Las fundiciones de semiconductores son cosa del pasado. Reconstruye la industria informática si puedes

Obleas mucho más pequeñas y chips mucho más grandes

Las obleas más pequeñas requieren fundiciones más pequeñas, que deberían ser más resistentes. Esto llevará a las fundiciones a tecnología más antigua, por lo que los transistores serán más grandes.

Proceso

En pocas palabras, la fabricación de chips es "Construir una oblea de silicio, pasar la oblea por un montón de maquinaria altamente especializada".

Toda esta maquinaria debe existir en una sala limpia, porque la estática, el polvo, etc. dañarán el producto final. El alto costo de construir una fundición es en parte una función de la alta precisión de esas máquinas y en parte una función de construir y mantener una sala limpia.

El cambio

Entonces, en lugar de comenzar con una oblea del tamaño de un plato para servir (12 pulgadas de diámetro), regrese a los "buenos viejos tiempos" de la década de 1960 y comience con una oblea de 1 pulgada de diámetro.

¡Ahora puedes reducir todos los demás equipos!

El tamaño de su sala limpia debería reducirse, lo que debería hacer que sea mucho más económico construirlo y mantenerlo. Por lo tanto, la inversión es menor y la destrucción de su fábrica es menos catastrófica.

Una fundición más pequeña también debería ser más fácil de proteger: es más fácil de enterrar, más fácil de monitorear el perímetro, etc.

¿Pero no necesitarás más Fundiciones?

Sí.

Pero eso está bien: en lugar de construir unas pocas configuraciones de fotoliografía muy caras, construyes muchas baratas. Construye fábricas para construir tus fábricas de chips.

Claro, no podrá mantener la calidad; es por eso que opta por transistores más grandes, porque los requisitos de precisión son más bajos.

Resultado final

Probablemente terminaría con chips más caros y menos potentes, pero podría tener docenas de fundiciones repartidas por todo el país, cada una produciendo un volumen relativamente bajo de producto.

Me imagino que verías un regreso a las computadoras de los años 60 y 70 construidas con chips lógicos discretos (TTL en ese momento).

Si aún tiene acceso a la fabricación moderna a nivel de PCB y componentes simples, algo en la línea de proyectos retro-hobby como MOnSter 6502 y Gigatron , que reimplementan una CPU usando solo chips lógicos.

(es decir, diseños de chips anteriores a VLSI que son solo la forma más avanzada de la década de 1960 de empaquetar 3 o 4 transistores en un paquete más pequeño y más fácil de cablear).

El kit Gigatron usa un chip RAM y un chip ROM, pero se pueden construir usando transistores y diodos. (y condensadores si desea RAM dinámica) Son significativamente más voluminosos y, dado que es un kit de pasatiempo enfocado en hacer una CPU sin microprocesador, sería contraproducente para Gigatron hacer eso.

(Consulte Visualización de ROM 1: ROM de matriz de diodos ( Hackaday ) para obtener más información sobre la creación de ROM desde cero).

... y espero que tenga acceso a cosas como transistores de montaje en superficie y máquinas de recoger y colocar o se garantiza que tendrá un costo prohibitivo como producto de consumo. Incluso el Apple 1 usó los tipos de circuitos integrados complejos que está tratando de evitar y era bastante caro después de la inflación a pesar de lo mínimo que era. En la actualidad, damos por sentado cuán alto es el costo base de la computación de programas almacenados .

Suponiendo que desea computación en el sentido numérico y no requiere electrónica, entonces puede hacer muchas cosas con un reloj. Wikipedia da un resumen mejor que yo.

Para la "computadora" de uso general de hoy, es probable que se encuentre con los mismos problemas que Turing, Lovelace y Babbage: demasiadas partes.

Hay tecnologías alternativas y, ahora, un fuerte impulso para invertir en ellas

Si una tecnología principal se vuelve inviable o demasiado costosa, las tecnologías alternativas se volverán más competitivas y atraerán más dinero y recursos (que de otro modo se invertirían en la tecnología principal).

Por ejemplo, la electrónica orgánica permite crear circuitos a partir de plásticos impresos.
Obviamente, el rendimiento de tales dispositivos es mucho peor que el de la electrónica de semiconductores, pero después de la destrucción de las fundiciones de silicio, atraerán muchas más inversiones de las que atraerían si los semiconductores aún fueran factibles.
Después de algún tiempo, la electrónica orgánica probablemente no cerrará la brecha con la electrónica de semiconductores, pero seguramente mejorará lo suficiente como para ser utilizable para las computadoras.
Probablemente tales computadoras sean más voluminosas que las nuestras, pero por ejemplo, arquitectónicamente podrían emplear algunas de las ventajas de la electrónica orgánica (por ejemplo, el menor costo), por ejemplo, centrándose aún más en el procesamiento paralelo para mejorar su rendimiento.

no depender de fundiciones externas o inversiones de más de diez millones de dólares antes de iniciar la producción.

Lo mejor que puedo hacer es esto:

Cualquier cosa que requiera la delicadeza de la electrónica de nivel de los años 80 requerirá más de un par de millones de dólares en la actualidad. Las placas de prueba, por otro lado, se pueden ensamblar a partir de la basura, y puede agregar algunos LED y resistencias baratos encima para hacer algo de computación.

Claro, una simple calculadora pesará unos pocos cientos de gramos y será tan rápida como un caracol... Pero bueno, con ese presupuesto, es esto o volver al ábaco.

Circuitos integrados de impresión 3D

Ya podemos imprimir PCB en 3D. Hay varias empresas que trabajan en semiconductores de impresión 3D.

Por naturaleza, las impresoras 3D son más lentas que las de los fabricantes dedicados para el mismo volumen , pero una impresora 3D individual suele ser más barata y más móvil que la planta de fabricación dedicada más pequeña y razonable.

En lugar de enormes plantas de fabricación, puede configurar camiones de fabricación móviles que se instalan en una ubicación dedicada y luego se van si parece que las cosas pueden complicarse. Dado que es probable que un grupo de impresoras 3D en la parte trasera de un camión produzca chips más baratos que los laboratorios subterráneos súper secretos del gobierno, es probable que le avise con anticipación de bombardeos dirigidos a lugares cercanos a sus camiones para que puedan mover vital equipo y personal.

Eventualmente, alguien lanzará estas impresoras 3D al mercado de consumo, descentralizando la producción hasta el punto en que sería imposible que las potencias extranjeras las bombardearan.

Obviamente, probablemente esté buscando computadoras más caras que sean menos potentes durante algunas décadas, pero eventualmente alguna megacorporación gastará unos cientos de miles de millones de dólares en búnkeres secretos que harán llorar al gobierno de los EE. UU., y todo se normalizará.

Lo crea o no, en realidad existe algo así como la fabricación amateur de semiconductores.

Un compañero en YouTube llamado Sam Zeloof ha creado sus propios circuitos integrados y ha cubierto el proceso en detalle, incluida una inteligente adaptación de un proyector DLP para fotolitografía sin máscara. Creo que dijo que el tamaño de la característica que puede obtener es de alrededor de 10 micrómetros. Eso es lo que Intel usó para fabricar el 4004 en 1971.

No es un proceso rápido, pero se puede hacer a pequeña escala en casa con el equivalente a un garaje lleno de equipos.

Podría reconstruir la industria de los semiconductores de forma descentralizada. Si alguien con unos pocos miles de dólares para el equipo y un garaje para ponerlo puede dedicarse a la fabricación de chips, entonces podría tener miles de pequeños equipos fabricando chips y distribuyendo tanto las cosas que ya no es práctico tratar de sacarlos a todos.

Ahora, estoy seguro de que al principio no sería mucho mejor que lo que Sam está logrando ahora, pero dale unos años con compañías que se especializan en fabricar equipos de fabricación casera y podrías entrar en cosas de nivel 486 ( 800nm) en casa. Solo mire cómo se han desarrollado las impresoras 3D durante la última década.

La fabricación de chips podría ser la nueva impresión 3D. Algunas personas lo hacen como pasatiempo, otras construyen un pequeño negocio a su alrededor. Una ciudad pequeña puede tener tres o cuatro negocios fab-on-demand para suministrar los chips necesarios para reparar cosas. Demonios, probablemente podría encontrar bastantes personas que diseñan chips como un pasatiempo y dejan la fabricación real a una de sus compañías locales de fabricación bajo demanda porque simplemente no están interesados ​​​​en ese lado de las cosas.

Ah, y no olvides el impacto de las cosas de código abierto aquí. Probablemente tendría miles de diseños de chips disponibles para descargar. Algunos pueden ser réplicas de chips antiguos a los que se les realizó ingeniería inversa (p. ej., chips de video personalizados de computadoras o consolas de juegos antiguas), otros podrían ser diseños completamente nuevos para varios usos. Ya tenemos algo similar, pero en lugar de ser diseños para grabar en silicio con fotolitografía, son un poco más abstractos y están escritos en lenguajes como Verilog y VHDL, y después de un proceso de traducción análogo a la compilación de software, por lo general acostumbrarse a configurar un FPGA, en lugar de hacer chips de silicio de función fija.

desafío marco

Pones las fundiciones bajo tierra.

10 metros de tierra son sorprendentemente difíciles de destruir.
10 metros de piedra (incluso piedra blanda), y necesitas armamento de grado militar para hacer mella en ellos.

La ventilación y demás serán un desafío, pero nuevamente: si invierte miles de millones, unos pocos millones para un buen flujo de aire no cambiarán mucho el presupuesto.

Por lo general, ni siquiera necesitas eso. Una cerca de alambre, un muro de tierra y/o edificios baratos alrededor de las partes caras/peligrosas de la instalación para evitar ataques de RPM y control de acceso son lo que necesita la industria.

Pasar a la clandestinidad es la solución estándar para el endurecimiento económico contra los ataques si no tiene que ser móvil. Esto es válido incluso para las fuerzas militares de alta tecnología, y dado que se supone que los ataques son baratos, 10 metros de tierra y una puerta vigilada lo evitarán.
(Todas las instalaciones petroleras deberían tener algo así. Particularmente en regiones en conflicto como Nigeria, Siria o Irak. Ninguna de estas pasó a la clandestinidad; por supuesto, son solo millones los que explotan, no miles de millones, por lo que las instalaciones de miles de millones de dólares tendrían aproximadamente 1000 veces más). el atractivo para los atacantes, pero también 1000 veces el presupuesto para una mejor protección).

Ejemplos del mundo real

Cualquier instalación industrial es realmente fácil de destruir con bombas, particularmente si las bombas son de la variante de misiles de crucero.
Entonces, todos los que alguna vez quisieron una instalación resistente a las bombas las pusieron bajo tierra: las plantas químicas de Gadafi, las instalaciones nucleares de Corea del Norte, la industria de armas nazi durante la Segunda Guerra Mundial.
El ejemplo nazi es particularmente esclarecedor: construyeron estas fábricas subterráneas durante la guerra , bajo bombardeos diarios y nocturnos, y las pusieron en funcionamiento con pequeños problemas. (No les ayudó mucho, afortunadamente, porque tenían escasez de casi todas las materias primas que puedas imaginar: metal, aceite, caucho).

• Las fundiciones pueden no ser en realidad el objetivo.

• Si los planes son algo más a largo plazo, ataca a los fabricantes de equipos. Es un multiplicador de daño, ya que destruyes la capacidad de construir la próxima serie de fundiciones.
  Es lo que esperamos de los chinos. Bueno, a menos que tal vez en una guerra acalorada, entonces seguirían objetivos a corto y largo plazo. (Por otro lado, eso es un cliché. Además, tal vez las circunstancias de la historia no permitan planes a largo plazo de todos modos).

A ver que cabe dentro del encuadre

Las exageraciones de hoy no lo lograrán:

• La computación cuántica, incluso si se vuelve barata (lo que diría que no sucederá antes de 2050), no es un reemplazo para la computación clásica. Estamos más o menos al nivel de las máquinas Zuse con eso: más o menos funciona, pero aún queda un largo camino por recorrer para hacer de la tecnología una mercancía. El siguiente paso sería el diseño de software: son lo suficientemente diferentes como para necesitar invertir en nuevos paradigmas de programación (como la programación funcional o orientada a objetos), y necesitamos aproximadamente 20 años para que cada uno de estos funcione. otros 20 años para entenderlos realmente.
• Otras cosas intercambiables como ferrofluidos y otras cosas serán tan caras como el silicio para producir: la industria del silicio de hoy es costosa porque necesita purezas ridículas para la oblea de silicio y una precisión de fabricación ridícula (¡sub-longitud de onda!); cualquier tecnología alternativa sufrirá el mismo problema.

** Cosas que funcionarían dentro del marco**

• Reciclaje: obtendrá una industria especializada pero es factible. Mucha gente promete pero simplemente quemará la CPU reballed, por lo que la mano de obra será un gran tema. El problema es que necesita los chips correctos: no puede combinar todos los chips, por lo que todos los que reciclan tendrán grandes almacenes de chips y algún sistema para encontrar los chips que almacenaron hace tres años. (Las tiendas siguen siendo objetivos atacables, y las tiendas pequeñas son mucho menos útiles que las grandes. Además, necesitará instalaciones para fabricar PCB: los chips modernos requieren PCB de varias capas, que tampoco son fáciles de fabricar).
  Ahora reciclar todavía no es muy sostenible. Habrá una escasez creciente: algunas personas ocultarán la desesperación con actividad, otras se desesperarán abiertamente, y otras operarán con la premisa "tenemos problemas, pero también el enemigo, y no necesitamos tener TI, nuestra TI". solo necesita fallar más tarde que el de ellos". (Ese podría ser un punto de la trama bastante interesante, y es muy fácil mostrarlo en lugar de contarlo).
• Calculadoras humanas, contadores. Ya sabes, esto era algo antes de que tuviéramos computadoras electrónicas.
  En un escenario de reciclaje, estos serán cada vez más importantes. Había especialistas en calcular logaritmos, especialistas en calcular curvas balísticas, especialistas en ajustar máquinas, por lo que el mundo se irá desplazando poco a poco hacia estos. Éstos tienen la ventaja de que son más fáciles de "programar" que las máquinas: solo les dices, entrenas un poco, y si hay un error, podrás entender por qué y cómo solucionarlo.

Para empezar, además de un tipo que hace chips de bricolaje en un garaje First IC :) – Sam Zeloof , sobre procesos tecnológicos de los años 70, hay otro recurso valioso The Chip History Center - The Virtual Museum of Semiconductors

Entonces, como se menciona en los comentarios, el MOnSter 6502 es una versión desintegrada del chip MOS Technology 6502 y lee el historial del chip real y hace clic en los enlaces que arrojan algunos resultados.

No es una sorpresa que mediados de los años 70 fue un punto de inflexión para los precios de producción de chips y las soluciones de grado de consumo. Y ese punto de inflexión fue la proyección de la máscara en lugar de tocar necesariamente la hostia.

El equipo que hizo el cambio fue Micralign : mejoró la vida útil de una máscara en 4 órdenes de magnitud de 10 a 100 000 y redujo los defectos inducidos por la máscara de 5 a 6 veces para los chips de esa época.

Micralign 100 La primera venta de lo que ahora se conoce como Micralign 100 fue en 1974 a Texas Instruments, que pagó $ 98 000 por la máquina, equivalente a $ 508 053 ​​en 2019, aproximadamente tres veces más que los alineadores de contacto de gama alta existentes.[19 ] Siguieron las ventas a Intel y Raytheon. Intel mantuvo su sistema en secreto y pudo introducir nuevos productos, en particular dispositivos de memoria, a precios que nadie más podía igualar. El secreto finalmente se filtró cuando varios trabajadores de Intel abandonaron la empresa.

Lo que parece una versión más moderna del Micralign 100, un Perkin-Elmer 300HT Micralign Mask Aligner, que se puede buscar en Google y se pueden ver muchos lugares y ofertas en ellos, usado, su precio parece rondar los $ 15,000 , hay algunas ofertas en ebay por 2 mil, por lo que parece depende de las condiciones y tal. Entonces, lo que parecen ser versiones más modernas y con menos horas de trabajo alrededor de $ 55k

Cómo se ve la cosa:

Es bueno para un tamaño de oblea de 4 ", las otras especificaciones son que parece ser bueno para procesos tecnológicos de 1.25um.

Hay muchos de esos en circulación y son parte del equipo de laboratorio a partir de hoy, equipo antiguo. Una huella de alrededor de 1,7 metros cuadrados y diría que es compacto.

Este tipo de equipo es solo una parte de la cadena, pero sin embargo es importante y lo que realmente te ayuda a "dibujar" los esquemas en una oblea.

La aplicación de fotoprotectores, hornos de calor y grabado, también requieren equipo, por lo que hacer máscaras requiere equipo.

Pero por lo que parece, puede aterrizar en especificaciones de principios o mediados de los 80 con $ 10kk con equipo usado o tal vez nuevo.

si busca agallas / cerebros modernos para ellos, actuadores piezoeléctricos modernos, supongo que se pueden mejorar drásticamente en términos de fabricación, con las capacidades tecnológicas que están disponibles en la actualidad. Como si replicar sus viejos métodos de fabricación pudiera generar otros gastos.

Por lo tanto, es difícil saber cuánto puede costar producir una nueva unidad, ya sea su versión modernizada o como en los viejos tiempos. Pero, en general, parece que no es imposible estar dentro del presupuesto que propone para un solo nodo de producción, ciclo completo.

Este tipo de equipo requiere mucho trabajo manual, esta página contiene cómo se veían los procesos de Intel Fab en los años 80: una sala limpia Intel Wafer Fab Circa 1980 : para mí parece un laboratorio biológico algo típico, lo que significa que no se ve totalmente loco, así que como ya parece que están bajo tierra, jajaja.

así que puede tener un buen toque de rediseño moderno para nuestro paradigma de producción actual, junto con la modernización general, pero esa I+D se extenderá sobre todas esas fábricas que construyas, así que...

En general, algunas palabras clave útiles son: Micralign , Stepper

Los resultados están a la par con los 80, y al menos muestra que si alguien invierte algunos miles de millones, definitivamente se puede hacer mejor que solo los 80, produciendo nodos de producción relativamente compactos, y los 80 son la barra baja.

Granjas, no plantas.

Ya existe un gran interés en la síntesis biológica de componentes semiconductores. Las fundiciones de semiconductores son grandes y delicadas. Las formas de vida realizan rutinariamente operaciones de delicadeza comparable.

https://spectrum.ieee.org/semiconductors/materials/germs-that-build-circuits

Para cuando lea esto, es muy probable que un virus haya construido un transistor. En julio pasado... Angela Belcher hizo una audaz predicción: dentro de seis meses, su laboratorio... habría diseñado genéticamente un virus para cubrirse a sí mismo con una cubierta semiconductora cristalina y ubicar y unir dos electrodos, formando así la parte crítica de un campo. transistor de efecto, del tipo en el que se basan la mayoría de los chips de computadora. Si Belcher cumple, ilustrará dramáticamente la promesa de la biología en el avance de la nanotecnología, la fabricación de circuitos y dispositivos de sólo mil millonésimas de metro de tamaño.

El autoensamblaje biológico, como se llama este campo de investigación, tiene un atractivo convincente. Los seres vivos producen las estructuras moleculares más complejas conocidas por la ciencia. Elaborados durante eones por la selección natural, estos arreglos tridimensionales de átomos manifiestan una precisión y fidelidad, sin mencionar una minuciosidad, mucho más allá de las capacidades de la tecnología actual... la molécula que codifica los datos genéticos, para construir cristales a escala nanométrica de semiconductores átomo por átomo, unirse a metales preciosos, distinguir entre diferentes nanopartículas por sus propiedades eléctricas y, de lo contrario, coreografiar la disposición de los componentes a nanoescala.

... El Ejército y otros ven un papel para el autoensamblaje biológico en la fabricación de futuros sensores, pantallas y dispositivos de almacenamiento magnético, así como en la producción de energía y el procesamiento de información.

En este futuro cercano, la inestabilidad política acelera el desarrollo de semiconductores orgánicos sintetizados por organismos.

Al mismo tiempo, el advenimiento de la manipulación genética CRISPR produce una revolución en el desarrollo de fármacos. Muchas drogas que antes se producían en biorreactores gigantes ahora pueden ser producidas por animales de granja y excretadas en la leche. Los animales son animales normales y la leche leche normal. La leche se procesa para extraer las drogas. Los animales modificados genéticamente que producen drogas ya no son ficción.

https://www.theverge.com/2016/12/3/13819482/genetically-engineered-animals-drugs-sab-cows-pharming-future

El ganado de SAB es solo el último ejemplo de animales creados en laboratorio diseñados para ser fábricas de medicamentos. El año pasado, la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. aprobó un pollo genéticamente modificado que produce un medicamento en sus huevos para tratar la "deficiencia de lipasa ácida lisosomal", una rara condición genética que impide que el cuerpo descomponga las moléculas grasas dentro de las células. En 2014, la FDA aprobó un fármaco extraído de la leche de conejos fabricados en laboratorio para tratar el angioedema hereditario, una enfermedad genética que provoca inflamación corporal y puede ser mortal. Y en 2009, la FDA aprobó una cabra modificada genéticamente que puede producir un fármaco en su leche que previene los coágulos de sangre fatales.

Estos animales transgénicos son prometedores porque podrían abaratar la fabricación de fármacos a largo plazo. Una vez creados, los animales básicamente pueden seguir bombeando drogas a bajo costo: el costo de mantener pollos y cabras en una granja. Y ahora que las nuevas técnicas de edición de genes como CRISPR-Cas9 están facilitando más que nunca el intercambio y la inserción de genes, crear nuevos animales en el laboratorio será más rápido y más económico. “Espero que ahora veamos que esto progresa a la velocidad de la luz”, dice William Muir, profesor de ciencias animales en la Universidad de Purdue. "Conocemos la tecnología, sabemos cómo usarla y estamos esperando para cuántas aplicaciones podemos usarla".

En su futuro cercano, los semiconductores orgánicos se encuentran con los animales farmacéuticos y la síntesis de semiconductores se traslada al exterior. Los animales diseñados se reproducen de verdad y, como subproducto limpio, la leche y los huevos retienen el valor nutricional y siguen siendo buenos después de que se hayan procesado los semiconductores. El precio de los semiconductores cae drásticamente. Las industrias de semiconductores ya no son objetivos valiosos.

¿China es hostil? A Intel no le importa.

Mire la lista de las plantas de fabricación de semiconductores en el OP. En particular, mira a Intel. Casi todas sus plantas están en Estados Unidos, y las que no lo están están ubicadas en países occidentales como Israel o Irlanda. Si China comienza a fabricar chips de Taiwán y Japón no viables en Estados Unidos, no les hará daño. ¡Diablos, al eliminar a gran parte de la competencia, incluso podría ayudarlos!

El precio de las materias primas podría subir y perjudicar un poco sus resultados, ya que China actualmente produce el 79% del silicio elemental del mundo , pero el material se encuentra básicamente en todas partes, por lo que la construcción de instalaciones para la minería y la refinación debería ser completamente posible.