106

Микросхемная война (6)

Продолжаем знакомиться с книгой Криса Миллера

Микросхемная война. Битва за самую критичную технологию мира.


Прорыв, совершённый Моррисом Чангом с его концепцией изготовления микросхем исключительно на заказ заставил задуматься многих: а стоит ли продолжать заниматься столь трудо- и капиталоёмким делом, как литьё микросхем? Каждое новое поколение сжирало всё больше денег и труда. Хоть и нельзя сказать это о всей индустрии: аналоговые микросхемы не были затронуты этим трендом. Здесь закон Мура не столь важен, как изощрённая схемотехника, и потому три четверти рынка сегодня делают по «древней» технологии 190 нанометров. Наверное, поэтому здесь мы имеем ситуацию, подобную началу девяностых: доминируют США, Европа и Япония. Другая ситуация с рынком DRAM, где вывоз производства в ЮВА стал обыденным делом. Лишь американский Micron сиротливо противится этой тенденции. Похоже дело обстоит и с NAND-памятью.


По мере вставания на ноги TSMC из Америки стало уходить и производство микропроцессоров. Пока у руля AMD находились динозавры наподобие Джерри Сандерса, компания считала интеграцию своим козырем. Джерри провозгласил на одной из конференций:

Слушайте меня хорошенько: настоящие мужчины имеют фабрики.

У настоящих мужчин и деньги были. А у кого их не было, тому не оставалось ничего другого, кроме чистого проектирования микросхем с аутсорсингом производства. Молодой стартап в нише компьютерной графики Nvidia начал свой бизнес с графическими процессорами в 1993 году в скромном Сан-Хосе. То были времена двухмерных картинок ранних Windows, когда идиотская скрепка в Ворде была способна заморозить весь компьютер. Помните?

Микросхемная война (6) Книги, Обзор книг, История, Микроэлектроника, Электроника, Цифровые технологии, Нон-фикшн, Видео, YouTube, Длиннопост

Clippy


Nvidia не только проектировала GPU для трехмерной графики, но и писала весь сопутствующий софт. Их процессора могли обеспечить мощный рендеринг за счёт более совершенных архитектур, приспособленных для параллельных вычислений. Не то, что интеловские поделки. Увидев в них перспективу, компания выпустила в 2006 году CUDA: систему для программирования своих GPU на Си для общих задач, а не только графики.


Так был открыт новый обширный рынок систем параллельных вычислений. Ведь без них не обойтись ни в вычислительной химии, ни в метеорологии. И уж тем более не обойтись в искусственном интеллекте. Так «ненастоящие» мужчины, сэкономив на строительстве заводов для своих микросхем, тем не менее смогли начинить своими процессорами большинство продвинутых дата-центров. Похожим путём шла компания Qualcomm, специализирующаяся на беспроводной связи. Сегодня без их патентов невозможно сделать ни один мобильник. Специализация в современном мире бьёт универсализм. Правда, и у аутсорсинга есть свои недостатки. А у кого их нет?

Через пять лет после ухода Джерри Сандерса на пенсию AMD выделил своё производство в отдельную компанию, которую назвали GlobalFoundries. Ей пришлось конкурировать в непростом окружении. Поколения технологии обозначаются по традиции шириной затвора транзисторов микросхем, которая, начиная с 1999 года, прошла вехи от 180 до 45 нанометров. Сужение затвора до таких расстояний привело к тому, что стали сказываться квантовые эффекты, а также появлялась постоянная утечка энергии из цепи. Чтобы противостоять этому, транзисторы пришлось проектировать не в двух, а в трёх измерениях. Технология 22 нм ознаменовалась внедрением нового транзистора под названием FinFET, который содержал уже несколько затворов. Он работал быстрее предыдущих и имел более высокую плотность тока.

Микросхемная война (6) Книги, Обзор книг, История, Микроэлектроника, Электроника, Цифровые технологии, Нон-фикшн, Видео, YouTube, Длиннопост

Двухзатворный FinFET


Но смастерить такую структуру было намного сложнее традиционной. У GlobalFoundries были неплохие шансы. Они унаследовали солидные производства в развитых странах. Многие клиенты были рады появлению конкурента TSMC, который, кстати, имел проблемы с процессом 40 нм. С Самсунгом многие боялись связываться потому у него имелся свой бизнес проектирования чипов. И тот мог подсмотреть секреты у конкурента, разместившего заказ в Южной Корее.


Однако Моррис Чанг не собирался сдаваться. Он организовал партнёрство со многими своими клиентами, капитализируя на своей нейтральности. Уйдя с поста директора, он не мог спокойно смотреть на то, как его преемник начинает экономить на всём и увольнять сотрудников. Чанг считал это пораженчеством в то время, когда айфоны начинают завоёвывать глобальный рынок. Он вернулся обратно, восстановил прямой контроль над компанией, вернул уволенных работников и стал тратить деньги на НИОКР и расширение производства. Всё это – в кризисные 2009-10 годы.


Кстати, об айфонах. У Джобса не было времени на проектирование и производство первого поколения, которое он заказал на Самсунге. Хватало в изделии и чипов других производителей: Intel, Wolfson, Infineon… С годами, однако, появился аппетит на разработку своих микросхем. Четвёртый айфон уже работал на собственном процессоре А4, созданного трудом американских, израильских и немецких специалистов.


Собирает же смартфоны по традиции Юго-Восточная Азия, главным образом Китай. В отличие от ПК, состоящего по сути из процессора с обвязкой и допускающего производство в узких географических пределах, смартфон нашпигован разнообразными микросхемами, каждая из которых имеет свою функцию и может происходить от разных производителей (как правило, с Тайваня или Южной Кореи). Apple делает свои процессоры исключительно на Тайване. Помните, читая вот это:

Микросхемная война (6) Книги, Обзор книг, История, Микроэлектроника, Электроника, Цифровые технологии, Нон-фикшн, Видео, YouTube, Длиннопост

Спроектировано в Калифорнии, собрано в Китае


В десятые годы сказал, наконец, своё веское слово жёсткий ультрафиолет. ASML удалось поставить на службу свет с длиной волны 13,5 нанометров. Это было выдающееся достижение выдающейся техники. Посудите сами: для генерации света в установке калифорнийской фирмы Cymer требуется обстрел углекислотным лазером производства немецкой фирмы Trumpf потока миникапель олова, чтобы те превратились в плазму. 80% энергии этого лазера уходит в тепло, потому можете себе представить, на какие ухищрения пошли немецкие инженеры, чтобы отвести его. Вентиляторы подвесили в магнитном поле, чтобы они не касались других частей, снижая надёжность.


Trumpf десять лет истратил на то, чтобы сделать лазер требуемой мощности и надёжности. Получившееся изделие содержало 457329 частей. Но лазера было, конечно мало. Нужно же его ещё направить на чип посредством системы зеркал. Жёсткий ультрафиолет плохо отражается. Ведь это почти рентгеновское излучение. За дело взялись профи фирмы Цейс. Пришлось комбинировать сотню чередующихся слоёв молибдена и кремния, каждый толщиной в сотню нанометров. Выверяла луч механика, способная попасть в теннисный мячик на Луне.

Микросхемная война (6) Книги, Обзор книг, История, Микроэлектроника, Электроника, Цифровые технологии, Нон-фикшн, Видео, YouTube, Длиннопост

Зеркальный блок Carl Zeiss


Как видим, главным умением ASML было не столько способность произвести (они делают лишь 15% своих частей), а собрать воедино и заставить работать вместе несколько тысяч подрядчиков. И заплатить им, конечно. Цейсс получил за разработку миллиард. Конструирование и производство машины жёсткого ультрафиолета поглотили десятки миллиардов долларов и десятки лет упорного труда. Оно того стоило, если посмотреть на конечный результат: устройство из сотен тысяч компонент, каждая из которых имеет средний срок службы не менее четырёх лет.


Такие масштабные траты с неясными перспективами потребовали серьёзного мужества у Морриса Чанга, Энди Гроува и других предпринимателей. Intel, TSMC и Samsung твёрдо собирались освоить жёсткий ультрафиолет. GlobalFoundries скупили производственные мощности у IBM и тоже намеревались приручить жёсткий ультрафиолет для своих процессов 7 нм. Но уверенность была не столь сильна. У них и с 28 нанометрами хватало проблем. Лицензию на 14 нм взяли у Самсунга. Короче, не хватило у них пороху (и размера), и в 2018 году работы по жёсткому ультрафиолету были остановлены. Минус один конкурент на рынке.


Кстати про Intel. В десятые годы компания продолжала потихоньку разбазаривать своё технологическое лидерство, упустив шанс разработать архитектуру для задач искусственного интеллекта. Они продолжали держаться за свою интегрированную модель с разработкой и производством в одной компании, упирая на оптимальную подгонку одного под другое. С задачей параллельных вычислений прекрасно справлялись графические процессоры разработки Nvidia. Эти процессоры пошли, как горячие пирожки. Их стали брать все IT-гиганты: Google, Amazon, Microsoft, Facebook, Tencent, Alibaba… Более того, эти гиганты и сами стали разрабатывать подобные чипы.


Монополия Intel на процессоры для дата-центров заканчивается. Новых рынков открыть не удалось. Соперничество с TSMC проиграно, несмотря на желание привлечь клиента со стороны по тайваньской модели: в десятых годах удалось найти лишь одного крупного клиента. Не удивляет, если учесть открытость TSMC в вопросах интеллектуальной собственности и конкуренцию Intel со своими потенциальными заказчиками. Доля, занимаемая на рынке, неуклонно снижается. Проблемы появились и в технологии: начиная с 2015 года переход на новые процессы с 10 и 7 нм несколько раз был отложен. Жёсткий ультрафиолет тоже идёт тяжело: к 2020 году половина всех машин, на которые кучу денег угрохал и Intel, стояла на Тайване, а у американцев ещё и конь не валялся. На рубеже десятилетий в мире осталось лишь два производителя самых современных процессоров: TSMC и Samsung. Оба – в ближайшем соседстве с Китайской Народной Республикой.

Книжная лига

16.6K поста68.6K подписчиков

Добавить пост

Правила сообщества

Мы не тоталитаристы, здесь всегда рады новым людям и обсуждениям, где соблюдаются нормы приличия и взаимоуважения.


ВАЖНЫЕ ПРАВИЛА

При создании поста обязательно ставьте следующие теги:


«Ищу книгу» — если хотите найти информацию об интересующей вас книге. Если вы нашли желаемую книгу, пропишите в названии поста [Найдено], а в самом посте укажите ссылку на комментарий с ответом или укажите название книги. Это будет полезно и интересно тем, кого также заинтересовала книга;


«Посоветуйте книгу» — пикабушники с удовольствием порекомендуют вам отличные произведения известных и не очень писателей;


«Самиздат» — на ваш страх и риск можете выложить свою книгу или рассказ, но не пробы пера, а законченные произведения. Для конкретной критики советуем лучше публиковаться в тематическом сообществе «Авторские истории».


Частое несоблюдение правил может в завлечь вас в игнор-лист сообщества, будьте осторожны.


ВНИМАНИЕ. Раздача и публикация ссылок на скачивание книг запрещены по требованию Роскомнадзора.

Подробнее