美国断供芯片，俄罗斯决定从头开造光刻机

　　

杨净 明敏 发自 凹非寺
量子位 | 公众号QbitAI

被美国全方位芯片制裁后，俄罗斯竟然要开造先进制程光刻机了？！

是的，就是那个芯片制造中最最最核心的设备（甚至没有之一），全球仅一家公司ASML有能力生产最先进EUV级别，一台能卖好几亿元、核心技术被美国垄断的光刻机。
而且，这次俄罗斯的计划，看起来有点像那么回事——
有人、有钱、有目标。
人，项目由有着苏联硅谷中心之称、以微电子专业见长的俄罗斯莫斯科电子技术学院 （MIET）承接。
钱，首期投资6.7亿卢布资金。
目标，挑战当前最先进的EUV（极紫外）级别。

　　

△只能看懂一个28nm

但即便如此，因为制造光刻机登天之难、以及俄罗斯的资源储备，网友们对这个消息并不太信：
　　

确定不是个玩笑？！

巧的是，就在这消息放出前一天，俄罗斯最大芯片制造商Mikron被美国制裁。更早之前，俄罗斯为数不多的其他几家芯片厂也已经全方位被制裁。
所以现在的俄罗斯芯片，到底什么水平？真的能有底气搞出先进制程光刻机吗？
无掩膜X射线光刻机？

我们先来看看计划本身的难度如何。
据俄媒报道，俄罗斯工贸部委托MIET开发“一种无掩膜X射线光刻机”，跟日常我们提到的EUV光刻机还有点不同。
首先的不同在于光源的选择。
一种是极紫外光线，波长在13.5nm；而X射线波长介于0.01nm到10nm之间。
按照现有的常见思路，光刻机是特定波长的光透过用来放大的掩膜，再通过透镜的缩小，将集成电路图精确“投影”在硅片上。

为了精确“投影”，光刻机需要实现极高的曝光分辨率，以及极高的重复定位精度。
前者最有效的方式之一，就是改变光源的波长。
根据光学上的瑞利判据(Rayleigh Criterion)，一个光学系统能够分辨的尺寸正比于光的波长。
因此，理论上以及从光刻机历来发展（波长变得越来越短）来看，X射线光刻机显然要比EUV光刻机更好更先进。
但因为它的穿透性太强，用普通透镜无法进行放大和缩小，因而现阶段无法实现投影光刻。
当前应用更多是在于直写光刻，这也是本次俄罗斯计划的选择——无掩膜。
这种方式其实很早就有了，就是直接用强激光束将所需电路一点点刻出来。
这个效率着实有点低，要想刻出纳米级集成电路，不知要等到猴年马月。
至于以EUV为代表的投影光刻，他们认为成本高昂和工艺复杂，仅在量产方面具有竞争力，因此只适用于英特尔、三星、台积电等这种少数的全球企业。

△带有X射线反射系数控制的无掩模 X射线光刻安装方案
这样看来， 无掩膜光刻本身并不难，难就难在X射线工艺以及效率的提升上。
但当前全球尚且还没有任何一家机构能够解决这个问题。这也是他们提出这项计划的原因。
按照计划，他们将完成对主要技术解决方案的验证——基于动态掩模模型的制造和两项控制实验研究。
最早于今年11月开发动态掩膜的技术和模型，以及原型光刻机的技术规范和可行性研究，工艺要达到28nm及以上。

△带有 X 射线透射率控制的无掩模 X 射线光刻安装方案
除此之外，官方没有透露该计划的更多细节。
“是全世界都在帮荷兰ASML”
看完了计划本身，也就多少能理解为什么更多人依然疑问满满：
　　

俄罗斯造光刻机，这事儿到底靠谱吗？

毕竟俄罗斯有很多高科技，总是雷声大雨点小……

不过也有人表示，俄罗斯的黑科技点不亮，难点在于缺钱、缺工业基础，理论方面还真的不一定落后。

这次光刻机研发计划，其相关研究最早能追溯到上世纪80年代。当时他们就已经在研究制造光源了。
1984年，泽列诺格勒科学中心受到政府指派，开始研发同步辐射加速器。
这个研究所，来头可不小。它后来被并入大名鼎鼎的库尔恰托夫研究所，苏联第一颗原子弹、第一颗氢弹、欧洲第一座原子反应堆、世界上第一作原子能发电站，都是从这个研究所走出来的。
但好景不长，这台加速器的研究在开展4年后就暂时被中止，直到2002年才再次试运行。
现在，俄罗斯打算基于这些技术积累，围绕这台加速器专门建立一个技术中心，并预计在2023年正式投入使用。
至于无掩膜光刻，他们一开始其实并没有选择这一路径，甚至还一度与ASML平齐。
早在2010年，ASML出货第一台预生产的EUV光刻机时，俄罗斯一个物理研究所IPM（RAS）也在开发EUV的系统及元件，以及装置原型的搭建。
其中开发人员还提出了辐射源设计的原始解决方案，部分还应用到了ASML光刻机上。
然鹅，这个项目在布局阶段就结束了。
RAS首席研究员、苏联国家奖获得者、多层X射线光学系主任Salashchenko Nikolay透露了原因：
　　

一个国家无法单独拉动这项工作。而全世界都在帮助荷兰（ASML在荷兰）。

于是，他们就开始寻找其他路径，在无掩膜式光刻机上迭代工艺就是其中一种。
之所以让MIET承接，是因为此前MIET跟一些机构合作中，在无掩膜EUV光刻机上有过研究进展。
2002年，MIET中主要从事纳米电子器件研究的研究中心成立。
研究领域覆盖X射线器件、微机电系统和纳机电系统——这些技术都与研发光刻机密切相关。
并且已经开展了部分研究，比如“基于微聚焦X射线管列阵的软X射线源研制，适用于10nm无掩膜光刻机”，就是其中之一。
这项研究由RAS微观结构物理研究所的Nikolay Chkhalo教授牵头。
他目前是该研究所的实验室主任，发表论文200多篇，主要研究领域为X射线光学、光学干涉测量等。
综上可见，从理论基础这一角度来看，俄罗斯搞光刻机这事儿也不能说完全不靠谱。
不过值得一提的是，在俄媒最近的报道中也直言，光刻机计划晚了15年。
　　

如果这一计划在15年前启动，或许俄罗斯现在不会面临如此大的微电子技术威胁了。

最大芯片制造商只能做公交卡芯片

值得注意的是，就在这消息大范围传开的前夕，美国财政部宣布冻结俄罗斯21家实体企业、13个人的在美资产。
其中一家芯片厂公司进入大家的视野。
Mikron，俄罗斯最大的芯片制造商、微电子制造商和出口商。而这也就意味着，俄罗斯芯片厂目前几乎已被全线制裁。
因此现在宣布这项光刻机计划，一方面是给俄罗斯国内注入一场强心剂。
另一方面，从现有的俄罗斯芯片水平来看，更有迫在眉睫之势。
以Mikron为例，就可见一斑。
从官网给出的产品目录中可以看到，该公司可实现最高65nm工艺，主营银行卡、公交卡之类的RFID以及电源管理芯片。

还创下了不少个第一：180/90/65nm工艺第一制造商、用于身份证件的芯片模块第一制造商、第一出口商，占俄罗斯微电子产品出口的54%。

这家公司的历史，可以追溯到前苏联——上个世纪六十年的分子电子研究所（NIME）。
当时，微电子技术并在热火朝天的发展。苏联国家技术委员会意识到建设微电子产业的必要性，开始大举组织研究所和工厂。
NIME就是其中之一。
不到两年时间（1966年），在实验车间生产的微电路产量就达到了10万片。
随后在第二年，依照政府命令，Mikron工厂从研究所中脱胎出来，致力于生产集成电路。
当时诸多技术均属于国内首创，比如砷化镓微电路平面技术、发射极耦合逻辑的IC晶体、大规模使用的数值和模拟集成电路……
1970年，Mikron已经为各个行业制造了超350万个微电路供应，之后还陆续用在国防、超级计算机等领域。
在整个半导体行业中，苏联的微电子技术在全球排名第三，仅次于美国和日本。可以说，这时候的Mikron乘着时代之风快速前进。
不过，这种势头很快就因为苏联解体戛然而止——几乎所有的苏联计算机制造商都停止了运营，只有少数公司通过外国组件/技术转让得以幸存。
Mikron就是其中一个。

2006年，Mikron开始引入海外技术——意法半导体技术转让，使其具备生产180nm芯片的能力。并于2007年开始生产180nmEEPROM的集成电路。
随即，Mikron就开始生产接触式智能卡的芯片模块，很快就掌握了RFID交通卡的全流程生产，并开始为莫斯科地铁站供应。
同年，它还开始为电信行业生产SIM卡。
或许是尝到了甜头，Mikron再度与意法半导体展开技术转让合作。
据当时《半导体国际》报道，公司有意每年更新一代工艺，计划于2008年和2009年分别推出130nm和90nm的工艺。
不过据官网记载，Mikron仅在2009年实现了在200毫米晶圆上生产设计90nm工艺的集成电路。
在2012年才正式启动90nm微电子产品的生产。

自此，俄罗斯成为全球第八个拥有该技术的国家。相较于西方，已经远远落后了。
这时候，俄政府开始意识到了微电子产业的重要性。
先是制定了一众产业发展战略《2013-2025年电子工业发展规划》和《国防工业综合体发展规划》等，还积极采取一系列举措，比如尽可能使用国产电子产品，开发CPU民用和军用两条线等。
Mikron也相应更改了路线，开始致力于自主研发180-90nm国产技术和独特产品，并创造新技术，包括65nm-45nm水平。
2014年，美国经济制裁（包括对敏感技术行业的打击）让原本脆弱的俄罗斯芯片制造雪上加霜。
即便在2015年，Mikron还勉强完成了65nm工艺的开发。
但之后就再也没有传来工艺制程迭代的音讯。
如今从规模上看，Mikron业务辐射全球，作为俄罗斯最大芯片制造厂确实不假。
不过能做的产品，早已定型——
运输及门禁RFID、物联网数据保护微控制器、智能水表等。
俄罗斯芯片厂几乎已被全线制裁

前文提到，俄罗斯芯片制造商们，已经被美国制裁得差不多了。
不仅是最大芯片制造商Mikron，另一家制造商Angstrem-T甚至已经破产了一次。
还有设计厂商Baikal Electronics、MCST等等都被制裁折腾了个够呛，在“实体名单”里进进出出……
由这些公司构建起的俄罗斯半导体产业现如今究竟怎么个水平，又处于何种境况，我们也借此机会展开看看。
Baikal Electronics
首先来看芯片设计厂商——Baikal Electronics。
在最新一轮制裁名单中，其母公司T-Platforms赫然在列。
Baikal Electronics能达到的制程为28nm，它起初基于MIPS架构，这两年转向ARM，支持运行俄国产操作系统Astra Linux。
其最近发布的处理器为Baikal-S，拥有48个核心，基准频率2.0GHz，最高加速2.5GHz，热设计功耗为120W，同时还整合封装了一颗自研的RISC-V架构协处理器。
而除了母公司被制裁，Baikal Electronics还要面临芯片无法出货的问题。
一直以来，Baikal Electronics的芯片都是由台积电代工。
在美国发布最新一轮制裁名单前，台积电方面已经表示，将不再为俄罗斯公司生产芯片，首当其冲的便是Baikal Electronics。
Angstrem-T
同样跟Mikron有着悠久历史的芯片制造厂Angstrem-T，在2017年就遭到过制裁，并受到重创。
当时，Angstrem-T能拿出的最高制程为250nm。作为对比，这一年三星已经在量产7nm芯片了。
因受到制裁影响，Angstrem-T陷入债务危机，于2018年被俄罗斯国家开发银行VEB.RF收购；2019年，正式宣告破产重组。
但就在去年，这家公司传来一点起死回生的迹象。据报道称，他们已高薪聘请十数位专家帮助Angstrem-T重启产线。而且还计划从AMD采购设备，用来生产130-90nm的芯片。
MCST
最后介绍的是芯片设计厂商MCST （莫斯科SPARC技术中心，Moscow Center for SPARC Technologies），成立于1992年，前身是列别捷夫精密机械与计算机工程研究所。
其旗下Elbrus处理器包含两条产品线，一条面向民用，架构基于Elbrus-2000架构(俄罗斯版本X86)；另一条面向军用，架构基于SPARC，同样由台积电代工。
目前产品能达到的最高制程工艺为16nm。
但该系列芯片在实测中表现不佳，去年年底时，俄罗斯最大银行Sber技术部门在测试Elbrus-8C后给出的评价是：
　　

内存不足、内存速度慢、核心数量少、频率低、完全不满足需求。

已有7万IT人员出走俄罗斯
最后再回到现在，截至3月31日，美方公开的最新制裁名单中，涉及21个实体企业、13名个人。
当天白宫方面还表示，未来几天将会把120个俄罗斯和白俄罗斯实体加入名单，范围将扩大到航天航空、船舶和电子行业。
而从目前看来，第一波制裁造成的影响，已经远远超出芯片产业。
俄罗斯版谷歌Yandex就是代表之一。其旗下业务包括搜索引擎、云服务、网约车等等。
据报道，受到进出口限制，Yandex将会在未来1-18个月内面临服务器硬件短缺情况，自动驾驶业务也将遭受严重打击。
为此，它们正在寻求重组以降低被制裁风险。
同时还在和俄罗斯境内社交网络最大运营商VK进行谈判，打算出售其新闻部门、Zen社交平台，或者剥离自动驾驶业务。
更为深入的影响，还体现在人才上。
据报道，从2月底到现在，已经有7万名IT技术人员离开了俄罗斯。
俄罗斯通讯协会方面也承认了这一事实，并表示在4月时，离境的IT人员数量可能会达到10万人。
不过俄罗斯官方方面也一直有所应对。
除了前文提到的投入重金研发光刻机外，最近路透社报道，俄罗斯正在转向中国的微芯片制造商寻求供应，主要是为了解决其本土MIR支付系统相关的银行卡需求。
参考链接：
[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/

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