Российский литограф уровня Pentium 4: зачем он нужен, если отстаёт на 20 лет

Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ) завершил разработку установки электронно-лучевой литографии с техпроцессом 150 нм, по сути, это первый серийный российский литограф для производства чипов, и сейчас два опытных образца проходят испытания. Заголовки уже окрестили её «литографом уровня Pentium 4», и формально это близко к правде: 150 нанометров это край технологий начала 2000-х. Но за этой цифрой прячется деталь, из-за которой сравнение с процессорами двадцатилетней давности вводит в заблуждение. О ней: ниже, а заодно объясним, почему гнаться здесь за 3 нанометрами не нужно в принципе.

Российский литограф, который рисует чипы без масок

Главная особенность установки: она работает без фотошаблонов. В привычной оптической фотолитографии рисунок микросхемы проецируется через маску сразу на всю кремниевую пластину, как через трафарет. Электронно-лучевая литография действует иначе: топология «рисуется» напрямую тонким электронным лучом, точка за точкой, линия за линией.

Это и есть безмасковая, или прямая, литография. Её ценность не в скорости, а в гибкости: не нужно изготавливать дорогой комплект фотошаблонов под каждый новый чип. Поменяли задачу: перерисовали топологию. Именно поэтому метод хорош там, где важны единичные образцы, а не миллионы одинаковых кристаллов.

150 нм и Pentium 4: почему сравнение и верное, и обманчивое

С цифрами всё не так однозначно, как в заголовках. Pentium 4 стартовал в 2000 году на техпроцессе 180 нм, в 2002-м перешёл на 130 нм, а в 2004-м, на 90 нм. Athlon от AMD проходил близкие узлы. То есть 150 нм это не какой-то один легендарный процессор, а «вилка» рубежа 2000-2003 годов.

Но вот что важнее нанометров: сравнивать e-beam-установку с массовым CPU некорректно по самой сути. Задача такого литографа для чипов не выпускать процессоры конвейером, а быстро делать прототипы и мелкие серии специализированных микросхем. Речь не о том, что «Россия делает чипы как в 2003 году», а о том, что появился собственный инструмент прямой литографии. Это разные истории.

До передового края: 3 и 2 нм, на которых работают тайваньская TSMC и другие мировые фабрики, здесь по-прежнему очень далеко. Но, на наш взгляд, в этой конкретной нише догонять их и не требуется.

Почему медленно: и почему это не проблема

Расплата за гибкость: низкая производительность. Раз луч пишет рисунок последовательно, а не проецирует его целиком, одна пластина обрабатывается несопоставимо дольше, чем в фотолитографии. Для массового выпуска процессоров это приговор: конвейер на такой установке не построишь.

Зато точность у метода очень высокая: в исследовательских установках она доходит до единиц нанометров. Поэтому во всём мире электронно-лучевую литографию исторически применяют не для тиражей, а для узких задач: изготовления самих фотошаблонов, научных исследований, разработки заказных микросхем (ASIC) и малых партий спецчипов. Медлительность здесь не баг, а честная цена за возможность рисовать что угодно без переоснастки линии.

Импортозамещение в микроэлектронике: оборудование, а не только чипы

Обычно про импортозамещение в электронике говорят на уровне готовых чипов: свои процессоры, свои контроллеры. Новость ЗНТЦ: про уровень глубже, про само оборудование, на котором чипы разрабатываются.

После 2022 года доступ к машинам мировых лидеров литографии (прежде всего нидерландской ASML) для России закрыт. В такой ситуации собственный литограф это в первую очередь суверенитет по инструментам, а не только по конечной продукции. Зеленоград исторически остаётся центром отечественной микроэлектроники: рядом работают «Микрон» и «Ангстрем», а массовое производство держится на уровне примерно 65-90 нм.

Безмасковая установка закрывает то звено цепочки, где строить огромную фабрику бессмысленно, быстрое прототипирование. Без этого этапа невозможно спроектировать и обкатать более современные чипы. Так что правильнее говорить не «догнали мир», а «закрыли важное недостающее звено».

Космос, оборонка и наука: где отечественный литограф реально пригодится

Назначение установки предельно прикладное: спецмикросхемы для научной, промышленной и космической техники. Это как раз те области, где чипы нужны штучно или малыми партиями, зато с особыми требованиями: радиационная стойкость для космоса, нестандартная логика для промышленных систем, закрытые разработки для оборонного сектора.

Массовым фабрикам такие заказы невыгодны: переналаживать конвейер под сотню кристаллов никто не будет. А вот прямая литография для этого создана: перерисовал топологию под новую задачу и запустил партию. Именно здесь независимость от импортных прототипирующих линий стоит дороже любых нанометров.

Обещанная в начале деталь, ломающая сравнение с Pentium 4, вот она: этот литограф в принципе не участвует в гонке за минимальный техпроцесс. Он играет в другую игру, где 150 нм и медленный луч не отставание, а рабочий инструмент для того, что фотолитография делать не умеет.

Частые вопросы

Это значит, что в России скоро появятся свои массовые процессоры на 150 нм?
Нет. Российский литограф предназначен для прототипов и мелких серий спецчипов, а не для конвейерного выпуска. Метод слишком медленный для массового производства.

150 нм это сильное отставание?
От передового края (3-2 нм), на два десятилетия. Но для задач прямой литографии: прототипы, космос, оборонка, гонка за нанометрами не главное.

Чем безмасковая литография отличается от обычной?
Ей не нужны фотошаблоны: рисунок наносится напрямую электронным лучом. Это дороже по времени, но гибче и дешевле для единичных образцов.

Источники

Exploit.media, о создании в России литографа для чипов уровня Pentium 4