисуем её литографического оборудования. Оно тоже бывает разное, но то, которое используется в, собственно, индустриальных хабах, оно основано на... на свете, на фотонах, на ультрафиолетовом излучении. Почему мы используем фотоны и ультрафиолетовое излучение? Потому что чем меньше длина волны излучения, а ультрафиолет— это очень маленькая длина волны, ниже только рентген, что, в принципе, тоже хорошая идея, очень маленькая длина волны, фотоны могут фокусироваться в маленькую точку. Чем меньше точка, тем меньше так называемое разрешение нашей оптической системы, тем меньше пиксель минимальный, которым мы можем рисовать.

Более тонкую, чуть-чуть, мы можем провести.

Да, именно так, да. И поэтому вот самое современное оборудование EUV, Extreme Ultraviolet Lithography, оно заточено под то, чтобы рисовать очень тонкие линии, но при этом мы хотим делать это быстро, потому что если мы будем делать это долго, Есть такие литографические способы. Например, вместо фотонов используют электроны, и электроны могут ещё меньше фокусироваться. А уж если там ионы, например, они тяжёлые, их ещё лучше можно сфокусировать. Но это всё очень медленно. Плюс света в том, что мы можем сканировать. То есть эти системы называются степперы или сканеры. Они двигают луч или подложку в зависимости от системы и быстро могут сканировать. Один такой принт на целую нашу подложку, он может занимать несколько, в зависимости от того, какая нам доза излучения нужна, 30-40 секунд. То есть вы можете делать тысячи этих подложек в день, сотни этих подложек в час. Это очень быстро. И благодаря тому, что мы используем фотоны с низкой длиной волны, мы можем это делать очень точно.

Я бы, конечно, хотел погрузиться дальше, как именно этот рисунок получается, но это... Да, у нас про это есть разговор, ссылка будет в описании. С такой точностью, если вот прям настолько всё до микродоз, наверное, всё получается идеально, да? Или есть какое-то ещё это тестирование, приёмки?

Но нам бы хотелось, чтобы всё получалось идеально, но, как мы уже выяснили, люди вот эти заходят зачем-то в нашу чистую комнату, иногда что-то починить, что-то поломать. Ещё зачем-то пылинки вот эти летают, вибрации, иногда там неровность какая-то произошла, иногда химия подвела. фоточувствительные материалы, мы такое маленькое на нём изображаем, буквально несколько атомов. Иногда какие-нибудь квантовые эффекты зачем-то залезли, ещё что-то случилось, дефекты бывают. Поэтому после каждого шага практически в производстве полупроводников у нас есть шаг, который называется метрология или измерение качества того, что мы сделали. Идея в том, что нам бы хотелось поймать все эти дефекты как можно раньше. Желательно до того, как мы уже что-то туда наложили или протровили. Потому что если у тебя дефект в фоточувствительном материале, до того, как ты его проявил, ты его можешь просто слить и переработать свою подложку. И на самом деле процесс оптимизации технологического процесса до нужного уровня, а что мы понимали, нужный уровень для того, чтобы эти полупроводники, это чтобы процент так называемый yield, то есть хороших подложек и хороших транзисторов на подложках, он был точно больше 90%, а для не самых современных технологических процессов, вот те, которые для автомобиля, еще что-то в районе 98-99%, иначе это все будет слишком дорого, потому что нужно выбрасывать, а выбрасывать мы не хотим. Вот этот процесс оптимизации В самой компании, которая производит полупроводники, для новых технологических процессов занимает один-два года. То есть что ещё интересно понимать, насколько много параллельных процессов происходит в создании полупроводников. Мы уже говорили, где-то там делают кремний. Кремний неважно, делают они его. для современного чипа, для памяти, для логики. Этим ребятам хорошо, они просто делают крем. В это время в компаниях, которые делают дизайн, думают над дизайном. Здесь уже сложнее. Придумать дизайн хорошо, но они всё равно должны иметь в виду, что этот дизайн нужно ещё реализовать. То есть там определённое ограничение уже есть на фантазию разработчиков дизайна. В это время люди, которые будут делать это в Кремнии, они ещё не знают, какой точно будет дизайн. Но им уже надо пытаться оптимизировать свои процессы, потому что это занимает два года. Иначе пока вы будете оптимизировать, дизайн уже десять раз поменяется. когда они пытаются оптимизировать процессы, желательно, ну, сейчас не каждый новый чип получает новую литографическую машину, но довольно часто выходят новые поколения литографических машин, которые вот как раз еще меньше могут делать эти рисунки, меньше делать транзисторы. Компания ASML, которая их разрабатывает, в этот момент она только придумывает, какая у них там будет машина через два года. И вот как-то это все, хотя оно еще не существует, оно должно... При этом никто полностью друг другу не рассказывает о том, что они делают, потому что это же секретно. Вот если там АСМЛ узнает, что именно нам нужно от этой машины, они же такую цену за них запросят. А вот если они там узнают, это все тоже большой секрет.

Ты уже упомянула, как раз сказала, что чипы бывают разные. Некоторые посложнее, некоторые попроще. В чем разница? Можешь объяснить?

Чаще всего разница в размере. Тот самый случай, когда размер не имеет значения. Потому что, как я уже сказала, очень сложно рисовать что-то очень маленькое. Нужно очень дорогое оборудование, больше требований к частоте, потому что чем меньше, тем больше у нас изменит одна пылинка или одна вибрация. Но некоторые части полупроводников, они не обязательно такие маленькие. То есть это всё действительно про размеры.

Вот у меня в телефоне чип, и у меня в микроволновке, например, тоже есть чип, я 100% знаю, потому что там время показывается, оно без чипов не работает. И там, и там одинаковые чипы?

Нет, они, конечно, разные, да, для разных задач разные чипы. То, что вот у вас в микроволновке, скорее всего, произведено где-то в Европе, и он очень большой, на мой взгляд.

Удивительно, в Европе, типа, не самое крутое.

Это там, ну, 500 нанометров. Это прям очень много. Ну, то есть в 100 раз больше, чем 5 нанометров. иногда доходят до микрона совсем уже Legacy, так называемые старые технологии, которые, кстати, имеют свои плюсы тоже, потому что они очень надежные и проверенные.

Скорее всего, в космос ты до сих пор с ними летаешь.

Да, в космос. Часто, да, действительно вот прям такое старенькое, большое. То, что в телефоне, оно несколько нанометров в зависимости от поколения. В автомобилях ездят чаще всего 28 нанометров, но сейчас появляются и 14, тоже 65 нанометров. То есть автомобильная индустрия, она довольно долго была консервативной, и они использовали очень старые чипы, за что поплатились во время полупроводникового кризиса, потому что никто их не делал, но оборудование уже. Для их производства тоже никто не делал,

им пришлось переходить на более современные процессоры.

Да, на более современные. Плюс, чем меньше процессор, он же маленький, но функциональный, он занимает меньше места, потребляет меньше энергии для выполнения... И кремния для

него нужно меньше, потому что она... И

кремния меньше нужно, и энергии меньше, особенно для электромобилей релевантно. То есть они тоже уже сползают вниз, но еще не настолько, как телефоны.

Какие компании умеют делать самые мощные, самые крутые чипы?

Самые крутые чипы— это всегда TSMC, Samsung, в непромышленных масштабах Intel пытаются, то есть... Intel в непромышленных масштабах—

это вообще где мы живем? А, 2026 год, понятно, все окей.

Да, да, да, к сожалению, но они пытаются. TSMC, Samsung, Intel, да.

Почему так мало-то?

Очень дорого и долго. То есть нужно огромные вложения капитал инвестмент, капекс для того, чтобы построить. То есть нужно много земли, нужно вот это вот всё разровнять, чтобы оно всё было красивое. нужно построить сам фаб. 60% где-то от цены— это стоимость оборудования, которое туда заходит. Это тоже очень дорого. Плюс ты его не построишь, условно, в пустыне, потому что нужна инфраструктура. Его же постоянно нужно обслуживать, оборудование ломается. Нужна электроэнергия. Между прочим, фаб потребляет, как, ну, небольшой город, приблизительно имели вам квартир. нужно электроэнергии туда засунуть до 20 тысяч кубометров воды в день. То есть нужно очень много воды для охлаждения, для процессов, которые внутри находятся. То есть мощнейшая инфраструктура. Из-за этого очень сложно новым игрокам появляться, потому что нужно не только денег, но и вот всё вокруг вот этого. Ну и, конечно, огромное количество людей, которые должны там работать, инженеров и прочего. Дорого— раз. Инфраструктура— два. Время, когда у тебя инвестмент окупится, оно тоже очень долгое. Как я уже сказала, несколько лет строить, потом несколько лет оптимизировать процесс, потом нужно начать продавать, и только тогда это всё окупится. То есть чаще всего новые фабрики строят уже существующие игроки, либо новые игроки появляются с большим количеством субсидий от государства, потому что Обычно государство— это единственный игрок, который может позволить себе столько денег вложить и так долго ждать, пока они обудутся.

Просто безумие, честно говоря. Горизонт планирования должен быть десятилетиями.

Да, это действительно так, он очень долгий.

Еще одна вещь, к которой я обратил внимание. Ты рассказала, что чип за свою жизнь проезжает несколько стран, а устройство для него вообще типа собирается из всего мира. Вообще кажется, что эта система очень хрупкая. Вообще звучит, как очень хрупкая система.

Да.

Что будет, если какое-то здесь звенье в цепи нарушится? Такое же вообще происходило?

Будет грустно. Ну всем. То есть я согласна абсолютно. Это очень хрупкая цепь и очень много место, где это может сломаться. Одна в мире компания, которая производит литографию. Одна в мире компания, которая производит зеркала для литографии. Четыре в мире компании, которые могут современные техпроцессы делать. Несколько Несколько компаний, которые делают дизайн всего. Несколько компаний, которые делают подложки, если углубляться в химию, и фоточувствительные материалы, вот эти фоторезисты тоже. Три-четыре компании всего, которые их производят. То есть действительно очень большая зависимость. С одной стороны, это риск. С другой стороны, из-за того, что каждый игрок зависит от предыдущего, создает некоторую стабильность. То есть никто не заинтересован из них в том, чтобы эту систему ломать. Потому что если она сломается, то у тебя не будет либо поставщиков, либо покупателей. То есть все пытаются друг с другом работать. Но риски, конечно, есть. И вот, например, у нас же был полупроводниковый кризис.

Во время ковида, мне кажется, было.

Да, чуть позже. И это как раз пример, когда система не выдержала риск. То есть там, по-моему, есть много мнений до сих пор, как именно развивался этот кризис. Но, по сути, один из больших факторов был в том, что во время ковида недооценили поведение потребителей во время ковида. То есть считалось, что резко спадёт спрос, И поэтому некоторые игроки, они уменьшили, перераспределили свои мощности, причем небольшой даже процент, там буквально 5-10% от своих мощностей они перераспределили в другую область, потому что подумали, ну кто будет во время ковида покупать там автомобили или... что куда они будут ездить, а оказалось все наоборот, потому что все сидят дома, все нужны компьютеры, потому что все стали работать дома, все нужны автомобили, потому что общественным транспортом долго не воспользоваться. И создалась огромная дыра спроса и приложения, а вот эти мощности, как мы уже говорили, их нелегко перераспределять. Это не то, что я такая, вот завтра я буду делать современный чип, А потом несовременные. Это совершенно другое оборудование. И даже если одно одно и то же, если ты уже закамитился делать там какие-то полупроводники, то тебе же их нужно отправить своим покупателям. Это очень долго. Наращивать новую мощность— это ещё дольше. И вот таким образом вот эта дырка, она не закрылась, потому что нельзя было перераспределить, нельзя было быстро новых мощностей нарастить. И она стала расти, и, собственно, у нас был полупроводниковый кризис. Вот это один из примеров того, что может случиться.

Полное безумие. Это настолько какая-то супермедленная штука. Типа надо заранее сильно планировать, и тогда, дай бог, как бы всё получится. Я слышал, что Китай не владеет процессом производства самых продвинутых чипов, что США и западные страны даже не продают им станки, чтобы они не могли это скопировать. При этом вот совсем недавно, там несколько месяцев назад, я слышал новость, что у Китая получилось сделать эти самопрорывные чипы. Они все-таки научились, как они это сделали.

Да, но здесь нужно ещё раз напомнить о том, что когда мы говорим про индустриальное производство полупроводников, это не только про технологию, но и про экономику. Одно дело – это умение произвести небольшой полупроводниковый чип, другое дело – это произвести его достаточно дёшево, чтобы он был релевантен в вашем телефоне или компьютере, или ещё где-то.

То есть подковать блоху, это как бы хорошо, теперь подкуй мне 10 тысяч в месяц.

Вот именно так. И с Китаем тоже очень интересно. Действительно, есть ограничения сейчас геополитические, санкционные на то, что можно поставлять в Китай. Например, та же компания ASML, она не имеет права поставлять в Китай свои наиболее современные машины для производства самых маленьких чипов. Вот то, что нужно, чтобы сделать 5 нанометров, 3 нанометра, ещё меньше. Вот та самая экстремальная ультрафиолетовая литография EUV. Их поставлять в Китае нельзя. Можно поставлять не настолько современное оборудование, то есть Deep UV, то есть глубокий ультрафиолет, но не экстремальный. Там длина волны немного больше, соответственно, минимальная структура, которую вы можете нарисовать, она немного больше. Это оборудование в Китае есть. Дальше нужно, опять же, различать, могут ли они произвести наноструктуру, которая меньше 5 нанометров, 3 нанометров. Да, потому что помимо такой оптической литографии у них есть и научное оборудование. Есть, вот как я говорила уже, можно электронами рисовать вот эту картинку, можно ионами рисовать. Это будет очень медленно. Вы говорили о том, что литография оптическая производит две тысячи подложек, две с половиной тысячи в день. То вот электронами вы две сделаете. Очень медленно. Соответственно, это просто будет слишком дорого и слишком маленький объём. То есть чтобы нарастить достаточный объём, вам столько нужно будет этих электронных литографов, что вы половину Китая ими забьёте, и каждый из них довольно дорогой. Стратегия Китая, она на самом деле довольно интересная и, мне кажется, логичная. Во-первых, они очень хорошо занимают нишу в не таких современных чипах, то есть там 28-14 нм, У них есть SMIC— китайский плеер, очень силён в этом. У них есть свой производитель памяти— YMTC. И вот там они хорошее занимают место. То есть мы знаем, что у них сейчас нет возможности индустриального производства чипов 5 нм и ниже. Но для меня это не то же самое, что у них нет технологической возможности. Технологически где-нибудь в университете абсолютно уверена, что они могут. Почему нет? электронами или ещё чем-то, но не в промышленном масштабе.

Удивительно вообще, так круто стало наконец-то понятно, что значит иметь возможность. В принципе, я могу в прыжке как бы развить большую скорость. Пробежать так в марафон? Нет, сорян. Да, да, именно так. Ты рассказала, что очень много игроков из разных стран вместе соединяются. Для меня это звучит немножко как магия, то, что вот это все вместе сошлось в этом одном чипе, и я, блин, за какие-то 500-600 евро купил себе его и в карман положил. Это вообще взрыв мозга. Но участвует ли в этом процессе Россия как-то?

Россия участвовала до наложения санкций, насколько я знаю, потому что есть Elbrus процессор, где Россия делала дизайн, а вот TSMC, например, делала производство.

Ничего себе, прям как Nvidia они делали.

Да, такой же игрок, как и все остальные, со своим дизайном, который фаундри TSMC производила. Сейчас, насколько я понимаю, это уже невозможно, сейчас этого нет, но для меня вклад России в это, это в том числе научная база, потому что в России отличные университеты, у нас есть электронная литография, на которой можно тестировать различные способы произведения наноматериалов. У нас в России есть ресёрч-центры Samsung, например, есть Huawei, есть Micron, есть Зеленоград, где пытаются разработать новый источник излучения, как раз синхронный, что с точки зрения длинной волны ещё лучше.

Умеет ли Россия вообще производить эти чипы? Я даже понял, что это вопрос тонкий, на самом деле. Типа, можем ли мы в принципе, или можем ли мы промышленно? Теперь, когда мы не можем заказать их на Тайване, где их делают? Вообще, делают ли в России чипы?

Ну, есть завод «Микрон». Там, насколько я помню, 65 нм, который можно использовать в автоиндустрии, в транспорте, в банковских картах в некоторых. Там вот «Карта Мира» наверняка там производят. То есть там действительно есть и дизайн, и производство. С более современными пока сложно. Сложность, ну вот, наверное, уже становится яснее из описания. Сложность в том, что нужен доступ вот этой глобальной цепочке поставок, и очень сложно компенсировать в рамках одной страны всю эту цепочку.

Знаешь, то, что ты сейчас описала, это уже неотличимо от магии. Но я тебя все-таки спрошу.

Согласна.

А что происходит в индустрии? Ждем ли мы каких-то прорывов? Или мы уже в каком-то смысле вышли на плато и просто будем там чуть-чуть маленькими шагами, может быть, что-то изменять? Ну, принципиально, но уже ничего не будет.

Мне нравится анекдот. этим связаны. Для этого, чтобы не анекдот, мне нужно немножко рассказать про закон Мура. Я уверена, у вас во всех подкастах кто-нибудь упоминает.

Расскажи еще раз, это хорошая штука.

Обнаружил закон, что количество транзисторов в одном чипе удваивается каждые 2 года. Он сам считал, что его закон не проработает дольше 10 лет. То есть он посчитал, к 75 году уже 65 тысяч транзисторов, но это что-то на нереальном, на невозможном. Точно нет. Вот 5-7 лет максимум. 60 лет прошло

Да.

Количество людей, которые говорят, что закон Мура закончился, увеличивается в два раза каждый год.

А он всё есть и есть?

А он всё есть и есть, да. Я не верю в конец закона Мура, в какой-то ближайший обозримый. Моя вера в науку и в ресёрчеров, да и в целом это видно. То есть, несмотря на квантовые эффекты, несмотря на уменьшение транзисторов, всегда есть ещё варианты, куда мы можем пойти, есть трёхмерные структуры. И мы точно ещё не все возможности использовали трёх измерений для создания чипов. Я не думаю, что… именно стандартная CMOS индустрия называется, что эта стандартная кремниевая индустрия умрет в каком-то обозримом будущем. То есть я довольно оптимистична, и даже что такой стандартный скейлинг, что уменьшение транзисторов, какие-то интересные трехмерные архитектуры, интересные advanced packaging архитектуры, потому что мы уже можем рассматривать чип кусочек кремния, а как целую систему, вместе с другими чипами, вместе с сенсорами, в случае AI и вместе с фотонными соединениями для передачи данных. Вот это всё будет продолжать уменьшаться, и там ещё довольно много всего можно сделать. Параллельно с этим, естественно, появляются новые интересные идеи. То, что сейчас сильно развивается благодаря центрам обработки данных и искусственному интеллекту, Это фотоника, мы уже переходим на передачу данных внутри одного центра обработки данных, между стойками и между центрами обработки данных с помощью фотонов, а не электронов. Фотоны, они прекрасные, они еще меньше, еще быстрее, еще меньше энергии потребляют.

И не нагревают нашу технику.

Да, и не нагревают нашу технику, это прекрасно. Некоторые проблемы, чтобы построить прямо логику на фотонах, пока еще не решены. Но как бы фундаментально я не вижу причин, почему бы эта индустрия закончила свое существование. На мой взгляд, еще есть куда развиваться и есть к чему стремиться.

Обалденно! Диана, я тебе безумно благодарен. Очень классный разговор, прям ничего даже менять не хочется. Спасибо тебе большое, что пришла.

Пожалуйста.

Это был подкаст «Запуск завтра» и делаем мы его в студии либо-либо. Над эпизодом работали редакторка Рита Берденникова, продюсеры Данил Остапов и Аня Коваленко, монтажер Арсений Фильцев. За джингл спасибо Алексею Зеленскому. Если вам понравилось это видео, не забудьте нас поддержать лайком, комментарием и подпиской. Мы читаем все комментарии, а на многие отвечаем. До встречи в следующий четверг. Редактор субтитров А.Семкин Корректор А.Егорова