«Это не фабрика по производству гвоздей». Как Россия будет жить без западной микроэлектроники
Российский IT-рынок оказался в сложной ситуации: из-за «спецоперации» в Украине уже в ближайшие месяцы он рискует остаться без необходимого для работы «железа». Решение проблемы власти видят в импортозамещении. В том числе — микроэлектроники, из-за которой Россия и оказалась в уязвимом положении. Мы поговорили с Денисом Шамиряном, ветераном и экспертом рынка, и узнали, чем обернется отказ крупнейших производителей чипов и оборудования ввозить в Россию микроэлектронику, получится ли импортозаместить их продукцию и есть ли шансы наладить производство российских микропроцессоров.
Кто такой Денис Шамирян
Гендиректор российской фабрики «Маппер», которая делает МЭМС — микроэлектромеханические системы, то есть сенсоры и другие микроустройства. До того как вернуться в Россию, чтобы строить производство, Шамирян 15 лет работал в Европе: сначала в бельгийском научном центре IMEC, потом на производстве GlobalFoundries (один из крупнейших в мире производителей микроэлектроники) в Германии.
— В Россию отказались ввозить микроэлектронику крупнейшие производители чипов и оборудования. Чиновники и IT-компании в ужасе, все ждут дефицита и перебоев в работе инфраструктуры. Но разве мы не можем хоть что-то из этих потерь заместить за счет своего производства?
— Очень многие задают этот вопрос: у нас же есть заводы, процессоры. Что, мы не можем взять и импортозаместить? Короткий ответ: в современном мире сделать полностью замкнутый цикл производства полупроводников не может ни одна страна. Даже для США это невозможно: хотя там производится огромное количество оборудования, но, например, не машины для фотолитографии. А это ключевой элемент всей технологии: нанометры определяются ровно тем, на что способна фотолитографическая машина.
Такие машины делают только в Нидерландах — крупнейший производитель в мире, компания ASML, — и в Японии. Но японцы всерьез конкурировать не могут и их поддерживают, по сути, на искусственной вентиляции легких — просто чтобы ASML не остался единственным поставщиком. Но для понимания, соотношения долей на рынке: когда я работал на немецком заводе, где делались чипы для iPhone 5, мы использовали около 80% машин ASML, остальные 20% — японские. С ними постоянно были проблемы: то грязь, то не та спецификация, то брак. Но других производителей нигде в мире в принципе нет. А без литографии никакие процессоры не сделать.
Это только один пример, но из него наглядно видно, что ни одна страна сейчас, даже самая богатая, не сможет построить у себя полностью замкнутый цикл производства. Всегда будет что-то, что завязано на другие страны. Плюс надо понимать, что полупроводниковое производство — это не фабрика по производству гвоздей. Здесь требуется очень сложное оборудование, которое тысячи людей разрабатывали, а другие тысячи оттачивали мастерство производства на нем. И все российские заводы работают на западном оборудовании. Как только прекращаются продажи запчастей и расходных материалов, становится непонятно, как вообще они будут существовать.
Сама мысль создавать полностью автономное производство выглядит абсурдно. Будем делать свое оборудование? Хорошо, потратим на это 20-30 лет, может и сделаем. Но дальше надо понимать, что все современное оборудование — это конструктор, в котором 90% частей — стандартные, вроде вакуумных насосов, роботов или контроллеров. И никто из производителей сам их не делает, для этого есть огромный рынок поставщиков. Оставшиеся 10% — это ноу-хау конкретной компании. Так что если вы хотите импортозамещение, придется производить и детали для этого конструктора. А это уже получается бесконечная рекурсия. Не говоря уже о том, что современная полупроводниковая машина напичкана микроэлектроникой. А где мы возьмем микроэлектронику, если у нас нет машины по ее производству?
— А у нас нет никакого уникального производства? Мы не могли быть как ASML, чтобы нас нельзя было так просто из этой цепочки выгнать?
— Проблема в том, что в России очень любят делать разные «аналоговнеты». Но это не работает: если вы что-то делаете, чему нет в мире аналогов, значит это никому не нужно. Потому что если вдруг вы сделаете что-то востребованное, максимум, что вы сможете, — это быть на рынке самым успешным, но никогда не единственным. Возьмем любимый в России пример — iPhone. До Apple смартфонов никто не делал. Да, это гений Стива Джобса. Но как долго Apple была монополистом на рынке смартфонов? Года полтора-два? Потом свои модели выпустили и остальные. И что важно, пока Apple была монополистом, она продала несколько миллионов смартфонов. Сейчас, когда доля рынка компании всего чуть больше 20%, она продает десятки миллионов штук в год. Поэтому идея, что если не будет конкурентов, я буду самым крутым производителем с кучей денег — неправильная. Иметь 100% маленького рынка гораздо хуже, чем иметь 20%, но огромного. А уникальный продукт без конкурентов никогда не сформирует огромный рынок.
— А в России не пытались встроиться в большой рынок?
— В России пытались делать разные вещи: проектировать процессоры, строить производства. Но сделать так, чтобы в одной стране производилось сразу все, невозможно: один завод не может производить, например, процессоры и память одновременно. А построить десятки заводов, которые будут производить только для российских заказчиков, нельзя, потому что российский рынок относительно мирового — микроскопический. Чтобы завод окупался, ему нужно производить десятки, а лучше сотни миллионов чипов в год. Только в таком случае сами чипы будут дешевыми.
Экономика микроэлектроники
Главная проблема идеи об импортозамещении в том, что микроэлектроника — это дорого. Построить один завод, по разным оценкам, стоит от $10 до $20 млрд. Например, Intel сейчас возводит предприятие в Германии за $17 млрд. Еще за €12 млрд компания расширяет уже существующее производство в Ирландии, а по $20 млрд планирует инвестировать в площадки в Огайо и Аризоне. Все эти вложения — чтобы не потерять способность конкурировать с крупнейшими производителями вроде тайваньской TSMC и южнокорейской Samsung, которые тоже строят новые площадки. И одного завода для полного цикла России бы не хватило. А чтобы построить два-три предприятия, потребовались бы инвестиции в $50–60 млрд — сумма, эквивалентная расходам страны на оборону в 2020-м. Для сравнения, объем вложений в китайскую программу по импортозамещению, куда включены и инициативы по рынку микроэлектроники, уже составил $1,4 трлн.
Еще одна специфика полупроводникового производства в том, что в отличие от, условно, автомобильного завода, где простой не приносит больших убытков, а увеличение производства во столько же раз умножает и затраты, здесь ситуация другая. Полупроводниковый завод потребляет определенное количество денег в год вне зависимости от того, сколько чипов там произведено. Если он загружен на 10% и на 100% — затраты будут примерно одинаковыми, а прямые затраты вроде закупки кремниевых пластин минимальны. Чистая 300-миллиметровая пластина стоит порядка $100, она же с чипами — $12-15 тысяч. А оборудование должно работать 24/7, его нельзя выключить и уйти домой. Значит, оно будет потреблять ресурсы вне зависимости от того, загружено или нет.
Например, наш полупроводниковый завод, где мы делаем сенсоры, потребляет 200 млн рублей в год — и неважно, делаем мы что-то или нет. Соответственно, чем больше вы продадите чипов, тем дешевле они будут стоить. Продаешь миллион чипов — каждый стоит, условно, 200 рублей. Продаешь 200 млн чипов — каждый стоит рубль, так как расходы не меняются. Поэтому продавать чипы надо в огромных количествах, а в России такого рынка просто нет.
То есть ни технологически, ни экономически строить замкнутые полупроводниковые производства мы не можем. Либо мы будем производить золотые чипы, которые будет спонсировать государство, либо их никто никогда не будет покупать. Не может этого даже Китай: на то, чтобы производить собственные чипы, страна уже потратила триллионы долларов. Да, что-то воссоздать там смогли, но далеко не все. Самые высокотехнологичные чипы Китай сам до сих пор произвести не может.
Рынок на полтриллиона
Мировой рынок микроэлектроники составляет около $500 млрд, из них на Россию приходится меньше 1%. Для глобального рынка российская микроэлектроника практически ничего не производит.
— Но можно же то, что есть, продавать в другие страны, как делают все остальные?
— Ну, с другими странами хорошо бы сначала дружить, чтобы им что-то продавать. Теоретически можно было бы построить завод, который интегрирован в мировые цепочки и продает в разные страны, и не пытаться делать процессоры — это очень жесткий рынок, на котором все уже поделено и где суровые ребята играют со ставками в несколько процентов маржинальности. Если ты на таком уровне играть не можешь, то лучше и не надо. Но всегда можно делать что-то полезное — вроде чипов для интернета вещей, которым не требуется огромная производительность, но зато их самих нужно гигантское количество. Но для этого надо быть интегрированным в глобальный рынок и со всеми дружить. И работать в режиме жесткой конкуренции. Только так могут появляться реальные инновации, а не инновации ради инноваций.
— Например?
— Хороший пример — история борьбы AMD и Intel за многоядерные процессоры. Сейчас мы все используем эту технологию, но нужно понимать, как она появилась. Intel технологически всегда был на две головы выше AMD. Я работал на бывшем заводе AMD в Дрездене, так что понимаю, о чем говорю: у AMD с технологией все было гораздо хуже и угнаться за Intel они никак не могли. Одна из главных проблем была в количестве брака. В тот момент чипы делались сразу большими и если на нем возникал хотя бы один дефект — его отправляли в помойку. А у Intel всегда было очень мало брака и они могли позволить себе делать огромные чипы. И инженеры AMD предложили: а давайте этот большой чип разобьем на несколько независимых частей, если одна из них не будет работать, на другие это не повлияет.
Так родилась идея многоядерных процессоров. AMD делали чипы с 6-ю ядрами: заработали все шесть — его стали продавать как 6-ядерный процессор, заработало 4 — продают как 4-ядерный. Туда же встраивались видеокарты (GPU). Заработало — отлично. Делаем чип с графическим процессором. Не получилось — не страшно, продаем как обычный. Техпроцесс производства один, а на выходе получается целая линейка продукции, которая позволяет продать почти все, что произведено.
— Очень удачно.
— Да, вот такая инновация. А потом еще программисты обнаружили, что процессоры со многими независимыми ядрами увеличивают производительность компьютеров. И AMD со своей инновацией, придуманной от бедности, резко вырвался вперед. А Intel оказался к этому не готов. И ситуация могла бы быть еще хуже, если бы на одном из заводов Intel инженеры в обход политики компании не стали бы экспериментировать с многоядерными процессорами. И когда у AMD резко начали расти продажи, директор этого завода рассказал об этом руководству корпорации — и они быстро развернули производство.
— А российские игроки — «Микрон», «Эльбрус», «Байкал» — чего-то сумели достичь?
— Для начала надо понимать, как устроено полупроводниковое производство вообще. Раньше, 20-30 лет назад, а это для рынка микроэлектроники очень давно, были распространены IDM — integrated device manufacturer — вертикально-интегрированные производства, когда один игрок разрабатывал процессоры, сам же их производил и продавал. Сейчас из таких монстров остался только Intel, отчасти Samsung. Затем рынок понял, что эта модель финансово не очень-то устойчива, потому что первые проблемы с продажами сразу делают цену содержания завода неподъемной. В итоге рынок разделился на две части: заводы и компании по дизайну микросхем. Заводы называются fab — semiconductor fabrication facility, а дизайн-компании без производств — fabless. Fab без собственного дизайна чипов называется foundry (контрактный производитель микросхем).
Например, AMD изначально была IDM как Intel, но потом из-за неуверенного финансового положения продала все свои заводы, из которых создали отдельную компанию GlobalFoundries (я как раз работал на одном из ее заводов).
Дальше fabless-компания делает дизайн процессора и размещает его на нескольких foundry, чтобы снизить риски. А foundry стараются привлечь много разных клиентов, чтобы снизить уже собственные риски, если кто-то из их крупных заказчиков уйдет. Получается сетевая структура: разработчики дизайна заказывают у разных производств, а производства берут заказы у разных разработчиков. На выходе получается система, максимально устойчивая экономически.
Самое большое производство в мире — тайваньская TSMC, которая производит до 80% мировой электроники. И «Эльбрусы», и «Байкалы» тоже производились там. Точно так же и другие производители микросхем, вроде «Миландра», заказывают их у зарубежных производств. Это нормальный способ производить, так делает весь мир. В том же iPhone в США делают только дизайн, чипы делает TSMC, экраны — Samsung, LG и китайская BOE, сборка идет на тайваньской Foxconn.
— А что с «Микроном»?
— «Микрон» — это самое живое российское производство. Он работает и как foundry, и как разработчик собственных продуктов. Но проблема в том, что их технологии из начала 2000-х, их хватает, чтобы делать чипы для паспортов, банковских карт и метро, но не современные процессоры для компьютеров. А кроме них, полноценных производств у России нет.
Есть еще загадочная история с «Ангстрем-Т»: это был завод, купленный как раз у GlobalFoundries в 2007 году. Тогда GlobalFoundries решили полностью перейти на 300-миллиметровое производство, а текущее 200-миллиметровое продать. И продали российскому «Ангстрем-Т». Причем не просто оборудование, а полную производственную линейку, со всей документацией, техпроцессами, гарантиями и разработанную технологию на производство чипов на 90 нанометров. В конце 2000-х это были вполне нормальные технологии, не передовые, но рабочие. Но в итоге, спустя четыре года, когда я пришел работать в GlobalFoundries, оборудование все еще стояло на складах в Роттердаме. И длилось это до 2014 года. Потом завод наконец построили, но нормально функционировать он так и не начал, хотя построен идеально, полная копия дрезденского производства. То есть проблема была не в технологиях.
Другая история — «Крокус», завод, проинвестированный «Роснано». Единственное в России 300-миллиметровое производство. И тоже со вполне нормальной технологией 65-нм. Но проблема в том, что там была построена только половина от всего производственного цикла — то, что называется бэкенд. Потому что в основе лежала другая идея — делать магниторезистивную память, — которая не взлетела. В итоге получился чемодан без ручки: единственная в России 300-миллиметровая фабрика с единственной на тот момент в России технологией 65-нм, но неполная. А достроить до полной — огромные инвестиции. В итоге они делают отдельные операции, зарабатывая от своего бюджета примерно 10%, остальное субсидирует государство.
— А что будет тогда с российским рынком микроэлектроники?
— Ситуация экстраординарная, ничего подобного раньше с нами не происходило, поэтому сказать точно, как все будет, сложно. Возможно, удастся что-то найти в Китае, но проблема в том, что Китай производит далеко не все. Можно ли через Китай купить что-то как через посредника? Не факт, потому что Китаю тоже не все продают: против него введены свои санкции, пусть и не такие, как против России, но самые высокотехнологичные вещи туда не продают. Например, передовые машины ASML Китай купить не может. Так что сказать, что, мол, закупали в Европе и Америке, а теперь будем в Китае, нельзя.
Простой пример: мы на нашем производстве уже столкнулись с проблемами. Например, мы закупали западные фотошаблоны. Теперь попросили сделать их в Зеленограде, но нам говорят: мы как бы можем, но вот стекла для фотошаблонов нам нужны импортные, и резист на них тоже импортный. Фоторезист мы хотели закупить в России, хотя он не очень хорошего качества. А производитель говорит: у нас все было из импортного сырья. Или кремниевые пластины, которые как бы производят в России. Но слитки, из которых их нарезают, импортные, оборудование, которым нарезают, импортное, и расходники к этому оборудованию тоже импортные. Есть запас на 2-3 месяца, что дальше — непонятно.
Но найти материалы и расходники в Китае еще хоть как-то можно. Самая большая проблема — оборудование и запчасти. Если сломалось что-то из 90% «конструктора», то это полбеды, а вот если нужна запчасть из 10% ноу-хау, то взять ее будет просто неоткуда. Компании не продают направо и налево эксклюзивные запчасти, а отправляют их только тем, кто купил оборудование. И большой вопрос, как эта проблема будет решаться. Лично по нам она ударит сильнее всего.
— Не жалеете, что вернулись работать из Европы в Россию?
— Нет, вообще ни о чем жалеть не надо. Когда я уехал в 1998 году, мне многие говорили, что я променял родину на колбасу. Но когда вернулся в 2014-м, оказалось, что люди, которые родину на колбасу не меняли, делать здесь ничего не умеют. А у меня за это время накопился огромный опыт. И когда понадобилось построить завод западного уровня, оказалось, что людей, которые в России могут это сделать, мало.
Сейчас много говорят про патриотизм. Вот я себя считаю патриотом, потому что хочу для своей страны сделать что-то хорошее. Чтобы в России были передовые технологии и люди, которые умеют с ними работать. Я за этим вернулся в Россию, построил тут завод — и считаю, что это и есть патриотизм. Это, а не поддержка какой-то конкретной власти. И мне очень жаль, что мы все сегодня оказались в такой ситуации. Надеюсь, она не вечна.
LM393: схема включения, аналоги компаратора и datasheet
Микросхема lm393 является удвоенным дифференцированным компаратором от производителя Texas Instruments. У прибора — цельный корпус из пластика. Внутри него расположены 2 операционных усилителя lm393, которые никак не связаны друг с другом. Их основная задача — сравнивать друг с другом все аналоговые сигналы, которые поступают на их входы.
Итогом работы этих элементов является возникновение выходного напряжения, либо, наоборот, его нулевое значение.
Данная статья представляет собой обзор микросхемы, ее технических характеристик, схемы включения lm393 и ее работы на примере обычной настольной лампы.
Компараторы lm393
Изготавливаются в корпусах для поверхностной установки на плату в SO-8. Эта деталь маркируется следующим образом: lm393. Прайс-листы содержат наименование устройства с такими буквами в конце: DR, D.
По данным lm393 datasheet, микросхема может работать и от одинарного, и от двойного источника электропитания. Компаратор включается и начинает функционировать, как только стабильное напряжение подается на его контакты (Gnd и VCC). Сигналы, которые необходимо сравнить, поступают на усилители, оснащенные 3 контактами. Каждый из них обладает двумя входами и одним выходом.
Наибольшие допустимые характеристики lm393
Наибольшие показатели главных величин — таковы:
- Разброс питающего напряжения — от 0,3 до 36 Вольт.
- Ток выхода — 20 миллиампер.
- Диапазон температуры хранения — от -65 до 150 градусов Цельсия.
- Период задержки — 300 наносекунд.
Но само существование приведенных максимальных параметров не говорит о том, что они допускаются при обычном режиме использования модуля lm393. Небольшие перепады не причиняют вреда устройству, но если хотя бы один из параметров будет серьёзно превышен, прибор не будет правильно работать.
На схеме lm393 — недопустимо выходное короткое замыкание, поскольку от него прибор перегревается и разрушается. В lm393 datasheet на русском содержится ряд рекомендаций. В частности, подключение lm393 к электропитанию с напряжению 30 В, — не желательно. Дело в том, что при нем установленное напряжение сдвига 5мВ уже не достигается.
Чтобы lm393 работала стабильно, должна соблюдаться рабочая температура в диапазоне 0-70 градусов, перегрева быть не должно.
Наибольшая рассеиваемая мощность прибора ограничивается температурным корпусным сопротивлением.
lm393: аналоги
Новым прибором со схожими и усовершенствованными (в области температуры) характеристиками является двойной компаратор lm2903B.
Прибор есть во многих магазинах, правда, цена его значительно выше, чем lm393. Его средняя цена в точках продажи радиодеталей составляет около 90 рублей. Иногда устройство заменяют другими компараторами, например, lm2903, lm293. У них — немного меньшее напряжение и сила тока потребления, а вот другие параметры — почти такие же. Этим и объясняется указание наибольших технических показателей в единственном даташит.
Отечественные аналоги устройства — это два варианта, к1401Са3 и 1040са1. Но в настоящее время их крайне сложно купить. Они год за годом вытеснялись с отечественного рынка иностранными микросхемами.
lm393: включение
Рассмотрев схему подключения устройства, можно понять все этапы его работы. Ее сбор — под силу любому радиолюбителю. Для него понадобится несколько ключевых составляющих:
- Фотографический резистор.
- Два резистора с сопротивлением 33 000 и 330 Ом, соответственно.
- Световой диод
- 3 батарейки 2А.
- Потенциометр (1-20 кОм).
В указанной схеме задача компаратора состоит в сверке уровня приходящих сигналов с максимальной величиной, чтобы принимать решения о поступления электропитания на световой диод. А с помощью фотографического резистора можно изготовить небольшую ночную лампу. Ночью он светится, днём — гаснет.
Роль калибратора в данной конструкции принадлежит потенциометру. Он помогает в настройке сопротивления при включении/выключении светового диода в разное время суток. По итогам такого типа настройки становится возможным сравнение опорного электропитания и напряжения делителя, получаемого по линии подключения фотографического резистора и резистора с сопротивлением 33 кОм.
У выхода — более высокое напряжение, за счет которого световой диод гасится. В темное время суток у фотографического резистора — солидное сопротивление, поэтому он получит свою крупную часть нагрузки.
Напряжение, которое посылает резистивный делитель, больше, чем опорное. В итоге, у выхода конструкции оно сохраняется на низком уровне, что приводит к свечению диода.
Как работает схема (примеры)
По указанному принципу составляют датчик освещённости lm393. Это хороший пример взаимодействия lm393 и arduino.
В некоторых магазинах уже продаются уже собранные электронные модули. Их наименование содержит обозначение микросхемы.
Компаратор также используется для создания реле времени. Он является, по сути, усилителем, у которого есть инвертирующий и неинвертирующий входы, цифровой выход. К неинвертирующему входу поступает опорное напряжение, к инвертирующему — изменённое. Если значения сравниваются, у выхода устройства появляется так называемый сигнал «логической единицы».
Реле конструируют следующим образом. Опорное напряжение концентрируется на резисторах. Оно равно 40% этой величины от электропитания. Оно небольшое, поскольку на выходе компараторный транзистор не закрыт, а обратный резистор параллельно подключается к одному из основных.
У инвертирующего входа напряжение приближается к показателю питания, и с изменением заряда конденсатора оно падает. Когда оно достигает значения, меньшего, чем напряжение неинверторного входа, транзистор устройства закрывается.
При отсутствии параллельного соединения резисторов происходит увеличение опорного напряжения на 0,27. Это приводит к появлению гистерезиса lm393. Иными словами, при падении напряжения на конденсаторе, для нового переключения компаратора необходимо падение напряжения именно на эти 0,27 В.
Вычисление гистерезиса
Пересчитайте напряжение делителя при параллельном соединении двух резисторов. Их сопротивление высчитывается следующим образом:
Далее, высчитайте длительное напряжение:
А затем, считаем это напряжение без последнего резистора:
Гистерезисом будет являться разница вычисленных напряжений, равная как раз 0,27 В.
А как быть, если требуется зажигание светодиода строго через конкретный промежуток времени? Тогда поменяйте между собой R2 и R3, C1 и R1.
Рассмотрим все возможные варианты.
Реле (на компараторе) с инверсионным включением
Если питание отключается ненадолго, время считается не с первой минуты, поскольку разрядка конденсатора длится не быстро. Для ее ускорения желательно добавление диода.
Реле lm393 с одним диодом
Когда питание отключается, происходит разрядка конденсатора и питание схемы. Как правило, ток протекает через световой диод. Но чтобы компаратор не подпитывался от конденсатора, нужно добавление ещё одного диода
Реле lm393 с двумя диодами
Когда питание отключается, световой диод не загорается, но при этом конденсатор разряжается не так быстро, через резисторы.
Где еще используется микросхема
lm393 нередко становится основой для создания роботов. Они должны иметь определённую пространственную навигацию для ориентации в окружающей среде.
Система для определения места расположения робота может быть разной, например, GPS, акселерометры, гироскопы. У этих технологий — множество плюсов, но можно воспользоваться и простым доступным скоростным датчиком lm393. Он помогает измерять посредством платы Ардуино такие величины, как расстояние, пройденное роботом, быстроту его передвижения, поворотный угол. Зная эти характеристики, можно не опасаться за последствия передвижения робота.
Скоростной датчик lm393
В устройство входит интегрированный инфракрасный датчик скорости lm393 и микросхема компаратора. Он дополняется сетчатой градуированной пластиной, которую монтируют на крутящейся двигательной оси.
Устанавливать такие датчики — не совсем просто. Они монтируются не только на двигатели с осями, которые выступают по обеим сторонам. К одной стороне крепится колесо, к другой — сетчатая пластина.
Это крепление означает, что пластина с колесом находятся на одной и той же оси, а скорость их кручения — одинакова. А именно, при измерении скорости кручения пластины можно узнать этот показатель и для колеса.
Устанавливая, нужно удостовериться в попадании делений пластины в сферу работы инфракрасного датчика. Только по нему видно количество отверстий, проходящих сквозь него. Механическая часть датчика может быть устроена по-разному, в зависимости от желания радиолюбителя, при соблюдении основных условий.
Например, у градуированной пластины — 20 слотов. Значит, в период полноценного вращения колеса, с помощью инфракрасного датчика определяется 20 пропусков. Такие датчики устанавливаются на 2 колеса робота, поэтому его поворотный угол можно определить, правда, с погрешностью. Для повышения точности определения этой величины добавляют гироскоп.
Микросхема задействована еще в множестве устройств, например, микрофоном усилителе lm393.
Аккумулятор
Конструкция пригодится и автолюбителям. Ведь заряд каждой батареи очень важно поддерживать. Этот элемент имеет своё предельное напряжение. Если разрядит его ниже, батарея утратит значительную ёмкость, а значит, не будет выдавать ток нужной силы. Иными словами, придётся его утилизировать и приобретать другой.
Так вот, если вашем авто, мотоцикле или скутере — кислотно-свинцовый 12-вольтный аккумулятор, на основе lm293 можно собрать несложный идентификатор напряжения.
Схема с заданным номиналом сообщит вам об уровне напряжения на выводах аккумулятора с помощью 3 световых диодов. У них могут быть любые цвета, главное, чтобы они были яркими и ассоциативными.
Например, при загорании зеленого цвета напряжение аккумулятора находится на нормальном уровне, до 13 В, белого — выше этого значения, красного — около 11 В, когда батарею необходимо немедленно подзарядить.
Такой идентификатор потребляет не много токо, всего около 15 мА. В область разрыва можно установить тактовую кнопку, после чего батарея проверяется с помощью ее нажатия и выдаваемого света.
Главное — защитить плату от попадания воды и установить на АКБ.
Микросхема
Самая основная деталь в выбранной конструкции — микросхема. Это может быть как LM358, так и рассматриваемая LM393, а в ее центре есть 2 треугольных компаратора. Они работают по своему основному принципу, который мы описали в начале статьи.
В цепи присутствует и стабилитрон с обратным подключением. Анод подключён к участку со знаком «-«, катод — «+». Существует определённое значение тока, при котором он стабильно работает. Это значение различается для стабилитронов разных мощностей. Ток можно регулировать с помощью резистора.
Схема не обходится без делителя напряжения, в который входят 3 резистора с разными значениями. Каждый из них может подавать напряжение на инвертирующий выход.
Изготовители
Как правило, у каждого производителя — свой datasheet. Помимо основной компании, которая уже была названа, устройство выпускают ON Semiconductor и ST Microelectronics.
Имея в арсенале простейшую микросхему lm393, которую можно купить на Алиэкспресс (по ссылке) , в любом другом интернет-магазине или супермаркете радиоэлектроники, вы сможете увеличить срок службы многих электронных устройств.
Кто в России производит процессоры, платы и микрочипы. Есть надежда?
В закладки
В феврале этого года компания TSMC остановила производство российских заказов. Ранее там выпускались чипы “Байкал”, “Эльбрус” и другая микроэлектроника отечественной разработки. Прекратились отгрузки уже произведенных чипов для всех заказчиков из России.
Это стало сильным ударом по всей сфере микроэлектроники, оправиться от которого будет очень сложно. Все это совпало с мировым кризисом полупроводников.
На данный момент менее десяти российских предприятий занимаются разработкой и производством микропроцессоров. Некоторые имеют собственное производство, а другие занимаются лишь проектированием и выпуском сопутствующей документации.
Сейчас разберемся с самыми крупными производителями микроэлектроники в нашей стране и перспективами их дальнейшего существования.
�� АО «ПКК Миландр», Зеленоград
Это один из самых крупных в России производителей интегральных микросхем. Компания была создана еще в 1993 году.
Предприятие специализируется на разработке и производстве микропроцессоров (8-, 16- и 32-разрядные) и микроконтроллеров, микросхем управления питанием, микросхем памяти (ОЗУ и ПЗУ), микросхем преобразователей, интерфейсных микросхем. Выполняются заказы на выпуск промышленных приборов и модулей коммерческого назначения.
На предприятии числится около 650 сотрудников, производственные мощности расположены на площади свыше 8000 м².
Миландр осуществляет полный цикл производства микросхем и электроники, включая проектирование, тестирование и контроль качества по стандартам ГОСТ ISO 9001-2011. Предприятие выпускает около 500 тыс. микросхем в год. В модельном ряду более 200 типономиналов изделий.
Все высокоточное производство происходило на заграничных предприятиях, в основном на заводах компании TSMC.
�� АО «МЦСТ», Москва
Предприятие основано на базе ТОО «Московский центр SPARC-технологий», которое в свою очередь образовано на базе коллектива сотрудников из проекта «Эльбрус-3». Занимавшиеся созданием советских ПК инженеры и разработчики организовали предприятие по разработке универсальных процессоров.
МЦСТ занимается разработкой архитектуры микропроцессоров, проектированием компьютерных модулей, высокоэффективных оптимизирующих компиляторов, двоичных компиляторов, проектированием компьютеров.
Отдельное направление деятельности – развитие возможностей операционных систем с интерфейсом Unix (POSIX).
Основные производимые линейки продуктов: микропроцессоры архитектуры «Эльбрус» (Е2К) и микропроцессоры архитектуры SPARC.
Предприятие не имеет полного цикла производства процессоров и ранее заказывала выполнение литейных работ на заводе TSMC в Тайване. Сейчас отгрузки заграничных компонентов прерваны и выпуск некоторых устройств поставлен на паузу.
�� АО «Микрон», Зеленоград
Одно из старейших предприятий отрасли. Оно базируется на основе НИИ молекулярной электроники (НИИМЭ), который функционирует еще с 1964 года.
Основное направление деятельности завода – создание интегральных микросхем, схем для носителей информации, схем для устройств идентификации и платежных терминалов.
Предприятие входит в госкорпорацию «Ростех», имеет представительства в Китае и Тайване, напрямую сотрудничает со сборочным заводом в Шеньчжене.
Микрон имеет собственное производство в России и обладает линиями для выпуска чипов по 65 нм техпроцессу. С 2018 года в планах компании открытие новых линий для техпроцесса 45-28 нм, но найти инвесторов и произвести модернизацию производства до сих пор не удалось.
�� АО «Байкал Электроникс», Красногорский район МО
Компания занимается проектированием интегральных микросхем с архитектурой MIPS и ARM, разработкой SDK, типовым дизайном материнских плат. Образована компания в начале 2012 года. Сейчас в компании трудится около 120 сотрудников.
Байкал Электроникс не имеет собственного производства, по её проектам на сторонних мощностях осуществляется создание процессоров Baikal и отладочных плат BFK 3.1.
Большинство заказов по проектам Байкал выполнялись тайваньской компанией TSMC, с весны этого года с отечественным предприятием не заключаются новые контракты, а уже произведенные процессоры не отгружаются.
Еще одной проблемой Байкал Электроникс является отзыв лицензии на использование запатентованной архитектуры ARM. Эта уже готовая и общепринятая основа для создаваемых чипов с весны нынешнего года не может быть использована российскими производителями процессоров.
�� АО НПЦ «ЭЛВИС», Зеленоград
Предприятие основано в 1990 году на базе научно-производственного объединения «ЭЛАС». Ранее сотрудники занимались передовыми разработками в области космической электроники.
Компания специализируется на выпуске многоядерных сигнальных микропроцессоров, микросхем типа “система на кристалле”, микропроцессоров для телекоммуникационных модулей и искусственного интеллекта. Кроме этого отдельное подразделение разрабатывает сетевые интерфейсы SpaceWire, GigaSpaceWire и SpaceFibre.
В портфолио ЭЛВИС значится более 50 типономиналов микросхем, с производством по техпроцессу от 16 нм до 250 нм. Самой известной разработкой компании является 28-нанометровый процессор Скиф.
Большинство производимой продукции компания заказывала на тайваньском заводе TSMC. После прекращения отгрузок в Россию руководство активно занялось поиском отечественного производства. На данный момент рассматривается создание совместного предприятия с Ростелеком для производственных нужд компании.
�� АО НТЦ «Модуль», Москва
Компания была основана в 1990 году на базе двух предприятий оборонно-промышленного комплекса: НПО Вымпел и НИИ Радиоприборостроение.
Основной сферой деятельности является производство вычислительных модулей, систем управления и проектирование интегральных микросхем. Выпускаемые устройства применяются в основном в авиации и навигации.
Кроме этого ведутся разработки в области распознавания и анализа видеоизображения и внедрения нейросетей в автоматизированные комплексы.
Благодаря наличию собственных производственных и испытательных мощностей, компания частично не зависит от поставок компонентов или сборки на заграничных предприятиях.
Где применяются наши процессоры
Основным заказчиком и покупателем российских микропроцессоров являются государственные предприятия и организации. Чипы Эльбрус и Байкал важны для критической информационной инфраструктуры.
В последние годы на них переводили сервера, рабочие станции и терминалы госучреждений и компаний. Темпы импортозамещения были достаточно медленными и на данный момент в критической информационной инфраструктуре все равно преобладают решения от Intel и AMD, а в сфере хранения данных большинство используемого оборудования произведено компанией IBM.
Временная или полная остановка производства российских процессоров хоть и остановит импортозамещение в информационной инфраструктуре, но полностью не остановит эту сферу. Куда важнее сейчас импорт комплектующих для поддержания работоспособности и модернизации текущих узлов.
Как российское производство процессоров зависит от тайваньского TSMC
Хоть некоторые из указанных предприятий и имеют собственное производство, их мощностей недостаточно для создания самых технологичных и высокопроизводительных моделей чипов.
На данный момент в России есть возможность массового выпуска лишь чипов с техпроцессом 65-130 нм. Такие линии есть на заводе Микрон в Зеленограде.
Однако, у наших разработчиков уже был негативный опыт, связанных с этим заводом. В период с 2005 по 2013 годы на заводе производились опытные партии первого поколения процессора Эльбрус по технологии 130 нм. После устранения выявленных проблем в самом чипе и доработки производства была выпущена партия чипов второго поколения по 90 нм техпроцессу.
Процессор показал недостаточную производительность, а количество брака было слишком большим. По мнению специалистов, завод был плохо приспособлен для такого производства и требовал модернизацию оборудования.
В итоге с третьего поколения производство процессоров Эльбрус заказывалось за границей. В основном это были контракты с тайваньским TSMC.
После модернизации и усовершенствования производственных мощностей на заводе Микрон производилась тестовая партия чипов Эльбрус-4СМ (65 нм).
Все более технологичные разработки российских компаний до весны 2022 года производились на иностранных заводах. Наши специалисты разрабатывали архитектуру и дизайн процессора, но выпуск производился в основном в Тайване и Китае.
Это распространенная мировая практика для многих fabless-компаний. Российские предприятия чаще всего заключали договоренности с лидером рынка – компанией TSMC.
Где и как теперь производить российские процессоры
Самое технологичное производство в России на данный момент позволяет производить лишь чипы по 65 нм техпроцессу. Даже такие линии не способны полностью перекрыть потребности российских заводов и восполнить прекратившиеся отгрузки из Тайваня.
На данный момент ведется строительство нового производства НМ-Тех в Зеленограде, которое позволит выпускать чипы по 28 нм техпроцессу. Об этапах строительства и приблизительных сроках начала производства пока не сообщается.
Обанкротившееся предприятие «Ангстрем-Т» может быть восстановлено «НМ-Тех»
Были попытки у отечественных разработчиков найти других поставщиков, не поддерживающих введенные санкции. На данный момент в мире существует более 400 заводов по производству микропроцессоров. Однако, высокопроизводительные чипы 16 нм могут предложить лишь десять из них.
Масштабное производство по 5 нм техпроцессу освоили лишь TSMC, Samsung и Intel, но последние не принимают внешние контрактные заказы.
Получается, если речь идет об относительно мощном и современном оборудовании, альтернативы тайваньским или южно-корейским компаниям на данный момент нет.
В таких условиях российским производителям остается выпускать процессоры средней производительности и искать им применение в сферах без жестких требований к быстродействию. Им найдется применение в оборонной и авиакосмической сферах.
Пытаться создать конкурентную альтернативу для рынка мобильных гаджетов или высокопроизводительных решений, к сожалению, пока невозможно.
В закладки