美國斷供芯片，俄羅斯決定從頭開造光刻機_風聞

楊淨 明敏 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

被美國全方位芯片制裁後，俄羅斯竟然要開造先進製程光刻機了？！

是的，就是那個芯片製造中最最最核心的設備（甚至沒有之一），全球僅一家公司ASML有能力生產最先進EUV級別，一台能賣好幾億元、核心技術被美國壟斷的光刻機。

而且，這次俄羅斯的計劃，看起來有點像那麼回事——

有人、有錢、有目標。

人，項目由有着蘇聯硅谷中心之稱、以微電子專業見長的俄羅斯莫斯科電子技術學院 （MIET）承接。

錢，首期投資6.7億盧布資金。

目標，挑戰當前最先進的EUV（極紫外）級別。

△只能看懂一個28nm

但即便如此，因為製造光刻機登天之難、以及俄羅斯的資源儲備，網友們對這個消息並不太信：

確定不是個玩笑？！

巧的是，就在這消息放出前一天，俄羅斯最大芯片製造商Mikron被美國製裁。更早之前，俄羅斯為數不多的其他幾家芯片廠也已經全方位被制裁。

所以現在的俄羅斯芯片，到底什麼水平？真的能有底氣搞出先進製程光刻機嗎？

無掩膜X射線光刻機？

我們先來看看計劃本身的難度如何。

據俄媒報道，俄羅斯工貿部委託MIET開發“一種無掩膜X射線光刻機”，跟日常我們提到的EUV光刻機還有點不同。

首先的不同在於光源的選擇。

一種是極紫外光線，波長在13.5nm；而X射線波長介於0.01nm到10nm之間。

按照現有的常見思路，光刻機是特定波長的光透過用來放大的掩膜，再通過透鏡的縮小，將集成電路圖精確“投影”在硅片上。

為了精確“投影”，光刻機需要實現極高的曝光分辨率，以及極高的重複定位精度。

前者最有效的方式之一，就是改變光源的波長。

根據光學上的瑞利判據(Rayleigh Criterion)，一個光學系統能夠分辨的尺寸正比於光的波長。

因此，理論上以及從光刻機歷來發展（波長變得越來越短）來看，X射線光刻機顯然要比EUV光刻機更好更先進。

但因為它的穿透性太強，用普通透鏡無法進行放大和縮小，因而現階段無法實現投影光刻。

當前應用更多是在於直寫光刻，這也是本次俄羅斯計劃的選擇——無掩膜。

這種方式其實很早就有了，就是直接用強激光束將所需電路一點點刻出來。

這個效率着實有點低，要想刻出納米級集成電路，不知要等到猴年馬月。

至於以EUV為代表的投影光刻，他們認為成本高昂和工藝複雜，僅在量產方面具有競爭力，因此只適用於英特爾、三星、台積電等這種少數的全球企業。

**△**帶有X射線反射係數控制的無掩模 X 射線光刻安裝方案

這樣看來， 無掩膜光刻本身並不難，難就難在X射線工藝以及效率的提升上。

但當前全球尚且還沒有任何一家機構能夠解決這個問題。這也是他們提出這項計劃的原因。

按照計劃，他們將完成對主要技術解決方案的驗證——基於動態掩模模型的製造和兩項控制實驗研究。

最早於今年11月開發動態掩膜的技術和模型，以及原型光刻機的技術規範和可行性研究，工藝要達到28nm及以上。

**△**帶有 X 射線透射率控制的無掩模 X 射線光刻安裝方案

除此之外，官方沒有透露該計劃的更多細節。

“是全世界都在幫荷蘭ASML”

看完了計劃本身，也就多少能理解為什麼更多人依然疑問滿滿：

俄羅斯造光刻機，這事兒到底靠譜嗎？

畢竟俄羅斯有很多高科技，總是雷聲大雨點小……

不過也有人表示，俄羅斯的黑科技點不亮，難點在於缺錢、缺工業基礎，理論方面還真的不一定落後。

這次光刻機研發計劃，其相關研究最早能追溯到上世紀80年代。當時他們就已經在研究製造光源了。

1984年，澤列諾格勒科學中心受到政府指派，開始研發同步輻射加速器。

這個研究所，來頭可不小。它後來被併入大名鼎鼎的庫爾恰托夫研究所，蘇聯第一顆原子彈、第一顆氫彈、歐洲第一座原子反應堆、世界上第一作原子能發電站，都是從這個研究所走出來的。

但好景不長，這台加速器的研究在開展4年後就暫時被中止，直到2002年才再次試運行。

現在，俄羅斯打算基於這些技術積累，圍繞這台加速器專門建立一個技術中心，並預計在2023年正式投入使用。

至於無掩膜光刻，他們一開始其實並沒有選擇這一路徑，甚至還一度與ASML平齊。

早在2010年，ASML出貨第一台預生產的EUV光刻機時，俄羅斯一個物理研究所**IPM（RAS）**也在開發EUV的系統及元件，以及裝置原型的搭建。

其中開發人員還提出了輻射源設計的原始解決方案，部分還應用到了ASML光刻機上。

然鵝，這個項目在佈局階段就結束了。

RAS首席研究員、蘇聯國家獎獲得者、多層X射線光學系主任Salashchenko Nikolay透露了原因：

一個國家無法單獨拉動這項工作。而全世界都在幫助荷蘭（ASML在荷蘭）。

於是，他們就開始尋找其他路徑，在無掩膜式光刻機上迭代工藝就是其中一種。

之所以讓MIET承接，是因為此前MIET跟一些機構合作中，在無掩膜EUV光刻機上有過研究進展。

2002年，MIET中主要從事納米電子器件研究的研究中心成立。

研究領域覆蓋X射線器件、微機電系統和納機電系統——這些技術都與研發光刻機密切相關。

並且已經開展了部分研究，比如“基於微聚焦X射線管列陣的軟X射線源研製，適用於10nm無掩膜光刻機”，就是其中之一。

這項研究由RAS微觀結構物理研究所的Nikolay Chkhalo教授牽頭。

他目前是該研究所的實驗室主任，發表論文200多篇，主要研究領域為X射線光學、光學干涉測量等。

綜上可見，從理論基礎這一角度來看，俄羅斯搞光刻機這事兒也不能説完全不靠譜。

不過值得一提的是，在俄媒最近的報道中也直言，光刻機計劃晚了15年。

如果這一計劃在15年前啓動，或許俄羅斯現在不會面臨如此大的微電子技術威脅了。

最大芯片製造商只能做公交卡芯片

值得注意的是，就在這消息大範圍傳開的前夕，美國財政部宣佈凍結俄羅斯21家實體企業、13個人的在美資產。

其中一家芯片廠公司進入大家的視野。

Mikron，俄羅斯最大的芯片製造商、微電子製造商和出口商。而這也就意味着，俄羅斯芯片廠目前幾乎已被全線制裁。

因此現在宣佈這項光刻機計劃，一方面是給俄羅斯國內注入一場強心劑。

另一方面，從現有的俄羅斯芯片水平來看，更有迫在眉睫之勢。

以Mikron為例，就可見一斑。

從官網給出的產品目錄中可以看到，該公司可實現最高65nm工藝，主營銀行卡、公交卡之類的RFID以及電源管理芯片。

還創下了不少個第一：180/90/65nm工藝第一製造商、用於身份證件的芯片模塊第一製造商、第一齣口商，佔俄羅斯微電子產品出口的54%。

這家公司的歷史，可以追溯到前蘇聯——上個世紀六十年的分子電子研究所（NIME）。

當時，微電子技術並在熱火朝天的發展。蘇聯國家技術委員會意識到建設微電子產業的必要性，開始大舉組織研究所和工廠。

NIME就是其中之一。

不到兩年時間（1966年），在實驗車間生產的微電路產量就達到了10萬片。

隨後在第二年，依照政府命令，Mikron工廠從研究所中脱胎出來，致力於生產集成電路。

當時諸多技術均屬於國內首創，比如砷化鎵微電路平面技術、發射極耦合邏輯的IC晶體、大規模使用的數值和模擬集成電路……

1970年，Mikron已經為各個行業製造了超350萬個微電路供應，之後還陸續用在國防、超級計算機等領域。

在整個半導體行業中，蘇聯的微電子技術在全球排名第三，僅次於美國和日本。可以説，這時候的Mikron乘着時代之風快速前進。

不過，這種勢頭很快就因為蘇聯解體戛然而止——幾乎所有的蘇聯計算機製造商都停止了運營，只有少數公司通過外國組件/技術轉讓得以倖存。

Mikron就是其中一個。

2006年，Mikron開始引入海外技術——意法半導體技術轉讓，使其具備生產180nm芯片的能力。並於2007年開始生產180nmEEPROM的集成電路。

隨即，Mikron就開始生產接觸式智能卡的芯片模塊，很快就掌握了RFID交通卡的全流程生產，並開始為莫斯科地鐵站供應。

同年，它還開始為電信行業生產SIM卡。

或許是嚐到了甜頭，Mikron再度與意法半導體展開技術轉讓合作。

據當時《半導體國際》報道，公司有意每年更新一代工藝，計劃於2008年和2009年分別推出130nm和90nm的工藝。

不過據官網記載，Mikron僅在2009年實現了在200毫米晶圓上生產設計90nm工藝的集成電路。

在2012年才正式啓動90nm微電子產品的生產。

自此，俄羅斯成為全球第八個擁有該技術的國家。相較於西方，已經遠遠落後了。

這時候，俄政府開始意識到了微電子產業的重要性。

先是制定了一眾產業發展戰略《2013-2025年電子工業發展規劃》和《國防工業綜合體發展規劃》等，還積極採取一系列舉措，比如儘可能使用國產電子產品，開發CPU民用和軍用兩條線等。

Mikron也相應更改了路線，開始致力於自主研發180-90nm國產技術和獨特產品，並創造新技術，包括65nm-45nm水平。

2014年，美國經濟制裁（包括對敏感技術行業的打擊）讓原本脆弱的俄羅斯芯片製造雪上加霜。

即便在2015年，Mikron還勉強完成了65nm工藝的開發。

但之後就再也沒有傳來工藝製程迭代的音訊。

如今從規模上看，Mikron業務輻射全球，作為俄羅斯最大芯片製造廠確實不假。

不過能做的產品，早已定型——

運輸及門禁RFID、物聯網數據保護微控制器、智能水錶等。

俄羅斯芯片廠幾乎已被全線制裁

前文提到，俄羅斯芯片製造商們，已經被美國製裁得差不多了。

不僅是最大芯片製造商Mikron，另一家製造商Angstrem-T甚至已經破產了一次。

還有設計廠商Baikal Electronics、MCST等等都被制裁折騰了個夠嗆，在“實體名單”裏進進出出……

由這些公司構建起的俄羅斯半導體產業現如今究竟怎麼個水平，又處於何種境況，我們也藉此機會展開看看。

Baikal Electronics

首先來看看號稱是俄羅斯技術最先進的芯片設計廠商——Baikal Electronics。

在最新一輪制裁名單中，其母公司T-Platforms赫然在列。

Baikal Electronics能達到的製程為28nm，它起初基於MIPS架構，這兩年轉向ARM，支持運行俄國產操作系統Astra Linux。

其最近發佈的處理器為Baikal-S，擁有48個核心，基準頻率2.0GHz，最高加速2.5GHz，熱設計功耗為120W，同時還整合封裝了一顆自研的RISC-V架構協處理器。

而除了母公司被制裁，Baikal Electronics還要面臨芯片無法出貨的問題。

一直以來，Baikal Electronics的芯片都是由台積電代工。

在美國發布最新一輪制裁名單前，台積電方面已經表示，將不再為俄羅斯公司生產芯片，首當其衝的便是Baikal Electronics。

Angstrem-T

同樣跟Mikron有着悠久歷史的芯片製造廠Angstrem-T，在2017年就遭到過制裁，並受到重創。

當時，Angstrem-T能拿出的最高製程為250nm。作為對比，這一年三星已經在量產7nm芯片了。

因受到制裁影響，Angstrem-T陷入債務危機，於2018年被俄羅斯國家開發銀行VEB.RF收購；2019年，正式宣告破產重組。

但就在去年，這家公司傳來一點起死回生的跡象。據報道稱，他們已高薪聘請十數位專家幫助Angstrem-T重啓產線。而且還計劃從AMD採購設備，用來生產130-90nm的芯片。

MCST

最後介紹的是芯片設計廠商MCST （莫斯科SPARC技術中心，Moscow Center for SPARC Technologies），成立於1992年，前身是列別捷夫精密機械與計算機工程研究所。

其旗下Elbrus處理器包含兩條產品線，一條面向民用，架構基於Elbrus-2000架構(俄羅斯版本X86)；另一條面向軍用，架構基於SPARC，同樣由台積電代工。

目前產品能達到的最高製程工藝為16nm。

但該系列芯片在實測中表現不佳，去年年底時，俄羅斯最大銀行Sber技術部門在測試Elbrus-8C後給出的評價是：

內存不足、內存速度慢、核心數量少、頻率低、完全不滿足需求。

已有7萬IT人員出走俄羅斯

最後再回到現在，截至3月31日，美方公開的最新制裁名單中，涉及21個實體企業、13名個人。

當天白宮方面還表示，未來幾天將會把120個俄羅斯和白俄羅斯實體加入名單，範圍將擴大到航天航空、船舶和電子行業。

而從目前看來，第一波制裁造成的影響，已經遠遠超出芯片產業。

俄羅斯版谷歌Yandex就是代表之一。其旗下業務包括搜索引擎、雲服務、網約車等等。

據報道，受到進出口限制，Yandex將會在未來1-18個月內面臨服務器硬件短缺情況，自動駕駛業務也將遭受嚴重打擊。

為此，它們正在尋求重組以降低被制裁風險。

同時還在和俄羅斯境內社交網絡最大運營商VK進行談判，打算出售其新聞部門、Zen社交平台，或者剝離自動駕駛業務。

更為深入的影響，還體現在人才上。

據報道，從2月底到現在，已經有7萬名IT技術人員離開了俄羅斯。

俄羅斯通訊協會方面也承認了這一事實，並表示在4月時，離境的IT人員數量可能會達到10萬人。

不過俄羅斯官方方面也一直有所應對。

除了前文提到的投入重金研發光刻機外，最近路透社報道，俄羅斯正在轉向中國的微芯片製造商尋求供應，主要是為了解決其本土MIR支付系統相關的銀行卡需求。

參考鏈接：[1]https://www.reuters.com/technology/russia-turns-china-microchips-in-demand-domestic-bank-cards-2022-04-05/

[2]https://www.datacenterdynamics.com/en/news/intel-and-amd-halt-chip-sales-to-russia-tsmc-joins-in-on-sanctions/

[3]https://www.bloomberg.com/news/articles/2022-03-30/russia-s-internet-giant-may-run-out-of-tech-it-needs-in-a-year

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Angstrem_(company))

[5]https://en.wikipedia.org/wiki/National_Research_University_of_Electronic_Technology

[6]http://ipmras.ru/en/structure/people/salashch

[7]https://www.zelenograd.ru/hitech/v-miete-razrabotayut-koncepciyu-bezmasochnogo-fotolitografa-dlya-vypuska-mikroshem/

[8]https://www.zelenograd.ru/hitech/v-zelenogradskom-nanocentre-startovala-razrabotka-otechestvennogo-fotolitograficheskogo-oborudovaniya/

[9]http://www.kkg.com.cn/shownews.asp?newsid=2955

[10]https://fanpusci.blog.caixin.com/archives/253286

[11]https://stimul.online/articles/science-and-technology/fotolitografiya-s-pyatnadtsatiletnim-opozdaniem/