Развлекательно-познавательное 1⁠⁠

Доброго времени суток! Некоторые читатели жаловались, что последнее время сообщество превратилось в платформу для жалоб и лента пестрит сплошным негативом, "а вот раньше можно было узнать что-то новое и интересное". Поэтому сегодня я попробую разбавить новостную ленту чем-то новеньким (надеюсь), ну а дальше как пойдет.

В то время, как наши космические корабли бороздят просторы вселенной... "начинку" этих кораблей кто-то создает. И не только кораблей. Конечно, можно жить в счастливом неведении и как в детстве представлять, что все непонятное создают маленькие эльфы, живущие в пряничных домиках, а можно проявить немного любопытства. Для тех, кому интересно, прошу следовать вниз по тексту и предлагаю ознакомиться с профессией разработчика интегральных схем (ИС), а также с кратким маршрутом создания микросхемы.

Внимание! Динозаврам схемотехники вход не воспрещен, но учитывайте, что данный текст создан "для общего развития" и носит развлекательный характер.

С чего все начинается? С идеи? Ничего подобного. Сидит себе в уютном светлом кабинете человечек, мониторит рынок микроэлектроники и думает, что же такого навоять, чтобы спросом пользовалось да денежку приносило, а в идеале найти такую полочку на рынке, которую еще никто не занял. Как только полочка найдена, нужно сесть, просчитать затраты денежные\временные\трудовые. Если фирму все устраивает, разработчику отправляют техническое задание (ТЗ).

Итак, получает Вася Цветочкин ТЗ: "Разработать инвертор". Инвертор эта такая штука из транзисторов, которая делает все наоборот. Было у вас высокое напряжение на входе, значит на выходе оно станет низким (нулем). Вася парень ответственный, поэтому перед разработкой лезет в гугл-шмугл, находит там схему:

И... старательно перерисовывает ее в специализированной программе. Программа очень умная, позволяет изменять кучу параметров и моделирует сотни различных ситуаций. Вася сидит денек-другой и методом Подгониана обыкновенного находит нужные параметры, при которых принципиальная электрическая схема (штука на картинке) работает как задумывалось в ТЗ.

Следующий этап сделать из схемы на бумажке, схему реальную. Вот тут нужно обладать творческой жилкой и любить головоломки-лабиринты, возможно художественная школа тоже пригодится. Ибо то, что нарисовано на принципиальной схеме - просто красивые значки, удобные для понимания.

Небольшое отступление.

Основным материалом микроэлектроники является кремний (Si_14 в таблице Менделеева). Так знаменитая "Силиконовая долина" именно из-за использования кремния при производстве полупроводниковых приборов получила свое название (хотя правильнее было бы говорить "Кремниевая долина" так как, существует несколько забавная на мой взгляд путаница с другой долиной, которая связана с теми самыми силиконовыми имплантами). Кристаллический кремний особым образом переплавляют и разрезают на вот такие глянцевые пластины:

Далее пластины попадают в шаловливые ручки технологов производства, где их ждут все 50 оттенков различных кислот, воздушные ванны и приятное времяпрепровождение в печах. Технология производства - это отдельный раздел шаманизма, который иногда в прямом смысле работает по принципу "на глазок". Не шутка. Берется пластинка, окунается в лоток с кислотой и дядя в халатике по цвету определяет сойдет или еще разок окунуть. Конечно, автоматизированные системы производства есть, но автоматика может далеко не все. В общем именно на такой пластине слоеным пирогом из различных металлов вырастает реальная микросхема.

Возвращаемся к инвертору. А именно к этапу топологического проектирования. Наша дико симпатичная и нереально умная программа переводит электрическую схему на уровень топологии. Топология - карта размещения слоев различных металлов (из которых состоит транзистор) на кремниевой пластине. В программе она будет выглядеть примерно так:

Разные цвета - различные металлы. В примере приведен простенький элемент, на деле же топология микросхемы может выглядеть так:

Где-то там среди сотен полосочек и квадратиков спрятаны сотни инверторов. Помните про необязательную, но желательную творческую жилку? Металлы располагаются друг над другом в десяток слоев, существуют правила проектирования, которые жестко ограничивают минимальные расстояния между металлами и определенными областями. И вот сидит себе разработчик и играет в паучка, который может плести свою паутину только по правилам, да еще и место надо экономить, ибо каждый микрометр пластины стоит больших денег.

Проходят дни, пролетают года (это если схема очень большая и Цветочкин у нас в компании работает один) и вот, наконец, топология готова. Слава богу, в качестве примера выбран инвертор, а его нарисовать дело тридцати минут, поэтому Вася у нас мхом не зарос и не поседел за время разработки схемы. Любуется Вася на свое творение и тыкает на кнопочки все в той же программе, заставляя дико умное произведение программистов выполнять различные проверки на соответствие правилам проектирования, соответствие топологии принципиальной электрической схеме (а то вдруг на схеме у вас один вход, а на топологии вы два приляпали, отвлекшись на видосик на ютуб?), ну и еще пара специфичных проверок. Если все "ок" и окно со списком ошибок не вылетело, то можно танцевать победный танец.

Далее все Васино творчество собирается в папочку и отправляется на производство. Изготовление микросхем - длительный процесс. Отдать на фабрику схему можно в марте, а получить где-нибудь в октябре. Опущу некоторые детали и перейду к пункту, когда Вася Цветочкин посылочкой получает свою прелесть в корпусе для испытаний.

Вот тут настало время пыточной испытательной комнаты. Вася неспешно раскладывает на столе пинцеты, специальные прищепки с проводами, включает генераторы сигналов и в торжественной обстановке, под любимую музыку приступает к ритуальному сожжению тестовой схемы.

Вероятность выживания схемы после испытаний зависит исключительно от фанатизма Васи. Все свои действия разработчик отражает в отчете с кучей графиков, на основе которого потом делается заключение о разработанной схеме и пишется спецификация к оной.

Собственно на этом все. Вася Цветочкин свое дело сделал и может идти дальше залипать на ютуб до следующего ТЗ.

Если находите очепятку - пишите, картинки честно позаимствованы в поисковиках, ТЕКСТ РАЗВЛЕКАТЕЛЬНО-ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЙ. Для серьезного подхода к вопросам разработки ИС  требуется некоторая база знаний, не доступная широкому кругу лиц. Это первая попытка рассказать о серьезных вещах простыми словами (ну надеюсь, что простыми).