Как Россия может остановить производство процессоров во всем мире

Как на самом деле производят процессоры

Чтобы создать сверхмощный процессор, достаточно простого.

Песок. В наших компьютерах в буквальном смысле песок, вернее — составляющий его кремний. Это основной элемент, благодаря которому в компьютерах всё работает. А вот как из песка получаются компьютеры.

Почему неон необходим для производства чипов

Современные процессоры изготавливаются методом фотолитографии. Суть данной технологии заключается в получении необходимого рисунка на светочувствительной пленке методом засвета через фотошаблон (маску). Для этого на кремниевую пластину вначале наносится фоторезист, то есть светочувствительная поверхность. Она меняет свои свойства, когда на нее попадает свет определенной волны.

Неон используют не только для изготовления светящихся вывесок, но и при производстве процессоров

Затем эта пленка засвечивается через маску с заданным рисунком при помощи ультрафиолетового газового лазера. В итоге на фоторезисте отпечатывается рисунок. А причем тут неон, спросите вы? Он является основным инертным газом в газовой смеси, которая обеспечивает необходимую длину волны лазера.

Таким образом, без неона не будут работать лазеры, необходимые для производства чипов. Кроме того, неон используется при производстве LCD-мониторов и телевизоров.

Кремний

Почти все процессоры, которые производятся в мире, делаются на кремниевой основе. Это связано с тем, что у кремния подходящая внутренняя атомная структура, которая позволяет делать микросхемы и процессоры практически любой конфигурации.

Самый доступный источник кремния — песок. Но кремний, который получается из песка, на самом первом этапе недостаточно чистый: в нём есть 0,5% примесей. Может показаться, что чистота 99,5% — это круто, но для процессоров нужна чистота уровня 99,9999999%. Такой кремний называется электронным, и его можно получить после цепочки определённых химических реакций.

Когда цепочка заканчивается и остаётся только чистый кремний, можно начинать выращивать кристалл.

Висмут

Обычно это выглядит так:

Но при правильных условиях это может выглядеть так:

Мы рекомендуем воспользоваться поиском картинок на Яндексе или в Google по запросу «Кристаллы висмута», чтобы увидеть все чудеса, которые может произвести висмут.

Некоторые другие интересные факты о висмуте:

• Висмут (висмут-209, самый распространенный изотоп) радиоактивен, но имеет один из самых длинных периодов полураспада из когда-либо измеренных. Его период полураспада составляет 1,9×10 ^ 19 лет, или примерно в миллиард раз дольше, чем существует Вселенная.
• Висмут — самый сильный природный диамагнитный металл из известных. Диамагнитные материалы при воздействии магнитного поля создают в ответ отталкивающее поле. Итак, с некоторыми сильными магнитами вы можете заставить висмут подниматься.
• Висмут обладает необычайно низкой токсичностью для тяжелых металлов. Его соседи по периодической диаграмме – полоний, сурьма и свинец – довольно токсичны, но висмут относительно безвреден. Из-за этого висмут исследуется как альтернатива свинцу для некоторых применений.
• Большинство людей употребляют висмут в своей жизни. Активным ингредиентом пепто-висмола является субсалицилат висмута.

Как производят кремниевые чипы?

Производство кремниевых чипов – это очень сложный высокотехнологичный процесс. Для начала необходимо получить чистый кремний. Естественно, в природе такой не встречается . Поэтому для начала добывается кварц (природный минерал, в котором кремний соединен с кислородом), который затем переплавляется и очищается от мельчайших примесей. В расплавленный кварц опускается микроскопический кристалл кремния. Он служит своего рода «семенем», вокруг которого вырастает большой, цилиндрической формы кремниевый кристалл.

Производство чистого кремния.

С помощью сверхпрочной алмазной пилы кремниевый цилиндр распиливается на тончайшие (не более четверти миллиметра) кружочки. По-английски их называют «вэйферами», что можно перевести на русский язык как «вафелька».

Чистый кремний не пропускает ток, но если на него напылить микроскопические частички металла, то отдельные его области приобретут свойства полупроводника и вокруг этих областей можно построить микроскопические транзисторы. То, что происходит с «вафелькой» далее больше напоминает не сборку электронной аппаратуры, а засветку и проявку фотобумаги.

На кремниевую пластину наносят специальную эмульсию (фоторезист), чувствительную к ультрафиолетовым лучам. Затем сверху накладывают «маску» – нечто вроде пленки-негатива . Темные участки «маски» соответствуют тем местам на будущем чипе, куда необходимо нанести микроскопические частички электронных элементов. Светлые участки указывают на те части кремниевой пластинки, которые должны остаться нетронутыми. Теперь «вэйфер» облучают через «маску» ультрафиолетом. Происходит фотохимическая реакция сродни той, что рождает фотографию на пленке или фотобумаге. Облученные ультрафиолетовыми лучами участки приобретают особые свойства. Эмульсия здесь становится очень стойкой и не растворяется в кислоте. А фрагменты эмульсии, скрывшиеся под темными участками «маски», могут быть легко смыты кислотой. Что собственно и делается.

Теперь кремниевую «вафельку» разогревают в печке и обдувают раскаленным газом, содержащим нужные металлические примеси. Там, где после «кислотной ванны», остался чистый кремний, напыление остается на кремниевой пластинке. В остальных местах кремний прикрыт слоем эмульсии, которой придал стойкость ультрафиолет. Наконец, специальным раствором смываются и эта эмульсия , и у нас остается абсолютно чистая кремниевая пластина с нанесенным в соответствии со схемой напылением.

Чип готов? Ничего подобного! Для того, чтобы кремениевая пластина превратилась наконец в настоящую электронную схему, в которой были бы соединены друг с другом тысячи и миллионы электронных компонентов, всю описанную выше операцию придется повторить много раз: новый слой эмульсии, новая схема-«маска», новое засвечивание ультрафиолетом и новое напыление. Так, слой за слоем формируется электронный чип.

Обычно на одном круглом «вэйфере» напыляются сразу много будущих чипов, имеющих квадратную форму. Когда все готово, «Вафельку» разрезают алмазной пилой. К каждой из полученных кремниевых пластинок приваривают ножки-контакты, и заключают получившийся чип в пластиковый корпус. Теперь осталось смонтировать его на печатной плате устройства, для которого чип предназначен, и – в работу.

©При частичном или полном использовании данной статьи — активная гиперссылка ссылка на alfaed.ru ОБЯЗАТЕЛЬНА

Перенос производства

–Самым «тонким местом» отечественных технологий являются процессоры. Сейчас производство «Байкалов«и «Эльбрусов» под вопросом из-за санкций. В теории производство можно перенести с Тайваня в Россию?

– Пока это невозможно, потому что у нас нет заводов. Для того, чтобы организовать хотя бы один завод в РФ, нужно иметь оборудование, квалифицированные кадры, также нужен контракт на выпуск печатных плат. Все это очень дорого. Кроме того, наш климат также увеличивает стоимость фабрики, потому что нужно будет поддерживать высокий уровень влажности на производстве.

До санкций никто не задумывался всерьез о том, чтобы освоить производство. Просто никто не верил, что это все могут перекрыть. Думать об инвестициях в эту сферу начали только сейчас.

Развитие этой области требует десятки, даже сотни миллиардов долларов, поэтому проще было закупать из-за границы готовое оборудование, те же процессоры.

Конечно, экономически невыгодно вкладываться в такое производство, но это важнее для суверенитета страны, чем покупки импортных устройств и микрочипов. Сейчас нужно поднимать такое производство, другого варианта просто нет.

Олег Изумрудов, исполнительный директор Консорциума отечественных разработчиков систем хранения данных РосСХД

Из личного архива

– Но мы пока в России будем строить фабрики, производство отечественных процессоров ведь можно куда-то перебазировать?

– Единственное предприятие, куда можно перенести производство— это SMIC [Semiconductor Manufacturing International Corporation — крупнейшая китайская компания, занимающаяся производством микроэлектроники] в Шанхае. Но дело в том, что оно тоже попало под санкции. Поэтому АSML [нидерландская компания, крупнейший производитель литографического оборудования для микроэлектронной промышленности] им, как и нам, не продает оборудование под новый техпроцесс.

Плюс все равно не нужно исключать Тайвань. Вначале TSMC [Taiwan Semiconductor Manufacturing Company — тайваньская компания, занимающаяся изучением и производством полупроводниковых изделий] заявила о прекращении производства процессоров «Эльбрус» и «Байкал», но позже ее руководство сделало совершенно другие заявления, сказав, что если они все-таки введут озвученные санкции, то ответными санкциями Россия просто выключит компанию из производственных циклов.

– Что нужно для того, чтобы открыть производство процессоров на новом месте?

– Чтобы перенести производство, нужно подстроить архитектурные особенности под программное обеспечение фабрики.

Это занимает где-то год-полтора работы. Но это при том, что на предыдущей фабрике все процессы были отработаны.

Если что-то было не доделано, то процесс затянется еще на какое-то время. Наши специалисты считают, что в Китае на SMIC они запустятся за год-полтора.

– Кроме ASML закупить оборудование не у кого?

– Это монополист на рынке оборудования для производства современных сверхтонких техпроцессов, который из-за санкций не продает нам ничего.

– Как же была допущена такая монополия?

– Они освоили процесс производства литографических сканеров, а другие нет. У других не хватает образованных кадров или нет инвестиций.

– Сейчас наши чипы производятся только на Тайване?

– Микропроцессоры – да. Все-таки они рассчитаны на 28 и 16 нанометров, в России такого оборудования и производства нет. Если мы говорим о 16 нм и ниже, то такого оборудования нет даже в Китае.

Тайваньская фабрика – самая крупная в мире. Китай пытается сделать что-то подобное, в частности, SMIC. Но эта фабрика все равно не дотягивает, потому что, недостаточно квалифицированных кадров.

Тот же Китай последние годы просто переманивает людей с тайваньской фабрики. И достаточно успешно, но опять же, теперь у них из-за санкций нет оборудования, необходимого для производства сверхтонких процессоров.

– Почему нужных кадров так мало?

– Это очень сложное производство. Сотрудники должны уметь обращаться с программами, в которых они создают цифровые копии будущих микросхем. Кроме того, профессионалы должны уметь создавать из цифрового варианта уже настоящий процессор. Таких людей очень мало в мире в целом, взять их негде.

10 потрясающих веществ, которые создали люди и сами удивились их свойствам

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Порой учёные делают по-настоящему потрясающие открытия. Именно такими можно считать созданные человеком вещества, о которых пойдёт речь в этом обзоре. Исследователи и сами порой не подозревали, какими фантастическими свойствами будут обладать созданные ими новые вещества.

1. Одностороннее бронестекло

Проблемы сверхбогатых людей сильно отличаются от проблем рядовых граждан. К примеру, среди миллиардеров очень популярно пуленепробиваемое стекло, которое зачастую может спасти их жизнь. А теперь только стоит представить себе баллистическое стекло, которое останавливает пули только с одной стороны, позволяя вести ответный огонь. Звучит, как научная фантастика, но это факт. Достигается подобное путем сочетания двух листов различных пластиков — хрупкого акрилового слоя и более мягкого и эластичного слоя из поликарбоната.

Когда пуля ударяется о твердый акриловый слой, при разбитии он гасит ее кинетическую энергию, после чего пуля застевает в вязком слое поликарбоната. Если же стрелять изнутри, то первый слой растягивается, пропуская пулю и ломая внешний хрупкий слой, который после этого не оказывает сопротивления пуле.

2. Жидкое стекло

Когда-то моющих средств просто не было. В прошлом сковороды отмывали содой, уксусом и даже серебряным песком или проволочной мочалкой. Однако, новый спрей может сэкономить много времени и труда и привести к тому, что мыло морально устареет. Жидкое стекло сочетает в себе диоксид кремния с водой или этанолом и представляет собой жидкий спрей, который почти моментально засыхает, образовывая слой «гибкого и суперпрочного стекла».

Этот слой невидим (он в 500 раз тоньше человеческого волоса), нетоксичный и отталкивает жидкости. Мало того, что предмет, покрытый жидким стеклом, практически не нужно чистить, он имеет антибактериальные свойства.

3. Аморфный металл

Аморфный металл представляет собой материал, который позволяет пуле наносить удар с большей силой, а двигателям и хирургическим ножам иметь гораздо больший запас износа. Вопреки своему названию, подобное вещество сочетает в себе обычную прочность металла с твердостью поверхности стекла. Большинство металлов имеют кристаллическую атомную структуру, которая упорядоченная и повторяется.

Под внешним воздействием плоскости атомов в металле могут постоянно «скользить», формируя видимые вмятины. Аморфный металл имеет неупорядоченную, случайную атомную структуру, то есть подобное «скольжение» исключено, а атомы после воздействия на них возвращаются в исходное положение.

4. Старлайт

Теплоизоляционные свойства пластика с невероятной термостойкостью, который был назван Starlite, были настолько фантастичными, что в течение некоторого времени люди просто предполагали, что его изобретатель просто ввел всех в заблуждение. Исследовательский институт в Англии British Atomic Weapons Establishment подверг образец пластика тепловому излучению, эквивалентному уровню взрыва 75 Хиросим. Образец лишь немного обуглился.

Также, в отличие от других высокопроизводительных изоляторов, Starlite не производит никаких токсичных испарений при нагревании и невероятно легкий. Потенциально он мог бы применяться в космических челноках, пожарных костюмах, авиалайнерах и т. д. Но, Starlite так никогда и не покинул стены лаборатории. Его изобретатель Морис Уорд умер в 2011 году, так никогда не запатентовав свое изобретение. Сегодня о Starlite известно, что этот пластик состоит из «21 органического полимера и сополимера, а также небольшого количества керамики».

5. Аэрогель

Сначала нужно представить пористое вещество такой низкой плотности, что 2,5-сантиметровый кубик из него будет иметь внутреннюю площадь поверхности размером с футбольное поле. А на самом деле такое вещество уже существует. Аэрогель — форма, в которую можно превратить некоторые вещества с низкой массой. Это делает его одним из самых лучших изоляторов (2,5-сантиметровый слой аэрогеля имеет теплозащитные качества, примерно равные 25 см обычного вещества).

6. Диметилсульфоксид

Диметилсульфоксид представляет собой химический растворитель, который изначально являлся побочным продуктом древесной целлюлозы. О нем уже было известно в течение почти 100 лет, прежде чем в 1960-х годах обнаружился его медицинский потенциал. Некий доктор Якобс обнаружил, что это вещество проникает в кожу быстро и глубоко, не повреждая при этом ткани. Это означает, что оно имеет огромный потенциал для введения медицинских препаратов в тело прямо через кожу, устраняя опасность заражения. Также диметилсульфоксид проникает через ногти, то есть он может быть использован в противогрибковых препаратах. К сожалению, с диметилсульфоксидом есть определенные проблемы. Когда был обнаружен его целебный потенциал, это вещество уже было коммерчески доступно в качестве промышленного химиката, а фармкомпании просто не смогли запатентовать и монополизировать его, т. е. у диметилсульфоксида не было бы никакой потенциальной прибыли. В итоге, это вещество используется только ветеринарами.

7. Углеродные нанотрубки

Углеродная нанотрубка по сути является листом углерода толщиной в один атом, свернутым в цилиндр. На молекулярном уровне это выглядит как рулон проволочной сетки. Подобные нанотрубки являются самым сильным материалом, известным науке. Он в шесть раз легче, чем сталь, и потенциально в сотни раз более прочный, проводит тепло более эффективно, чем алмаз, а электричество — более эффективно, чем медь.

8. Пайкерит

В 1942 году у британцев были определенные проблемы. Им были нужны авианосцы, чтобы эффективно бороться с немецкими подводными лодками, но при этом не было стали на их постройку. За 2 года до этого человек по имени Джеффри Пайк предложил использовать в качестве авианосцев огромные плавучие острова из льда, но его только высмеяли. Тем не менее, несколько ученых в Нью-Йорке сделали смесь льда и древесной массы, которая не только обладает хорошей плавучестью, но и является пуленепробиваемой, как кирпич, а также не бьется и не плавится. Подобный материал можно обрабатывать как дерево или отливать в формах как металл.

Но при всех его удивительных качествам, пайкерит в конечном счете не подошел для строительства судов. Была построена тысячетонная модель корабля, но при ее испытаниях оказалось, что лед тает постоянно, если не обеспечить его температуру в минус 27 градусов по Цельсию, что потребовало бы сложной системы воздуховодов. Также было отмечено, что понадобится настолько большое количество древесной массы, что это может серьезно повлиять на производство бумаги.

9. BacillaFilla

Бетон существует уже в течение долгого времени, поэтому люди прекрасно знают, как он трескается с возрастом. Ремонт занимает много времени и обходится довольно дорого, особенно если речь идет о фундаменте здания. Многие здания в сейсмоопасных зонах были просто снесены именно по этой причине.

Но группа студентов из Университета Ньюкасла (Великобритания) создала генетически модифицированный микроорганизм, который был «запрограммирован, чтобы заделывать мелкие трещины в бетоне смесью из карбоната кальция и бактериального клея». В этот микроорганизм, который назвали BacillaFilla, был также встроен ген самоуничтожения, чтобы вовремя остановить производство подобной смеси.

10. D3O

Защита от внешнего воздействия всегда была трудной проблемой, вопрос заключался в том, как сделать что-то, что предлагает реальную защиту, но при этом не становится слишком тяжелым или негибким. D30 предлагает остроумное решение этой проблемы. Это материал, изготовленный из «умных молекул», которые свободно перемещаются при легком давлении, но превращаются в сверхпрочное соединение при резком сильном ударе. На рынке уже появились куртки, содержащие вставки из D30.

Огромный интерес даже у далёких у науки людей вызывают 10 величайших научных открытий последнего десятилетия, которые могут изменить ход истории . Будущее уже не за горами.

Почему у каждого кристалла своя форма?

Все кристаллы растут, но каждый из них растет со своей скоростью и в определенном направлении. Во время роста любого кристалла на его поверхности самопроизвольно образуются плоские грани, а сам кристалл принимает какую-либо геометрическую форму. Это означает, что грани кристалла растут в строго определенном направлении. Ученые неоднократно убеждались в этом в ходе следующего опыта. У стандартного кристалла геометрической формы они обрезали все углы, превратив его в шар, и поместили в раствор или расплав того же вещества.

Спустя некоторое время на поверхности шара стали образовываться ровные площадки граней кристалла. По мере роста граней площадки становились все больше и больше и постепенно соединились в многогранник неправильной формы. Чаще всего кристаллы вынужденно принимают такую форму. А происходит это потому, что одни грани растут быстрее других и мешают их свободному росту.

Правильный многогранник может образоваться только в том случае, если ничто не мешает его росту. А если один кристалл столкнулся с другим, то больше расти в сторону этого кристалла он не может, поэтому меняет направление. В результате такого роста и образуются многогранники разной формы.

Вопрос 23

Для обеспечения жизнедеятельности человека в замкнутых экосистемах ограниченного объёма, таких как подводные лодки или космические корабли, необходимо решить проблемы регенерации воды и воздуха. Какое вещество можно использовать для регенерации воздуха?

Французский дизайнер Эмиль Галле стал использовать химическое травление многослойного стекла для создания художественных изделий. С этой целью он наносил на стекло раствор, содержащий

• Плавиковую кислоту
• Хлорид натрия
• Соляную кислоту
• Ацетон

Ответ: Плавиковую кислоту