LibreSilicon: 1µm "OpenSource"/OpenTools Herstellungsprocess

[Sweepi]

Hi Forum,


schaue gerade den Vortrag "LibreSilicon (https://fahrplan.events.ccc.de/congress/2018/Fahrplan/events/9410.html)" auf dem 35C3 (Slides (https://fahrplan.events.ccc.de/congress/2018/Fahrplan/system/event_attachments/attachments/000/003/636/original/talk-20181227-35c3.pdf)). Den Vortrag kann man sich vermutlich spätestens morgen hier anschauen: https://media.ccc.de .
EDIT Video ist jetzt online: https://media.ccc.de/v/35c3-9410-libresilicon
Mit RISC-V gibt es ja jetzt eine OpenSource Architektur, die (fast?) im Praxiseinsatz angekommen ist.

Als letzter Schritt zur vollkommenen Freiheit fehlt natürlich noch eine OpenSource Fab :D

Der Vortrag ist natürlich sehr weit davon entfernt, aber hat mir zumindest einen Einblick gegeben, womit die sich im Detail beschäftigen, ich finds sehr interessant.

[gravitationsfeld]

1um ist halt schon hart alt. Das ist Technologie von 1984. Aber mal sehen.

[=Floi=]

das kann man energietechnisch und funktional eh vergessen.
Die vorteile der modernen fertigung sind einfach zu groß. Mit 1µm kann jeder atmel mehr.

[gravitationsfeld]

Der Talk ist echt interessant, aber sie haetten ihn auf Deutsch halten sollen. Das Nuschel-Englisch halt ich nich aus.

[SavageX]

das kann man energietechnisch und funktional eh vergessen.
Die vorteile der modernen fertigung sind einfach zu groß. Mit 1µm kann jeder atmel mehr.

Frühe 386er lagen bei 1,5µm. Der 486er erschien in 1µm. Der erste Pentium war 800nm. Man kann also schon sehr spaßige Sachen in dieser Größenordnung machen. Ein einfacher RISC-V Kern (wie angekündigt) für Mikrocontroller ist kompakter als ein 386er.

Atmegas liegen so bei ungefähr 500nm. https://zeptobars.com/en/read/atmel-atmega8 - und der Ausblick ist im Talk ist ja, dass man sich danach an 500nm ranwagt.

Falls der Prozess tatsächlich halbwegs gut funktioniert und billig (damit meine ich mit Hobbyisten-/Crowdfunding-/Vereinsbudget) gefahren werden kann, dann ist das schon sehr spannend IMO. Muss man halt sehen, was für Charakteristika der Prozess hat, "1µm" ist ja nur ein Parameter von vielen.

[gravitationsfeld]

Ich waere auch nicht ueberrascht wenn die Atmel-Dinger immer noch in 1um hergestellt werden. Die vertragen 5V Spannung.

[Skysnake]

Frühe 386er lagen bei 1,5µm. Der 486er erschien in 1µm. Der erste Pentium war 800nm. Man kann also schon sehr spaßige Sachen in dieser Größenordnung machen. Ein einfacher RISC-V Kern (wie angekündigt) für Mikrocontroller ist kompakter als ein 386er.

Atmegas liegen so bei ungefähr 500nm. https://zeptobars.com/en/read/atmel-atmega8 - und der Ausblick ist im Talk ist ja, dass man sich danach an 500nm ranwagt.

Falls der Prozess tatsächlich halbwegs gut funktioniert und billig (damit meine ich mit Hobbyisten-/Crowdfunding-/Vereinsbudget) gefahren werden kann, dann ist das schon sehr spannend IMO. Muss man halt sehen, was für Charakteristika der Prozess hat, "1µm" ist ja nur ein Parameter von vielen.
Die 1 µm Prozesse etc sterben aber aus und werden daher eher teurer als kleinere nodes. Also zumindest was die Fertigung anbelangt.

Vor ein paar Jahren war es schon ein ziemliches Thema, dass die alten x µm Nodes am sterben sind und immer mehr Hersteller auf neue nodes wechseln müssen. Bei uns am Institut wurde z.B. 180nm genutzt, oder war es 320? Bin mir nicht sicher, war der andere Lehrstuhl für ziemlich krasses Analogzeug mit sehr sehr hohen Bitraten für die ADC/DAC. Die hatten da gerade angefangen sich mit 64nm zu beschäftigen, weil ihr Node aussterben sollte.

Ich halte daher von so uralt Kram leider nicht wirklich viel. MPW runs bekommt man in 64nm auch schon für einige tausend dollar mit einigen mm² DIE size, und das mehrmals im Jahr bei TSMC und GF. Klar, da fehlt die ganze Software und PDKs noch, aber daran müsste man halt mal arbeiten. Ist im Prinzip auch nicht so viel anders als für die µm nodes. Gibt halt "nur" sehr viel mehr von allem.

[Naitsabes]

Und wer an einer Uni o.ä. ist, der ist im Bereich von 1 µm auch nicht so großartig auf externe Fertiger angewiesen. Jedenfalls dort wo ich aktuell noch bin gab es 3 Reinräume (jetzt nur noch 2) zur Fertigung in dem Größenbereich. Einer ist komplett CMOS geeignet. E-Beam ginge zur Not ja auch noch immer. Dauert nur ewig.
Und wenn man kleiner will und Zeit satt hat, dann kann man ja auch in Abschlussarbeiten mit Multi-Patterning-Verfahren experimentieren.

Es ist zwar schön, wenn man auf einen standardisierten und offenen Prozess zugreifen kann, aber schlussendlich scheitert das dann an den verfügbaren Anlagen und deren Eigenarten/defekten etc, sodass man dann wieder bewusst vom ursprünglichen Prozess abweichen wird.

[SavageX]

Die 1 µm Prozesse etc sterben aber aus und werden daher eher teurer als kleinere nodes. Also zumindest was die Fertigung anbelangt.


Klar werden Fertiger ihre alten µm-Prozesse in die Rente schicken, wenn das Volumen nicht mehr da ist. Vielleicht kann man die Reinräume ja zumindest auf sowas wie 350nm heben, was ja eine kostengünstige Aufwertung bedeuten könnte, wenn man z.B. eh entsprechende Tools herumfliegen hat.

(Firmen wie X-Fab belichten zwischen 180 nm und 1 µm - https://www.xfab.com/technology/cmos/ - aber keine Ahnung, ob 1 µm da zur Diskussion steht. Zur Firma Elmos habe ich auf die Schnelle nur gefunden, dass die auf 6 Zoll und 8 Zoll-Wafer belichten, was nahelegt, dass die auch eher alte Prozesse laufen haben, die ja für deren Automotive-Zeugs genau das Richtige sein kann.)

Für die Kunden, die eigentlich mit 1 µm bis 500 nm schon gut bedient wären, bedeutet das natürlich, ihre Designs mit noch einem weiteren proprietären SDK nochmal neu zu entwickeln - und damit man das nicht zwei Jahre später nochmal macht, springt man dann natürlich gleich zu ~180-250 nm oder sogar noch darunter (abhängig von der Roadmap des Fertigers).

Für mich klingt LibreSilicon interessant, weil es vielleicht die Einstiegshürden senkt, so dass man im Bereich der Hochschulen oder bei Hobbyisten nicht mehr unbedingt auf einen bestimmten professionellen Fertiger und dessen Roadmap festgenagelt wäre, sondern das ggf. an der Uni selbst hinkriegt (wie eben die Leute bei LibreSilicon selbst an Uni in Hong Kong). Beispielsweise habe ich vor vielen Jahren an der Ruhr-Uni Bochum Studis gesehen, die Chip-Designs erstellt haben und (sofern ich mich korrekt erinnere) das auch in Bochum belichtet haben, ohne einen MPW hierfür zu benötigen. Für solche Kleinlabore könnte ich mir einen LibreSilicon-Prozess gut vorstellen, wenn er gut handhabbar und reproduzierbar ist. Auch erwähnen die Macher im Talk ja auch "wilde" Fabs in Hong Kong, die seit den 80ern (aus heutiger Sicht) anspruchslose Halbleiter fertigen, aber selbst keine wirklich Prozessentwicklung haben. Für die könnte das sogar ein Upgrade sein :wink:

Mal sehen, was darauf wird.

[Naitsabes]

Elmos fertigt ziemlich antik.

[=Floi=]

.

wo wäre der nutzen? :rolleyes:

Wirtschaftlich macht das NULL sinn. Ich hatte auch die STM32 im kopf.

[SavageX]

wo wäre der nutzen? :rolleyes:

* Einstiegshürden auf Hobby- oder Kickstarter-Niveau senken, um mal ein paar clevere Ideen in einer Kleinserie (ein paar hundert oder tausend Stück) auszuprobieren. Für sowas zuckt ein kommerzieller Fertiger noch nicht mal.

* Wenn man ein interessantes Design hat, das in ~1 µm (und später 500 nm) geht (z.B. Mikrocontroller Zeugs) und dann doch ein paar Stück mehr braucht, dann würde man das Zeug in eine "wilde" Fab in Hong Kong oder Shenzen tragen können, die diesen Prozess umsetzt (vorausgesetzt die Reproduzierbarkeit stimmt).

* Für die Lehre ist ein gut dokumentierter und mit geringen Mitteln umsetzbarer Prozesse "an sich" schon was Wert, insbesondere wenn man den von Uni-Labor zu Uni-Labor tragen könnte.

* Keine x-fachen NDAs, nur um mal einen realistischen Chip designen zu können. Bisher sind die SDKs teuer, ggf. die Rechtsberatung teuer, die Software-Tools teuer.

Was davon schlussendlich Wirklichkeit wird, wird sich noch herausstellen müssen. Die fertigen gerade ihre ersten Wafer mit Teststrukturen.


Wirtschaftlich macht das NULL sinn. Ich hatte auch die STM32 im kopf.

Die STM32 werden doch schon wunderbar im großen Umfang hergestellt von einer Firma mit Taschen, die tief genug sind um die herkömmlich und wirtschaftlich herzustellen. Die brauchen kein LibreSilicon.

[Skysnake]

Also mit dem Zeug kannst du meiner Meinung nach nur automotive, Space und sonstigen strahlenharte und High Vorlage Sachen machen. Für alles aktuelle wird das einfach viel zu langsam sein. Da wird man Schaltungen mit ein paar MHz schaffen und das war's. Also nix Ethernet, USB usw usf. Selbst Unis produzieren selbst in kleineren Strukturen. Schau nach China da haben unis 28nm Linien und kleiner.

Klar die NDAs sind ein echtes Problem aber dafür bekommt man halt auch aktuelles Zeug was funktioniert. Gerade beim Analogkram.

Wenn brauchen wir was im Bereich von 180 oder 64 Nm. Damit kann man auch auf längere Sicht noch was anfangen.

[SavageX]

Also mit dem Zeug kannst du meiner Meinung nach nur automotive, Space und sonstigen strahlenharte und High Vorlage Sachen machen. Für alles aktuelle wird das einfach viel zu langsam sein. Da wird man Schaltungen mit ein paar MHz schaffen und das war's. Also nix Ethernet, USB usw usf. Selbst Unis produzieren selbst in kleineren Strukturen. Schau nach China da haben unis 28nm Linien und kleiner.


Na, für den normalen PC ist das sicher nichts, 1 µm ist ganz bestimmt nicht der Node für "general purpose" CPUs und so ein Zeug. China-Unis mögen selbst 28 nm haben (der Staat lässt sich das was kosten), wie eine deutsche Studitruppe oder der örtliche Hackerspace darauf zugreift muss man mir aber noch zeigen.

Es gibt aber dennoch so einiges Zeugs, was man ganz wunderbar zwischen 500nm und 1 µm gequetscht bekommt - z.B. die üblichen FTDI-Chips (oder ähnliche), die man auf so gut wie jedem Bastelboard so hat, siehe https://zeptobars.com/en/read/FTDI-FT232RL-real-vs-fake-supereal - also, ja, auch USB kriegt man da unter. Offenbar haben Produktfälscher aus China hier sogar Zugriff auf 500 nm, während der Originalbaustein nochmal gröber ist.

Für Zeugs im Bereich dutzende MHz (nicht hunderte), relativ hohe Spannungen, relative hohe Ströme, relativ robust und einem analog-digital Misch könnte das gut funktionieren. Wird ja Gründe geben, warum manche Fabs bis heute 1 µm anbieten.

Ich sehe sowas wie LibreSilicon auch nicht in der Kategorie "1 µm oder 250nm oder 28nm", sondern in der Kategorie "Projekte, die ansonsten *gar keinen* Chip auflegen können". Aus meiner Sicht geht es um Ausweitung der Zielgruppe, die sich an sowas ranwagen kann, nicht um das Ausloten technischer Grenzen oder um Wettbewerb zu großen Fabs.

Kein 3D-Drucker im Hackerspace nimmt es mit einem Injection-Mold auf - aber die Zielgruppe und der Einsatzzweck ist ja auch ganz anders (die Analogie hinkt bestimmt, aber vielleicht wird ja doch klar, was ich meine).

[Naitsabes]

Ich habe kienen tiefen Einblick in die Ausstattung der Unis in Deutschland. Aber an denen, die ich kenne, kann im sub-µ-Bereich auf 4" Substraten gefertigt werden. Und für einzelne Chips kann man auf Bruchstücken mittels E-Beam bis in den 10nm Bereich (pattern, nicht einfache Linien) kommen. Komplexe Chips wird man so natürlich nicht fertigen und wenn, dann nur in absoluten Ausnahmefällen. Dauert einfach viel zu lange.
Also im Bereich der Forschung sehe ich (!) LibreSilicon nicht unbedingt als besonders relevant an. Aber das mag natürlich auch sehr von den Forschungsschwerpunkten und Zielen der einzelnen Einrichtungen abhängig sein.

[Tobalt]

ja gute litho haben viele
aber zum prozess gehört noch viel mehr als litho, zb dotierung, planierung, vias...

für IoT prototyping möglicherweise relevant

[Naitsabes]

Wer einen Ionenimplanter hat, der hat auch Parameter zu Implantation (alle anderen Verfahren der Dotierung lasse ich mal weg).
Planarisierung kann komplex sein, ist aber auch kein Hexenwerk.
Mit Vias kenne ich mich zugegebener Maßen nicht besonders aus. Es ist natürlich schon deutlich aufwendiger als nur mit einer RIE einen Pyramidenstumpf zu ätzen und Alu aufzusputtern (Besser:Schichtenstapel gegen Spikes vom Alu ins Si und mechanische Spannungen wegen unterschiedlicher Gitterzellen etc.), aber wie gesagt: Wer solche Anlagen zur Verfügung hat, der hat entweder direkt paar Rezepte dazu gekauft oder selber entwickelt.
Ich kann mir nicht vorstellen, dass ein standardisierter Fertigungsprozess im Forschungsbereich tatsächlich gut funktionieren wird. Die Reinräume sind anders aufgebaut - andere Anlagen = andere Prozessparameter (und die werden auch noch zeitvariant sein, da sicherlich mal eine Pumpe ausfällt oder Gasflüsse nicht konstant sind etc.

[Skysnake]

Ja das ist mehr Kochrezept als alles andere bei solchen Anlagen meiner Erfahrung nach