Výroba mikročipů a nedostatek

Úplně náhodou jsem narazil na tohle fantastické video ukazující celý proces výroby (s výjimkou odlévání křemíkových krystalů* a řezání waferů) – až je mi líto, že jsem ho neznal dřív, když jsem učil. Je to poněkud zvláštně stylizované promo z 80. let od britského výrobce Ferranti, který dělal zákaznické obvody do všeho možného a průměrný našinec je mohl najít například v domácím počítači Sinclair ZX Spectrum, ale někde od poloviny videa postupně popisuje jednotlivé kroky výroby.

V té době byli Britové schopni vyrábět čipy v podstatě na světové úrovni. V socialistickém Československu se čipy také vyráběly (včetně mikroprocesorů pro počítače). Technologicky jsme sice byli asi tak šest let pozadu za západem, ale ani to nebylo úplně špatné. Samozřejmě jsme v tom nebyli tak úplně soběstační – používali jsme velký počet výrobních zařízení dovezených z kapitalistických zemí a taky jsme si od nich licencovali návrhy některých čipů (baví mě také, když dnes v dobových socialistických reportážích v laboratořích poznávám například kvalitní měřicí přístroje od HP). Dnes je situace taková, že Evropa se postupně vzdala snahy držet krok se zbytkem světa a využila možností globalizace, kdy si výrobu může zadat někam jinam. Moorův zákon říká, že každé (zhruba) dva roky se zdvojnásobí počet tranzistorů v procesorech (resp. vysoko-integrovaných čipech). O tom slyšel kde kdo a plus mínus to platí už několik dekád.

IC-cost-per-100M-gates

Co se tak moc neví, je ovšem fakt, že už delší dobu roste cena rychleji, protože od 28nm procesu neklesá cena za tranzistor. Občas se mluví o tzv. druhém „Moorově“ zákoně, který říká, že cena za výrobní závod na vysoko-integrované čipy se s pokročilejšími výrobními procesy zdvojnásobí každé čtyři roky. Dnes postavení takového závodu (s 10nm procesem) vyjde přibližně na 30 miliard dolarů (když víte, co děláte). V roce 2025 se očekává cena více než 70 miliard dolarů. S tím, jak se zmenšuje výrobní proces, abychom si udrželi náš nekonečný růst známý z ekonomických teorií, se také zmenšuje počet firem, které dokážou držet krok se špičkami v oboru. Výsledkem je, že dnes je továren na tak pokročilé čipy už jen velmi málo a zásobují celý svět. Ani pevninská Čína nemá zdaleka tak pokročilé technologie jako ti nejlepší například z Taiwanu. Dost často země, které mají nějaký starší výrobní proces, jej ve skutečnosti koupily kompletně včetně výrobních zařízení, když některý z hlavních výrobců přecházel na novější. Mají to pak třeba pro vojenské účely, protože jinak je poměrně snadné, aby taková věc byla prodělečná (tohle je případ Ruska).

IC-sales-per-market

V diskusích pod články o nedostatku čipů v autech čtu, že bychom si měli nějakou fabriku rychle postavit – „a vůbec, jak je možné, že tu ještě nestojí, když o problému se ví skoro rok?“ Zní to jednoduše, ale udělat konkurenceschopnou fabriku v tomto oboru je nesmírně těžké. Speciálně když dnes automobilky chtějí spousty pokročilých asistentů a předhánějí se v tom, kdo nabídne sofistikovanější funkce. Bude to stát ohromné množství peněz a výsledek nebude za normálních okolností ještě dlouho konkurenceschopný. Firem, které jsou schopné dodat potřebné vybavení, je velmi málo a jsou spíše v jiných částech světa. Pak je tu problém, že za samotnou výrobou je rozsáhle know-how, které si všichni střeží v tajnosti. A nakonec je problém sehnat i vhodné lidi. Ostatně i AMD nakonec raději prodalo vlastní továrny a začalo vyrábět u TSMC – na konferencích pak výrobce otevřeně přiznával, že to byl nutný krok, pokud chtějí konkurovat Intelu. Tohle prostě není jen nějaká montovna. Jestli něco vím naprosto jistě, tak že vlastní výroba čipů se automobilkám zcela jistě nemůže vyplatit.

Možná se s tím bude snažit něco dělat EU, ale třeba to dopadne jak s jadernou fúzí a ITERem, kdy nás nakonec asi předběhne jak Čína, tak USA. Evropa má obecně zálibu v tom být na něčem závislá. Závislí jsme ostatně i na ropě a usilovně pracujeme na tom, abychom nebyli soběstační ani v energetice.

*) Najít pěkné video s výrobou křemíkových krystalů je problém. Trochu je to vidět zde na začátku:

(Mimochodem, firma Ferranti skončila začátkem 90. let, když koupila americkou firmu ICS, ze které se vyklubal solidní podfuk. Problémy, které tato akvizice vytvořila, nakonec poslaly firmu do bankrotu. Divize s mikroelektronikou byla předtím odprodána. Továrnu zavřeli v roce 2004.)

Komentáře k článku

  1. 1. klusacek  27.9.2021  12:10:22

    Nevis ktere navrhy chipu melo CSSR licencovane, jak pises? Ja spis slychaval ze se to kopirovalo — chip se rozpozdril a pak odbrusovali jednolive vrstvy a obrazky z mikroskopu prekreslili a zmensili, cim ziskali vyrobni masky. Kdyz to slo, tak se to vyrobilo podle takto ziskanych dat, kdyz to vyrobni postup Tesly neumoznoval, tak navrhli jinou implementaci se stejnou funkci.

  2. 2. Aro  27.9.2021  14:35:47

    Otec dělal výrobního ředitele v Tesle. Dělali tam i čipy. Šlo to dobře. Teslu poslali do bankrotu Španělé, nejdřív to chtěli odkoupit, pak získali detailni přehled o možnostech, pak firmu položili mezi jinýma tím že šli nějakou dobu těsně pod jejich výrobní cenu… nějaké licence otec nikdy nezmíňoval, dělaly se jednoduché čipy, a nevím na co by někdo brousil čipy – ale možná o tom ví někdo něco ví víc, ale otec pravidelně jezdil na západ do různých fabrik, kde se zaplatilo za to že se podělili o knowhow, stejně jsme byli pár let pozadu, němci si vydělali a tady je nikdo neohrozil.

  3. 3. Kamil2  28.9.2021  19:03:32

    Vidím to šířeji a obecněji. Jako proces deindustrializace, s na to navázaným úpadkem kvalifikace, reálného vzdělání… Decivilizace.

  4. 4. klusacek  28.9.2021  20:23:36

    [2] Dik za zajimave informace. Na prumyslovce me ucil clovek, ktery ve vyzkumnem ustavu sdelovaci techniky takove rozpouzdrovani delal. Ale ne pro ucely kopirovani, ale pro ucely diagnostiky vyrobnich vad. Pomoci 300°C horke H2SO4 a takoveho pripravku z teflonu umeli otevrit integrac s plastovym pouzdrem, tak ze se odhalil chip, ktery zustal neporusen, vcetne privodnich dratku (spojujicich chip s vyvody obvodu), takze ho bylo mozne pripojit na napajeni a testovat.

    To znamena, ze technologie na rozpouzdreni tu rozhodne byla. Ostatni informace jsou spis jen takove anekdoticke, jako treba ze Intel 8080 byl jeden z tech obvodu, ktere zkopirovali (https://www.cnews.cz/historie-ceskoslovenskych-mikropocitacu-prvni-krucky-v-dobe-totality/) nebo, ze po nas nekdy kolem roku 2000 chtely USA vymahat usle zisky za tyto, za komunistu ukradene navrhy (ani nevim jak to pak dopadlo).

  5. 5. Kamil2  1.10.2021  12:17:46

    Potíž, že hustota se blíží blíží atomární úrovni. Potřeba vysoké čistoty. Obtížnější chlazení. Nižší životnost. Vyšší citlivost na ionizující záření. Proto nižší hustota pro použítí v kosmu.

    Konstrukci PC považuji za zastaralou. Deska s ventilátory, na které je všechno, uvnitř bedny s ventilátory. Místo aby procesor a grafika byly samostatné moduly připevněné na chladiči jako součásti konstrukce bedny. Bez potřeby aktivního chlazení.

  6. 6. Ladis  2.10.2021  4:56:19

    [5] Servery mají větráky profukující všechny karty s čipy, které tak mohou být nízké a bez větráků. Sám mám workstation desktop, a tam taky není na CPU Intel Xeon větrák – bedna má vlastní vepředu, který fouká na jeho pasiv.


Napsat komentář