被美國全方位芯片制裁后，俄羅斯竟然要開造先進制程光刻機了？！
是的，就是那個芯片制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(chǎn)最先進 EUV 級別，一臺能賣好幾億元、核心技術被美國壟斷的光刻機。
而且，這次俄羅斯的計劃，看起來有點像那么回事 —— 有人、有錢、有目標。
人，項目由有著蘇聯(lián)硅谷中心之稱、以微電子專業(yè)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(zhàn)當前最先進的 EUV（極紫外）級別。
△ 只能看懂一個 28nm
但即便如此，因為制造光刻機登天之難、以及俄羅斯的資源儲備，網(wǎng)友們對這個消息并不太信：確定不是個玩笑？！
巧的是，就在這消息放出前一天，俄羅斯最大芯片制造商 Mikron 被美國制裁。更早之前，俄羅斯為數(shù)不多的其他幾家芯片廠也已經(jīng)全方位被制裁。
所以現(xiàn)在的俄羅斯芯片，到底什么水平？真的能有底氣搞出先進制程光刻機嗎？
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(jù)俄媒報道，俄羅斯工貿部委托 MIET 開發(fā)“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。
首先的不同在于光源的選擇。一種是極紫外光線，波長在 13.5nm；而 X 射線波長介于 0.01nm 到 10nm 之間。
按照現(xiàn)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(xiàn)極高的曝光分辨率，以及極高的重復定位精度。前者最有效的方式之一，就是改變光源的波長。
根據(jù)光學上的瑞利判據(jù) (Rayleigh Criterion)，一個光學系統(tǒng)能夠分辨的尺寸正比于光的波長。
因此，理論上以及從光刻機歷來發(fā)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(xiàn)階段無法實現(xiàn)投影光刻。
當前應用更多是在于直寫光刻，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。這個效率著實有點低，要想刻出納米級集成電路，不知要等到猴年馬月。
至于以 EUV 為代表的投影光刻，他們認為成本高昂和工藝復雜，僅在量產(chǎn)方面具有競爭力，因此只適用于英特爾、三星、臺積電等這種少數(shù)的全球企業(yè)。
△ 帶有 X 射線反射系數(shù)控制的無掩模 X 射線光刻安裝方案
這樣看來，無掩膜光刻本身并不難，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 —— 基于動態(tài)掩模模型的制造和兩項控制實驗研究。最早于今年 11 月開發(fā)動態(tài)掩膜的技術和模型，以及原型光刻機的技術規(guī)范和可行性研究，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?jīng)]有透露該計劃的更多細節(jié)。
“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么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，難點在于缺錢、缺工業(yè)基礎，理論方面還真的不一定落后。
這次光刻機研發(fā)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(jīng)在研究制造光源了。
1984 年，澤列諾格勒科學中心受到政府指派，開始研發(fā)同步輻射加速器。這個研究所，來頭可不小。它后來被并入大名鼎鼎的庫爾恰托夫研究所，蘇聯(lián)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(fā)電站，都是從這個研究所走出來的。
但好景不長，這臺加速器的研究在開展 4 年后就暫時被中止，直到 2002 年才再次試運行。
現(xiàn)在，俄羅斯打算基于這些技術積累，圍繞這臺加速器專門建立一個技術中心，并預計在 2023 年正式投入使用。
至于無掩膜光刻，他們一開始其實并沒有選擇這一路徑，甚至還一度與 ASML 平齊。早在 2010 年，ASML 出貨第一臺預生產(chǎn)的 EUV 光刻機時，俄羅斯一個物理研究所 IPM（RAS）也在開發(fā) EUV 的系統(tǒng)及元件，以及裝置原型的搭建。
其中開發(fā)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。然而，這個項目在布局階段就結束了。
RAS 首席研究員、蘇聯(lián)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） 。
于是，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(tǒng)和納機電系統(tǒng) —— 這些技術都與研發(fā)光刻機密切相關。并且已經(jīng)開展了部分研究，比如“基于微聚焦 X 射線管列陣的軟 X 射線源研制，適用于 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(fā)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說完全不靠譜。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 年前啟動，或許俄羅斯現(xiàn)在不會面臨如此大的微電子技術威脅了。
最大芯片制造商只能做公交卡芯片
值得注意的是，就在這消息大范圍傳開的前夕，美國財政部宣布凍結俄羅斯 21 家實體企業(yè)、13 個人的在美資產(chǎn)。其中一家芯片廠公司進入大家的視野。
Mikron，俄羅斯最大的芯片制造商、微電子制造商和出口商。而這也就意味著，俄羅斯芯片廠目前幾乎已被全線制裁。
因此現(xiàn)在宣布這項光刻機計劃，一方面是給俄羅斯國內注入一場強心劑。另一方面，從現(xiàn)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(wǎng)給出的產(chǎn)品目錄中可以看到，該公司可實現(xiàn)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(chuàng)下了不少個第一：180/90/65nm 工藝第一制造商、用于身份證件的芯片模塊第一制造商、第一出口商，占俄羅斯微電子產(chǎn)品出口的 54%。
這家公司的歷史，可以追溯到前蘇聯(lián) —— 上個世紀六十年的分子電子研究所（NIME）。
當時，微電子技術并在熱火朝天的發(fā)展。蘇聯(lián)國家技術委員會意識到建設微電子產(chǎn)業(yè)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(chǎn)的微電路產(chǎn)量就達到了 10 萬片。隨后在第二年，依照政府命令，Mikron 工廠從研究所中脫胎出來，致力于生產(chǎn)集成電路。
當時諸多技術均屬于國內首創(chuàng)，比如砷化鎵微電路平面技術、發(fā)射極耦合邏輯的 IC 晶體、大規(guī)模使用的數(shù)值和模擬集成電路……
1970 年，Mikron 已經(jīng)為各個行業(yè)制造了超 350 萬個微電路供應，之后還陸續(xù)用在國防、超級計算機等領域。
在整個半導體行業(yè)中，蘇聯(lián)的微電子技術在全球排名第三，僅次于美國和日本?？梢哉f，這時候的 Mikron 乘著時代之風快速前進。
不過，這種勢頭很快就因為蘇聯(lián)解體戛然而止 —— 幾乎所有的蘇聯(lián)計算機制造商都停止了運營，只有少數(shù)公司通過外國組件 / 技術轉讓得以幸存。
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(chǎn) 180nm 芯片的能力。并于 2007 年開始生產(chǎn) 180nmEEPROM 的集成電路。
隨即，Mikron 就開始生產(chǎn)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(chǎn)，并開始為莫斯科地鐵站供應。同年，它還開始為電信行業(yè)生產(chǎn) SIM 卡。
或許是嘗到了甜頭，Mikron 再度與意法半導體展開技術轉讓合作。據(jù)當時《半導體國際》報道，公司有意每年更新一代工藝，計劃于 2008 年和 2009 年分別推出 130nm 和 90nm 的工藝。
不過據(jù)官網(wǎng)記載，Mikron 僅在 2009 年實現(xiàn)了在 200 毫米晶圓上生產(chǎn)設計 90nm 工藝的集成電路。在 2012 年才正式啟動 90nm 微電子產(chǎn)品的生產(chǎn)。
自此，俄羅斯成為全球第八個擁有該技術的國家。相較于西方，已經(jīng)遠遠落后了。
這時候，俄政府開始意識到了微電子產(chǎn)業(yè)的重要性。
先是制定了一眾產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略《2013-2025 年電子工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《國防工業(yè)綜合體發(fā)展規(guī)劃》等，還積極采取一系列舉措，比如盡可能使用國產(chǎn)電子產(chǎn)品，開發(fā) CPU 民用和軍用兩條線等。
Mikron 也相應更改了路線，開始致力于自主研發(fā) 180-90nm 國產(chǎn)技術和獨特產(chǎn)品，并創(chuàng)造新技術，包括 65nm-45nm 水平。
2014 年，美國經(jīng)濟制裁（包括對敏感技術行業(yè)的打擊）讓原本脆弱的俄羅斯芯片制造雪上加霜。
即便在 2015 年，Mikron 還勉強完成了 65nm 工藝的開發(fā)。但之后就再也沒有傳來工藝制程迭代的音訊。
如今從規(guī)模上看，Mikron 業(yè)務輻射全球，作為俄羅斯最大芯片制造廠確實不假。
不過能做的產(chǎn)品，早已定型 —— 運輸及門禁 RFID、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)保護微控制器、智能水表等。
俄羅斯芯片廠幾乎已被全線制裁
前文提到，俄羅斯芯片制造商們，已經(jīng)被美國制裁得差不多了。不僅是最大芯片制造商 Mikron，另一家制造商 Angstrem-T 甚至已經(jīng)破產(chǎn)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”里進進出出……
由這些公司構建起的俄羅斯半導體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)如今究竟怎么個水平，又處于何種境況，我們也借此機會展開看看。
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 能達到的制程為 28nm，它起初基于 MIPS 架構，這兩年轉向 ARM，支持運行俄國產(chǎn)操作系統(tǒng) Astra Linux。
其最近發(fā)布的處理器為 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(xié)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 的芯片都是由臺積電代工。
在美國發(fā)布最新一輪制裁名單前，臺積電方面已經(jīng)表示，將不再為俄羅斯公司生產(chǎn)芯片，首當其沖的便是 Baikal Electronics。
Angstrem-T
同樣跟 Mikron 有著悠久歷史的芯片制造廠 Angstrem-T，在 2017 年就遭到過制裁，并受到重創(chuàng)。
當時，Angstrem-T 能拿出的最高制程為 250nm。作為對比，這一年三星已經(jīng)在量產(chǎn) 7nm 芯片了。
因受到制裁影響，Angstrem-T 陷入債務危機，于 2018 年被俄羅斯國家開發(fā)銀行 VEB.RF 收購；2019 年，正式宣告破產(chǎn)重組。
但就在去年，這家公司傳來一點起死回生的跡象。據(jù)報道稱，他們已高薪聘請十數(shù)位專家?guī)椭?Angstrem-T 重啟產(chǎn)線。而且還計劃從 AMD 采購設備，用來生產(chǎn) 130-90nm 的芯片。
MCST
最后介紹的是芯片設計廠商 MCST （莫斯科 SPARC 技術中心，Moscow Center for SPARC Technologies），成立于 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(chǎn)品線，一條面向民用，架構基于 Elbrus-2000 架構 (俄羅斯版本 X86)；另一條面向軍用，架構基于 SPARC，同樣由臺積電代工。
目前產(chǎn)品能達到的最高制程工藝為 16nm。
但該系列芯片在實測中表現(xiàn)不佳，去年年底時，俄羅斯最大銀行 Sber 技術部門在測試 Elbrus-8C 后給出的評價是：
內存不足、內存速度慢、核心數(shù)量少、頻率低、完全不滿足需求。
已有 7 萬 IT 人員出走俄羅斯
最后再回到現(xiàn)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(yè)、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，范圍將擴大到航天航空、船舶和電子行業(yè)。
而從目前看來，第一波制裁造成的影響，已經(jīng)遠遠超出芯片產(chǎn)業(yè)。俄羅斯版谷歌 Yandex 就是代表之一。其旗下業(yè)務包括搜索引擎、云服務、網(wǎng)約車等等。
據(jù)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(yè)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(wǎng)絡最大運營商 VK 進行談判，打算出售其新聞部門、Zen 社交平臺，或者剝離自動駕駛業(yè)務。
更為深入的影響，還體現(xiàn)在人才上。據(jù)報道，從 2 月底到現(xiàn)在，已經(jīng)有 7 萬名 IT 技術人員離開了俄羅斯。俄羅斯通訊協(xié)會方面也承認了這一事實，并表示在 4 月時，離境的 IT 人員數(shù)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(fā)光刻機外，最近路透社報道，俄羅斯正在轉向中國的微芯片制造商尋求供應，主要是為了解決其本土 MIR 支付系統(tǒng)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/
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