Minimala chipfabriker

Minimala chipfabriker för kontorsmiljöer tillsammans med öppna processdata öppnar upp möjligheter att göra små volymer av chips på kort tid.

Det är dyrt att göra chips. Det är ännu dyrare att göra chipfabriker, och kostnaderna fortsätter att skena.

Intels nya fabrik i Magdeburg beräknas kosta närmare 19 miljarder dollar. Det är visserligen den allra senaste tekniken, men med sådana kostnader blir det också ganska glest mellan fabrikerna.

Att sedan producera chips i den här typen av fabriker innebär också enorma startkostnader, vilket kräver stora volymer för att ge lönsamhet. Idag finns bara några dussin företag som har råd med detta.

I ljuset av detta är det kanske inte så konstigt att många funderar på hur man skulle kunna hjälpa de som inte har möjlighet att nyttja de konventionella tillverkningsmetoderna. En japansk intresseorganisation vid namn Minimal försöker åstadkomma detta genom att få upp intresset för minimala fabriker.

En minimal fabrik i det här sammanhanget betyder en komplett uppsättning chip-produktionsmaskiner för sammanlagt under en miljon dollar. Varje maskin har ungefär storleken av en parkeringsautomat – 30×45×144 cm.

Utöver att maskinerna är betydligt mindre kräver de dessutom inget renrum eftersom varje wafer kommer inkapslad i en skyddande miljö som hindrar både smuts och UV-strålning från att komma in.

Wafern är inte den vanliga LP-stora skivan som man brukar se på promotionbilder, utan håller den mer modesta storleken 1,27 cm (1 tum) i samklang med hela systemets ledord ”minimalitet”.

Den största tids- och kostnadsbesparingen under produktionen kommer från att inga masker används, utan att maskinerna bestrålar kiselplattan direkt.

Nackdelen med direktbestrålning är att det inte går att rita transistorer som är mindre än 5–6 µm, vilket typiskt var en storlek som användes i mitten av 1970-talet.

Det poängteras dock att detta inte direkt ska jämföras med sjuttiotalsteknik. Exempelvis använder denna process SOI (Silicon on Insulator) vilket ger många fördelar vad gäller densitet och prestanda gentemot klassisk CMOS. Processen klarar också spänningar upp till 7 volt vilket innebär betydligt mer tålighet än moderna processer.

För att ytterligare sänka tröskeln för användare bestämde sig dessutom Minimal i slutet av förra året att släppa sin PDK (Process Design Kit) som öppen källkod. Detta skedde i samarbete med AIST (Advanced Industrial Science and Technology), som har ungefär samma roll som Fraunhofer i Tyskland eller RISE i Sverige. Kitet innehåller bland annat transistormodeller, designregler, materialdata och dokumentation.

Detta gör det möjligt för vem som helst att experimentera med tekniken och testa vad den är kapabel till, utan att behöva göra någon investering.

Det möjliggör också ett ekosystem runt tekniken med både färdiga konstruktioner och utbildningsmaterial.

För den som vill prova själv finns en utmärkt guide från den österrikiske studenten Leo Moser över hur man skapar en NAND-grind med hjälp av öppna verktyg.