Производственный процесс и закон сохранения интеграции
В отрасли всегда был спрос на все более эффективно работающие микросхемы, поэтому потребовалось разработать такой производственный процесс, который на одних этапах был бы оптимизированным, а на других – достаточно гибким и соответствовал бы спецификациям заказчика. Объяснить, в каких зонах возникла оптимизация, а где спецификации задавались заказчиками, мы можем с помощью теории РПЦ и закона сохранения интеграции.
На определенном этапе развития отрасли микропроцессоры работали недостаточно быстро. Соответственно, вся цепочка создания стоимости в отрасли была настроена так, чтобы придать процессору максимум быстродействия.
Что же делали компании отрасли, работавшие в цепочке создания стоимости, чтобы достичь этой цели? Помимо материалов, используемых в производстве полупроводников, есть и другой крайне важный фактор, определяющий быстродействие процессора, – расстояние, на которое переносятся электроны. С развитием технологий на одном кремниевом кристалле (чипе) можно поместить все больше и больше транзисторов (а значит, увеличить число функций прибора); таким образом, это расстояние сокращается, и приборы работают быстрее. Чем меньше ширина проводящих дорожек на микросхеме, тем больше разных функций можно накопить на одном чипе. Поэтому производственное оборудование должно быть в высшей степени специализированным: каждый этап процесса выпуска должен быть настроен на то, чтобы дорожки и каналы были как можно уже. Разработчики добьются минимальной ширины только в том случае, если проявят величайшую изобретательность и умение экспериментировать
{152}. И если то, что получится в результате, еще и заработает, это будет действительно предел возможного. Однако именно оттого, что компании в буквальном смысле работают на грани возможного, процент ошибок и брака на каждом этапе производства довольно высок, а предвидеть эти ошибки невозможно. Поскольку компании не хотят тратить время на дальнейшую работу с полуфабрикатом, у которого выявились дефекты, то после каждого этапа производственного процесса полуфабрикат помещают в резервный запас, тестируют, а затем снова возвращают в резерв, прежде чем окончательно выводить полупродукт на следующую стадию производства. Резерв необходим по двум причинам. Во-первых, компания никогда точно не знает, какой процент продукции благополучно пройдет испытания. Во-вторых, процесс производства нельзя строить так же, как, скажем, процесс сборки. Оптимизация всего процесса требует разного времени подготовки к работе на разных этапах; каждый цикл обработки тоже имеет свою, особую, длительность. С такой степенью сложности можно справиться только в том случае, если есть резервный запас полуфабрикатов.
Процесс производства полупроводников сейчас представляет собой процесс групповой обработки. Все станки, выполняющие одну конкретную функцию, собраны на производстве вместе в один «отсек». Конфигурация каждого такого «отсека» строится так, чтобы оптимизировать утилизацию оборудования и эффективность его работы. Крупную партию пластин обрабатывают на станке в одном «отсеке», потом ее транспортируют в следующий «отсек», где пластины тестируют, а затем вся партия переходит на следующий этап производственного процесса, и так далее. Инвентарный резерв – контактная зона между «отсеками»; благодаря резерву снижается необходимость синхронизировать движение пластин, которые с той же скоростью переходят с одного аппарата на другой, по мере того как выполняется последовательность производственных операций. И поскольку циклы обработки не синхронизированы, а полуфабрикаты нужно тестировать и где-то хранить, производственный процесс становится дороже и замедляется. Представьте себе очередь в супермаркете в субботу утром: люди с полными покупок корзинами медленно движутся к кассе. Точно так же пластины медленно продвигаются по загруженному заводу, и ни одна из них не может продвигаться вперед, пока предыдущая пластина не пройдет текущий этап обработки и не перейдет на следующий этап. В 2004 году время производства одной партии пластин могло достигать трех месяцев
{153}.
Теория РПЦ и связанный с ней закон сохранения интеграции объясняют, как должна выглядеть цепочка создания стоимости в производстве полупроводниковых схем. Если помните, закон сохранения интеграции утверждает, что тем участкам цепочки, которые нуждаются в оптимизации и поэтому должны иметь взаимозависимую архитектуру, следует находиться в окружении участков конфигурируемой архитектуры. Как показано на схеме 7.1, архитектура аппаратов, обеспечивающих обработку пластин на каждом этапе производственного процесса, должна быть патентованной и взаимозависимой: только так можно добиться минимальной ширины дорожек. Для того чтобы поддержать подобную оптимизацию, инвентарные резервы, где хранятся полуфабрикаты, должны быть модульными контактными зонами, которые соединяют этапы производственного процесса. Иными словами, оптимизированными должны быть сами этапы производственного процесса. Но при этом промежуточные зоны между этими этапами должны иметь модульную структуру. В результате такого модульного производственного процесса появляется процессор, который сам обладает взаимозависимой, оптимизированной архитектурой. Конечные продукты, например, компьютер, обладают модульной архитектурой и представляют собой различные конфигурации на базе оптимизированного микропроцессора с взаимозависимой архитектурой. Интеграция сохраняется на каждом этапе всего процесса, но при этом переход от одного этапа к другому осуществляется через модульные контактные зоны.
Признаки изменений, указывающие на присутствие потребителей со скромными запросами
Раньше подход, сформулированный в законе Мура, позволял получать блестящий результат. За последние 35 лет ученые, конструкторы и производители постоянно придумывали новые способы для того, чтобы закон Мура продолжал действовать. Конструкторы с регулярностью часового механизма добивались большей эффективности работы микросхем. Потребители с восторгом приветствовали усовершенствованные продукты. Пользователи щедро вознаграждали компании, производившие процессоры с большим быстродействием. По мере того, как полупроводниковые транзисторы становились все более мощными, стали появляться такие приборы, о которых наши отцы могли только мечтать.
