Гаражная фабрика по выпуску микросхем
Студент университета Карнеги Меллона (Carnegie Mellon University, CMU) Сэм Зилоф (Sam Zeloof) оборудовал в своем гараже полноценный мини-завод по производству микросхем, пишет профильный портал Wired. Он увлекся созданием транзисторов и чипов еще в 2016 г., будучи на тот момент учеником старших классов.
22-летний на момент публикации материала разработчик оснастил свой гараж многочисленными установками для полного цикла производства микросхем. Он скупает подержанное устаревшее оборудование, большую часть приобретая в штате Нью-Джерси (США). Там подобное «железо» стоит дешевле ввиду высокой концентрации в этом штате компаний, занятых выпуском чипов. К слову, гараж студента находится приблизительно в 50 километрах от места, где в 1947 г. силами инженеров Bell Labs был получен первый в истории транзистор.
Часть оснащения он изготовил собственными руками, в том числе и фотолитографическую станцию. Он просто купил на Amazon подержанный проектор для конференц-залов, немного модернизировал его и совместил с микроскопом. Это сэкономило ему десятки миллионов долларов, в которые оцениваются заводские машины для фотолитографии.
Лаборатория Зилофа включает в себя оборудование, которое он буквально спас от утилизации. Нередко он покупает «железо» и на интернет-аукционах. К примеру, на eBay он нашел набор из дешевого оборудования для производства чипов 40- и даже 50-летней давности, которое когда-то принадлежало закрытым калифорнийским технологическим компаниям. Одной из лучших находок Зелофа, по его мнению, стал сломанный электронный микроскоп, который в начале 1990-х годов стоил около $250 тыс. Сэм купил его $1000, после чего полностью восстановил. Сейчас он использует его для проверки своих чипов на наличие дефектов.
Всего за три года Зилоф разработал две полноценные микросхемы. В декабре 2021 г. он приступил к созданию третьей.
От чипа к чипу возможности его творений растут. Как пишет портал ArsTecnnica, Сэм Зилоф проходит тот же путь, что и мировая индустрия полупроводников, только с отставанием на несколько десятков лет.
Быстрее, чем Intel
Над транзисторами собственной разработки Зилоф начал работать в 2016 г. Его вдохновили видеоролики изобретательницы Джери Эллсуорт (Jeri Ellsworth), размещенные на YouTube.
В них Эллсуорт демонстрировала процесс создания собственных транзисторов, но они у нее были размером с большой палец. Зилоф решил взять за основу разработанный ею техпроцесс, усовершенствовать его и перейти от одиночных транзисторов к интегральным схемам. Ему удалось сделать это всего за два года. Для всей индустрии полупроводников этот процесс растянулся почти на 10 лет.
В 2018 г. Зилоф создал свою первую микросхему, которую назвал Z1. Также он с нуля проработал и весь процесс ее изготовления, который состоит почти из 70 отдельных шагов. В общей сложности на изготовление одной микросхемы у Зилофа уходило около 12 часов.
Оригинальная Z1 состояла из шести транзисторов. Спустя три года, к августу 2021 г., у Зилофа был готов второй проект с предсказуемым названием – Z2. Он создавал ее с нуля, самостоятельно нарезая кремниевые пластины и рисуя на них микроскопические узоры с помощью ультрафиолета. Весь процесс он документировал в роликах на своем YouTube-канале и в личном блоге.
Для производства Z2 использовал всего пять устройств – вакуумную камеру для осаждения металла, микроскоп, плиту, собственный фотолитографический аппарат и трубную печь. В состав Z2 входят уже 1200 транзисторов, то есть здесь их в 200 раз больше, нежели в Z1. Это идет вразрез с так называемым «законом Мура».
Данный «закон» представляет собой наблюдение, сделанное в 1965 г. основателем Intel Гордоном Муром (Gordon Moore). Оно гласит, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца или каждые два года.
Планы на ближайшее будущее
С декабря 2021 г. и по настоящее время Сэм Зилоф занят проектом под ожидаемым названием Z3. Это микросхема, способная выполнять операцию сложения и, по всей видимости, это лишь промежуточный чип.
В планы Зилофа входит выпуск полноценного микропроцессора, способного тягаться со знаковым для Intel и всей планеты чипом с индексом 4004. Это первый в мире коммерческий микропроцессор. Он состоял из 2300 транзисторов.
Параллельно Зилоф постепенно совершенствует собственную мини-фабрику. Если оригинальная микросхема Z1 имеет техпроцесс 175 микрон, то с недавних пор Зилофу доступна топология 0,3 микрона или 300 нм.
Это уровень коммерческой индустрии микросхем образца середины 1990-х годов. Столь внушительный скачок Зилоф сделал благодаря небольшим изменениям, внесенным в конструкцию его самодельной фотолитографической станции.
В 2022 г. Зилоф окончит вуз. С его слов, он пока не знает, чем будет заниматься после учебы. Один из вариантов – это все та же разработка микросхем, только на современном оборудовании.
Поделиться
