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美国断供芯片后 俄罗斯决定从头开造光刻机(组图)

新闻来源: 量子位 于2022-04-11 3:42:29  提示:新闻观点不代表本网立场

被美国全方位芯片制裁后,俄罗斯竟然要开造先进制程光刻机了?!



是的,就是那个芯片制造中最最最核心的设备(甚至没有之一),全球仅一家公司ASML有能力生产最先进EUV级别,一台能卖好几亿元、核心技术被美国垄断的光刻机。

而且,这次俄罗斯的计划,看起来有点像那么回事——

有人、有钱、有目标。

人,项目由有着苏联硅谷中心之称、以微电子专业见长的俄罗斯莫斯科电子技术学院 (MIET)承接。

钱,首期投资6.7亿卢布资金。

目标,挑战当前最先进的EUV(极紫外)级别。



△只能看懂一个28nm但即便如此,因为制造光刻机登天之难、以及俄罗斯的资源储备,网友们对这个消息并不太信:

确定不是个玩笑?!





巧的是,就在这消息放出前一天,俄罗斯最大芯片制造商Mikron被美国制裁。更早之前,俄罗斯为数不多的其他几家芯片厂也已经全方位被制裁。

所以现在的俄罗斯芯片,到底什么水平?真的能有底气搞出先进制程光刻机吗?

无掩膜X射线光刻机?我们先来看看计划本身的难度如何。

据俄媒报道,俄罗斯工贸部委托MIET开发“一种无掩膜X射线光刻机”,跟日常我们提到的EUV光刻机还有点不同。

首先的不同在于光源的选择。

一种是极紫外光线,波长在13.5nm;而X射线波长介于0.01nm到10nm之间。

按照现有的常见思路,光刻机是特定波长的光透过用来放大的掩膜,再通过透镜的缩小,将集成电路图精确“投影”在硅片上。



为了精确“投影”,光刻机需要实现极高的曝光分辨率,以及极高的重复定位精度。

前者最有效的方式之一,就是改变光源的波长。

根据光学上的瑞利判据(Rayleigh Criterion),一个光学系统能够分辨的尺寸正比于光的波长。

因此,理论上以及从光刻机历来发展(波长变得越来越短)来看,X射线光刻机显然要比EUV光刻机更好更先进。

但因为它的穿透性太强,用普通透镜无法进行放大和缩小,因而现阶段无法实现投影光刻。

当前应用更多是在于直写光刻,这也是本次俄罗斯计划的选择——无掩膜。

这种方式其实很早就有了,就是直接用强激光束将所需电路一点点刻出来。

这个效率着实有点低,要想刻出纳米级集成电路,不知要等到猴年马月。

至于以EUV为代表的投影光刻,他们认为成本高昂和工艺复杂,仅在量产方面具有竞争力,因此只适用于英特尔、三星、台积电等这种少数的全球企业。



△带有X射线反射系数控制的无掩模 X 射线光刻安装方案这样看来, 无掩膜光刻本身并不难,难就难在X射线工艺以及效率的提升上。

但当前全球尚且还没有任何一家机构能够解决这个问题。这也是他们提出这项计划的原因。

按照计划,他们将完成对主要技术解决方案的验证——基于动态掩模模型的制造和两项控制实验研究。

最早于今年11月开发动态掩膜的技术和模型,以及原型光刻机的技术规范和可行性研究,工艺要达到28nm及以上。



△带有 X 射线透射率控制的无掩模 X 射线光刻安装方案除此之外,官方没有透露该计划的更多细节。

“是全世界都在帮荷兰ASML”看完了计划本身,也就多少能理解为什么更多人依然疑问满满:

俄罗斯造光刻机,这事儿到底靠谱吗?

毕竟俄罗斯有很多高科技,总是雷声大雨点小……



不过也有人表示,俄罗斯的黑科技点不亮,难点在于缺钱、缺工业基础,理论方面还真的不一定落后。



这次光刻机研发计划,其相关研究最早能追溯到上世纪80年代。当时他们就已经在研究制造光源了。

1984年,泽列诺格勒科学中心受到政府指派,开始研发同步辐射加速器。

这个研究所,来头可不小。它后来被并入大名鼎鼎的库尔恰托夫研究所,苏联第一颗原子弹、第一颗氢弹、欧洲第一座原子反应堆、世界上第一作原子能发电站,都是从这个研究所走出来的。

但好景不长,这台加速器的研究在开展4年后就暂时被中止,直到2002年才再次试运行。

现在,俄罗斯打算基于这些技术积累,围绕这台加速器专门建立一个技术中心,并预计在2023年正式投入使用。

至于无掩膜光刻,他们一开始其实并没有选择这一路径,甚至还一度与ASML平齐。

早在2010年,ASML出货第一台预生产的EUV光刻机时,俄罗斯一个物理研究所IPM(RAS)也在开发EUV的系统及元件,以及装置原型的搭建。

其中开发人员还提出了辐射源设计的原始解决方案,部分还应用到了ASML光刻机上。

然鹅,这个项目在布局阶段就结束了。

RAS首席研究员、苏联国家奖获得者、多层X射线光学系主任Salashchenko Nikolay透露了原因:

一个国家无法单独拉动这项工作。而全世界都在帮助荷兰(ASML在荷兰) 。



于是,他们就开始寻找其他路径,在无掩膜式光刻机上迭代工艺就是其中一种。

之所以让MIET承接,是因为此前MIET跟一些机构合作中,在无掩膜EUV光刻机上有过研究进展。

2002年,MIET中主要从事纳米电子器件研究的研究中心成立。

研究领域覆盖X射线器件、微机电系统和纳机电系统——这些技术都与研发光刻机密切相关。

并且已经开展了部分研究,比如“基于微聚焦X射线管列阵的软X射线源研制,适用于10nm无掩膜光刻机”,就是其中之一。

这项研究由RAS微观结构物理研究所的Nikolay Chkhalo教授牵头。

他目前是该研究所的实验室主任,发表论文200多篇,主要研究领域为X射线光学、光学干涉测量等。

综上可见,从理论基础这一角度来看,俄罗斯搞光刻机这事儿也不能说完全不靠谱。

不过值得一提的是,在俄媒最近的报道中也直言,光刻机计划晚了15年。

如果这一计划在15年前启动,或许俄罗斯现在不会面临如此大的微电子技术威胁了。





最大芯片制造商只能做公交卡芯片值得注意的是,就在这消息大范围传开的前夕,美国财政部宣布冻结俄罗斯21家实体企业、13个人的在美资产。

其中一家芯片厂公司进入大家的视野。

Mikron,俄罗斯最大的芯片制造商、微电子制造商和出口商。而这也就意味着,俄罗斯芯片厂目前几乎已被全线制裁。

因此现在宣布这项光刻机计划,一方面是给俄罗斯国内注入一场强心剂。

另一方面,从现有的俄罗斯芯片水平来看,更有迫在眉睫之势。

以Mikron为例,就可见一斑。

从官网给出的产品目录中可以看到,该公司可实现最高65nm工艺,主营银行卡、公交卡之类的RFID以及电源管理芯片。



还创下了不少个第一:180/90/65nm工艺第一制造商、用于身份证件的芯片模块第一制造商、第一出口商,占俄罗斯微电子产品出口的54%。



这家公司的历史,可以追溯到前苏联——上个世纪六十年的分子电子研究所(NIME)。

当时,微电子技术并在热火朝天的发展。苏联国家技术委员会意识到建设微电子产业的必要性,开始大举组织研究所和工厂。

NIME就是其中之一。

不到两年时间(1966年),在实验车间生产的微电路产量就达到了10万片。

随后在第二年,依照政府命令,Mikron工厂从研究所中脱胎出来,致力于生产集成电路。

当时诸多技术均属于国内首创,比如砷化镓微电路平面技术、发射极耦合逻辑的IC晶体、大规模使用的数值和模拟集成电路……

1970年,Mikron已经为各个行业制造了超350万个微电路供应,之后还陆续用在国防、超级计算机等领域。

在整个半导体行业中,苏联的微电子技术在全球排名第三,仅次于美国和日本。可以说,这时候的Mikron乘着时代之风快速前进。

不过,这种势头很快就因为苏联解体戛然而止——几乎所有的苏联计算机制造商都停止了运营,只有少数公司通过外国组件/技术转让得以幸存。

Mikron就是其中一个。



2006年,Mikron开始引入海外技术——意法半导体技术转让,使其具备生产180nm芯片的能力。并于2007年开始生产180nmEEPROM的集成电路。

随即,Mikron就开始生产接触式智能卡的芯片模块,很快就掌握了RFID交通卡的全流程生产,并开始为莫斯科地铁站供应。

同年,它还开始为电信行业生产SIM卡。

或许是尝到了甜头,Mikron再度与意法半导体展开技术转让合作。

据当时《半导体国际》报道,公司有意每年更新一代工艺,计划于2008年和2009年分别推出130nm和90nm的工艺。

不过据官网记载,Mikron仅在2009年实现了在200毫米晶圆上生产设计90nm工艺的集成电路。

在2012年才正式启动90nm微电子产品的生产。



自此,俄罗斯成为全球第八个拥有该技术的国家。相较于西方,已经远远落后了。

这时候,俄政府开始意识到了微电子产业的重要性。

先是制定了一众产业发展战略《2013-2025年电子工业发展规划》和《国防工业综合体发展规划》等,还积极采取一系列举措,比如尽可能使用国产电子产品,开发CPU民用和军用两条线等。

Mikron也相应更改了路线,开始致力于自主研发180-90nm国产技术和独特产品,并创造新技术,包括65nm-45nm水平。

2014年,美国经济制裁(包括对敏感技术行业的打击)让原本脆弱的俄罗斯芯片制造雪上加霜。

即便在2015年,Mikron还勉强完成了65nm工艺的开发。

但之后就再也没有传来工艺制程迭代的音讯。

如今从规模上看,Mikron业务辐射全球,作为俄罗斯最大芯片制造厂确实不假。

不过能做的产品,早已定型——

运输及门禁RFID、物联网数据保护微控制器、智能水表等。

俄罗斯芯片厂几乎已被全线制裁前文提到,俄罗斯芯片制造商们,已经被美国制裁得差不多了。

不仅是最大芯片制造商Mikron,另一家制造商Angstrem-T甚至已经破产了一次。

还有设计厂商Baikal Electronics、MCST等等都被制裁折腾了个够呛,在“实体名单”里进进出出……

由这些公司构建起的俄罗斯半导体产业现如今究竟怎么个水平,又处于何种境况,我们也借此机会展开看看。

Baikal Electronics首先来看看号称是俄罗斯技术最先进的芯片设计厂商——Baikal Electronics。

在最新一轮制裁名单中,其母公司T-Platforms赫然在列。

Baikal Electronics能达到的制程为28nm,它起初基于MIPS架构,这两年转向ARM,支持运行俄国产操作系统Astra Linux。

其最近发布的处理器为Baikal-S,拥有48个核心,基准频率2.0GHz,最高加速2.5GHz,热设计功耗为120W,同时还整合封装了一颗自研的RISC-V架构协处理器。



而除了母公司被制裁,Baikal Electronics还要面临芯片无法出货的问题。

一直以来,Baikal Electronics的芯片都是由台积电代工。

在美国发布最新一轮制裁名单前,台积电方面已经表示,将不再为俄罗斯公司生产芯片,首当其冲的便是Baikal Electronics。

Angstrem-T同样跟Mikron有着悠久历史的芯片制造厂Angstrem-T,在2017年就遭到过制裁,并受到重创。

当时,Angstrem-T能拿出的最高制程为250nm。作为对比,这一年三星已经在量产7nm芯片了。

因受到制裁影响,Angstrem-T陷入债务危机,于2018年被俄罗斯国家开发银行VEB.RF收购;2019年,正式宣告破产重组。

但就在去年,这家公司传来一点起死回生的迹象。据报道称,他们已高薪聘请十数位专家帮助Angstrem-T重启产线。而且还计划从AMD采购设备,用来生产130-90nm的芯片。



MCST最后介绍的是芯片设计厂商MCST (莫斯科SPARC技术中心,Moscow Center for SPARC Technologies),成立于1992年,前身是列别捷夫精密机械与计算机工程研究所。

其旗下Elbrus处理器包含两条产品线,一条面向民用,架构基于Elbrus-2000架构(俄罗斯版本X86);另一条面向军用,架构基于SPARC,同样由台积电代工。

目前产品能达到的最高制程工艺为16nm。



但该系列芯片在实测中表现不佳,去年年底时,俄罗斯最大银行Sber技术部门在测试Elbrus-8C后给出的评价是:

内存不足、内存速度慢、核心数量少、频率低、完全不满足需求。

已有7万IT人员出走俄罗斯最后再回到现在,截至3月31日,美方公开的最新制裁名单中,涉及21个实体企业、13名个人。

当天白宫方面还表示,未来几天将会把120个俄罗斯和白俄罗斯实体加入名单,范围将扩大到航天航空、船舶和电子行业。

而从目前看来,第一波制裁造成的影响,已经远远超出芯片产业。

俄罗斯版谷歌Yandex就是代表之一。其旗下业务包括搜索引擎、云服务、网约车等等。

据报道,受到进出口限制,Yandex将会在未来1-18个月内面临服务器硬件短缺情况,自动驾驶业务也将遭受严重打击。

为此,它们正在寻求重组以降低被制裁风险。

同时还在和俄罗斯境内社交网络最大运营商VK进行谈判,打算出售其新闻部门、Zen社交平台,或者剥离自动驾驶业务。



更为深入的影响,还体现在人才上。

据报道,从2月底到现在,已经有7万名IT技术人员离开了俄罗斯。

俄罗斯通讯协会方面也承认了这一事实,并表示在4月时,离境的IT人员数量可能会达到10万人。

不过俄罗斯官方方面也一直有所应对。

除了前文提到的投入重金研发光刻机外,最近路透社报道,俄罗斯正在转向中国的微芯片制造商寻求供应,主要是为了解决其本土MIR支付系统相关的银行卡需求。
网编:空问站

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