Как собирают компьютеры на заводах
Обновлено: 06.07.2024
Мы живем в удивительное время: компьютеры окружают нас со всех сторон. Любимый смартфон, ноутбук на работе, медицинские приборы, браслеты и часы. Умные рекламные табло, самокаты и автомобили.
В основе каждого такого устройства лежит тот или иной микропроцессор. А простой микрокомпьютер размером со спичечный коробок (на базе Atmega или STM32) можно положить в карман или установить в качестве дверного звонка. Мы живем в будущем, не особенно-то его замечая. Но до начала 1980-х ни один советский радиолюбитель даже мечтать не мог о домашнем персональном компьютере.
Перед тем, как мы начнем разговор непосредственно о процессорах — не забывайте, что подавляющее большинство устройств, упомянутых в статье, закончили свой официальный жизненный цикл в лучшем случае в середине 1990-х годов. Из-за этого некоторые данные о них могут быть неточны и противоречивы. А о некоторых проектах, преимущественно военной направленности, практически нет никакой информации. Поэтому сосредоточимся мы преимущественно вокруг «гражданского» применения микропроцессоров на территории нашей страны.
КР580ВМ80А
Пожалуй, не найдется ни одного радиолюбителя старше 30-35 лет, который бы не слышал об этом легендарном микропроцессоре. Фактически ВМ80А — это клон американского процессора Intel 8080A 1974 года. Выпускался с 1977 года (оригинал — с 1974). Первое название на отечественном рынке — КР580ИК80, но в ходе масштабного изменения системы обозначений микросхем в СССР получил свое «привычное» имя.
Отличия от своего американского собрата у процессора минимальны.
Кратко о технических характеристиках:
тактовая частота — 2,5МГц (максимальная гарантированная, но не предельная, если исходить из практики);
самый распространенный формат — DIP40, но существовала и ранняя планарная версия с 48 контактами;
шина адреса — 16 бит, до 64кБ оперативной памяти;
шина данных — 8 бит;
содержит 80 инструкций.
Разработан этот процессор был Киевским НИИ микроприборов под руководством А.В. Кобылинского. В поддержку процессора также был выпущен полноценный комплект дополнительных микросхем-аналогов серии Intel 82xx, среди которых КР580ВГ75 (контроллер дисплея), КР580ВИ53 (таймер-счетчик, который также использовался в качестве музыкального «сопроцессора»).
В силу ряда исторических причин самостоятельного развития на территории нашей страны этот процессор не получил. Не имеющий аналогов в мире чип КР580ВМ1, выпущенный заводом «Квазар», содержал некоторые существенные улучшения, однако производился в ограниченном количестве.
Сейчас этот процессор встречается лишь на сайтах для коллекционеров и стоит весьма ощутимых денег.
Теперь же обратимся к двум популярным компьютерам, построенным на базе процессора КР580ВМ80А.
«Радио-86РК»
Схема этого памятного для многих радиолюбителей компьютера впервые была опубликована в 1986 году, в журнале «Радио» №4-6. Авторами цикла статей числятся Д. Горшков, Г. Зеленко, Ю. Озеров, С. Попов. «86РК» (или «РК-86», как его иногда называют) позиционировался в качестве самодельного устройства, собрать которое в состоянии даже подросток, хотя бы раз державший в руках паяльник. Правда, добыть некоторые запчасти порой было весьма непросто.
К слову, «Радио-86РК» является прямым потомком компьютера «Микро-80». Сам же «Микро-80» ввиду сложности сборки и большого (ок. 200 против 29 в «РК») количества микросхем популярности не снискал.
Пятичасовой стрим-демонстрация работы «Радио-86РК» с массой интересных доработок:
Классический «86РК» имел на борту 16-32кБ оперативной памяти, однобитный бипер-пищалку и два ПЗУ: первая — с программой «Монитор», вторая — с набором символов. Чтобы запрограммировать компьютер, сборщику требовался «ручной» программатор: микросхема ПЗУ вставлялась в панельку, а человек методично вводил данные с помощью кнопок, сверяясь с журналом. В котором, к слову, далеко не всегда печатались корректные прошивки. А если ошибка была допущена в процессе работы, микросхему приходилось стирать с помощью УФ-лампы.
Загрузка программ в компьютер осуществлялась через магнитофонный вход и (при внесении ряда доработок) через дисковод. Соответствующие модули расширения производились непосредственно авторами компьютера, и их можно было купить прямо в редакции «Радио» или у фирм-посредников.
Несмотря на массу ограничений и лишений, «РК» был полноценным компьютером: на нем можно было программировать, «прошивать» микросхемы с помощью самосборного программатора, играть в игры, слушать музыку — словом, делать всё то, к чему мы привыкли на наших современных машинах. Конечно же, для полноценной «офисной» работы компьютер не годился. Но и не для предприятий он делался, так что здесь все в порядке.
Существовала также коммерческая «доработка компьютера до цвета». Однако компания, производившая софт (преимущественно игровой) для этой версии компьютера, в середине-конце 1990-х годов разорилась, унеся с собой около 3-х десятков уникальных программ. Найти их сейчас не представляется возможным.
Современные клоны «Радио-86РК» «научились» работать в цвете, проигрывать музыку на популярном музыкальном чипе AY-3-8910 и «грузиться» с SD-карты или HDD.
К 1987 году началось промышленное производство «Радио-86РК» и его более продвинутых клонов: «Микроши», «Апогея», «Партнера», «Спектра» и прочих. Кроме того, в СССР были разработаны также 2 производных ПК: «Юниор ФВ-6506» и довольно-таки продвинутый «Электроника КР-04».
Прочие компьютеры на базе КР580ВМ80А, конструктивно превосходящие или принципиально отличающиеся от «Радио-86РК»:
Текстовый компьютер «ЮТ88» (1989, схема опубликована в журнале «Левша»);
«Орион» и его модификации;
А мы будем двигаться дальше. И на очереди у нас едва ли не самый интересный и самобытный компьютер советской эпохи.
«Вектор-06Ц»
История рождения этого интересного и по-настоящему самобытного компьютера весьма непроста. Он прошел путь от наброска на салфетке до промышленного производства и едва не был похоронен бюрократическими органами. Наиболее полную и интересную версию истории «Вектора» вы можете узнать на YouTube-канале главного «летописца» Вектора-06Ц Lafromm31. Неплохое текстовое изложение истории доступно здесь.
Компьютер был разработан в Кишиневе в середине 1980- годов. Авторство проекта принадлежит двум инженерам ПО «Счетмаш», Донату Темиразову и Александру Соколову.
64КБ оперативной памяти (1/10 от той, что «хватит всем»);
Тактовая частота процессора повышена до 3 МГЦ, однако в силу особенностей синхронизации ЦП с видеоконтроллером на КР580ВГ75 некоторые команды выполнялись существенно медленнее, чем могли бы;
Трехканальный звук на базе микросхемы КР580ВИ53 (микросхема-таймер, которая была применена в компьютере по причинам дешевизны и отсутствия доступных промышленных аналогов);
Ввод данных через магнитофонный вход (также существовали устройства-комбодевайсы, позволяющие подключать HDD, FDD, квази-диск и AY-3-8910 для проигрывания музыки);
Аппаратный вертикальный скроллинг;
Три режима видео с поддержкой до 16 одновременно отображаемых цветов из палитры 256;
Отсутствие как такового аппаратного «текстового» режима.
Для наглядности приведем несколько скриншотов с «Вектора-06Ц».
Для любителей ZX Spectrum-совместимых компьютеров кое-что в «Векторе» может стать неожиданностью, а именно отсутствие «Бейсика» в штатной прошивке. Компьютер «стартовал» сразу же готовым к загрузке с кассеты. Посмотрите на снимок ниже: каждый столбик — это ячейка памяти. По мере загрузки с кассеты столбики заполнялись.
На сегодняшний день «Вектор-06Ц» — редкий и весьма дорогой гость в коллекциях любителей ретро. Причина тому — высокое содержание драгметаллов в компьютере. Это и позолоченные разъемы, и «дорогие» конденсаторы. Подавляющее большинство «Векторов», которые можно найти на онлайн-аукционах, либо перепаяны на менее «дефицитные» компоненты, либо пали жертвой варваров с бокорезами.
А вот с клавиатурой «Вектора» были сложности. Выпускались 2 варианта клавиатур, на герконах и «емкостные».
Герконовые варианты были на порядок удобнее своих емкостных конкурентов (на самом деле, нажатие на клавишу перемыкало две половинки «пятаков»), однако сейчас почти не встречаются. А поролон, который вкупе с пружинкой обеспечивал упругое нажатие на емкостных клавиатурах, имел тенденцию рассыпаться, в связи с чем его приходилось регулярно менять.
Компьютер производился с 1987 по начало 1990-х годов. Постепенно был вытеснен IBM-совместимыми машинами и (локально) клонами ZX-Spectrum.
Всем, кто не знаком с этим замечательным компьютером, настоятельно рекомендуем посмотреть обзоры на уже упомянутом выше канале.
Разумеется, только «Вектором» и «РК» применение процессора ВМ80А в нашей стране не ограничивается.
Другими интересными образчиками машин на базе ВМ80А являются шахматный компьютер «Интеллект-2», печатная машинка «ПЭЛК-3110 Элема», музыкальные синтезаторы (например, «Форманта»), игровые автоматы («ТИА-МЦ-1»), различные периферийные устройства (принтеры, УВВПЧ) и даже телефоны с АОН. Но что касается последних — здесь правил бал совершенно другой процессор, о котором речь пойдет далее.
Т34ВМ1, КР1858ВМ1, КР1858ВМ3 и прочие аналоги Zilog Z80
Этот раздел, в общем-то, можно было бы закончить этой лаконичной картинкой…
…но это было бы слишком просто.
Оригинальный процессор Zilog Z80, родственник Intel 8080, появился на рынке в июле 1976 года. Курьезный факт — из-за того, что Zilog свободно продавала лицензии на производство совместимых процессоров (а страны Восточной Европы и СССР игнорировали лицензирование как рудимент капитализма), Zilog в итоге выпустила менее половины от всех произведенных Z80.
Несмотря на то, что в СССР существовали собственные аналоги этого популярного процессора, множество популярных в то время компьютерных устройств использовали именно «оригинальные» чипы преимущественно филиппинского происхождения.
Краткие характеристики процессора:
тактовая частота до 20 МГц;
набор инструкций на основе i8080;
встроенный системный контроллер;
16-битная шина адреса (64 Кб);
инструкции деления и умножения отсутствуют, в ряде случаев для работы с числами применялись отдельные сопроцессоры.
Существовало несколько вариантов исполнения чипа: DIP40 и 44-контактные PLCC и PQFP.
В СССР выпуском клонов Z80 (Т34ВМ1) занимался зеленоградский завод «Ангстрем». Чуть позже к производству новых ревизий чипа (КР1858ВМ1, КР1858ВМ3) подключились и другие заводы: воронежский «Электроника» и минский «Транзистор». Пробные экземпляры процессора сошли с конвейера в 1991 году.
В целом же это был прекрасный, мощный и недорогой процессор, на базе которого было построено немало игровых консолей, таких как Game Boy, Sega Genesis (в качестве звукового сопроцессора), компьютеров (MSX, Amstrad CPC и пр.). А в Commodore 128 (последователей Commodore 64) Zilog Z80 использовался в качестве дополнительного ЦП для поддержки операционной системы CP/M. А если говорить о «не-компьютерном» применении процессора, список растянется не на одну страницу.
Разумеется, самым популярным вариантом применения этого процессора в нашей стране было так называемое «спектрумостроение», т.е. разработка ZX Spectrum-совместимых машин разного уровня качества и навороченности. Помимо этого, активно продавались стационарные домашние телефоны с автоматическим определителем номера (АОН) на базе Z80.
Неизвестно, является ли это отечественной разработкой, но в начале 1990-х на базе Zilog Z80 и AY-3-8910 делались музыкальные чиптюн-звонки. Подобные проекты-конструкторы для самостоятельной сборки можно найти и сейчас.
Примечательно, что в оригинальном ZX Spectrum существенная часть видеотракта и некоторые дополнительные логические модули были реализованы в проприетарной микросхеме ULA (Uncommitted Logic Array). Отечественный «ответ» ULA, микросхема Т34ВГ1 (и ее родственники КА1515ХМ1, КБ01ВГ1-2 и И185) выпускались в начале-середине 1990-х и были призваны максимально облегчить сборку клонов «Спектрума».
Кроме того, достоверно известно, что в некоторых школах, оборудованных компьютерными классами, устанавливались компьютеры MSX японского (Yamaha) производства под маркировкой КУВТ-2.
В заключение раздела приведем несколько интересных ссылок:
Канал sinc LAIR на YouTube: крупнейший русскоязычный канал, посвященный ZX Spectrum
Видео, посвященное сборке клона ZX Spectrum
Демо, написанное для российского телефона с АОН на базе Z80
6502 и все-все-все
В 1980-х миром правили уже упомянутый Zilog Z80 и его не менее успешный и популярный «коллега» MOS Technology 6502.
Этот восьмибитный процессор, представленный в 1975 году, имел множество ответвлений и продолжателей. Специальные версии чипа устанавливались в компьютерах от Commodore, Atari и домашних приставках Famicom/NES. Одним из немаловажных факторов успеха ЦП была его дешевизна. В то время, как Intel 8080 продавались за $179, 6502 стоил всего $25.
С точки зрения технических характеристик MOS 6502 крайне похож на Z80, а его архитектура в целом близка к RISC.
В нашу страну этот процессор (разумеется, в виде клона CM630) добрался на борту болгарского компьютера «Правец», клона Apple II.
Кроме того, производившийся с 1984 по 1990 гг. учебный компьютер «Агат», частично совместимый с «Правцем», также нес на борту процессор СМ630Р, еще один клон MOS6502. Поговорим об этих машинах поподробнее.
Фактически, за исключением некоторых моделей, восьмибитные «Правцы» были клонами популярных американских компьютеров Apple II (Plus, e, c). Разработчик первой версии компьютера — Иван Марангозов. В годы актуальности «Правцев» коллеги шутили, что аббревиатура ИМКО (Индивидуальный МикроКОмпьютер), которой маркировались некоторые модели, расшифровывается не иначе как «Иван Марангозов Копирует Оригинал».
Линейка производилась с 1984 по 1994 годы. Одна из версий, «Правец 8М», известный также под именем «ИМКО-2М», прямых аналогов среди Apple-машин не имел, зато был совместим с популярной ОС CP/M и имел особый, цельнокорпусный вариант исполнения для военной промышленности. Представлен компьютер был в том же 1984-ом на Международном симпозиуме по робототехнике в Лондоне.
Что касается «модификаций» — ПЗУ компьютера было слегка модифицировано для поддержки кириллических шрифтов. При запуске на экране загоралась надпись, содержащая название компьютера.
Поздние версии компьютера собирались, помимо исторической родины, еще и в Ташкенте (некоторые модели — на Тайване) и поставлялись в учебные классы. Популярность в школах была обусловлена тем, что при использовании специальных карт U-LAN становилось возможно объединить сразу несколько компьютеров в локальную сеть.
В качестве операционной системы использовались Apple DOS, ProDOS и CP/M (для последней требовалось установить дополнительную карту).
Отдельного упоминания достоин «Правец 8D», являющийся клоном… нет, не Apple II, а Oric Atmos, самобытного британского «убийцы ZX Spectrum». Однако широкого распространения этот компьютер, как, кстати, и его «идейный вдохновитель», не получил.
Очень часто исследователи истории «Агата» ссылаются на статью журнала BYTE от 1984 года. В ней глазной хирург и разработчик программного обеспечения Лео Борс пишет о своих впечатлениях от работы на «плохом советском клоне Apple II».
Так, поработав с компьютером пару-тройку минут, он окрестил его словом «yablochka». И не мудрено: тестовый образец «Агата» был массивен, выкрашен в «революционный красный цвет» и непрерывно кряхтел дисководом.
«Агат» можно назвать первым советским серийным компьютером. Он был разработан в НИИ Вычислительных Комплексов под руководством небезызвестного А. Ф. Иоффе в 1981-1983 гг. Серийное производство компьютеров стартовало в 1984 году.
Несмотря на неплохую совместимость с Apple II, компьютер нельзя однозначно назвать его полным клоном. Как минимум, потому что использование иностранной элементной базы без веских причин в те годы было недопустимо и конструкторы, скрепя сердце, вынуждены были создать принципиально новую плату на основе процессора серии 588, серийно производимом на минском заводе «Интеграл». Совместимость с командами 6502 достигалась сугубо средствами эмуляции. Из-за этого компьютер физически не мог тягаться по скорости с оригиналом. Именно эту версию имел удовольствие препарировать доктор Борс во время своего краткого визита в СССР.
Серийные образцы компьютера выпускались уже на оригинальном 6502 — инженерам удалось убедить руководство в целесообразности использования «чужеродного элемента».
Тем не менее, в целом архитектура «Агата» во много страдает от технических ограничений отечественной элементной базы. К ним относятся, например, использование дополнительных плат с памятью (из-за дефицита на РУ5 применялись микросхемы меньшего объема) и схема знакогенератора (только заглавные буквы). Подробнее об изобретателях и истории «Агата» можно прочитать здесь.
Серийные «Агаты» продавались приблизительно за 3900 рублей и были доступны как рядовым пользователям, так и средним учебным заведениям (в формате КУВТ). Немалым преимуществом «Агата» было и то, что он с завода комплектовался пятидюймовым дисководом.
Чуть позднее на ниве оборудования компьютерных классов «Агат» потеснили «Корветы» на базе все того же КР580ВМ80А, «БК-0010» и «ДВК-2».
Претерпев немало модификаций и улучшений, компьютер официально отправился на покой в 1993 году. По некоторым данным, последнюю машину выпустил Загорский электромеханический завод (ЗЭМЗ).
На сегодня это все. Надеемся, статья не оставит вас равнодушными. Рады будем видеть в комментариях ваши собственные истории о работе с компьютерами прошлых лет. В будущих статьях мы поговорим о других, не менее интересных отечественных ЭВМ, микропроцессорах и новаторских идеях, многие из которых сейчас кажутся незаслуженно забытыми. А заключим цикл обстоятельным разговором о современных российских компьютерных устройствах.
Многие наверняка не раз задавались вопросом, почему процессоры, видеокарты и материнские платы которые мы покупаем в магазинах — разработаны и сделаны где угодно, только не в России? Почему так получается, неужели мы только нефть качать можем?
Сколько стоит запуск производства микросхемы, и почему при наличии 22нм фабрик, бОльшая часть микросхем по всему миру до сих пор делается на «устаревшем» 180нм-500нм оборудовании?
Ответы на эти и многие другие вопросы под катом.
Транзисторы на кремниевой пластине рисуются с помощью фотолитографии, с помощью аппаратов называемых степперами или сканерами. Степпер — рисует кадр (до 26x33мм) целиком, затем переходит на новую позицию. Сканер — одновременно сдвигает маску и пластину таким образом, чтобы в каждый момент рисовать только одну узкую «строку» в центре кадра, таким образом аберрации оптической системы меньше влияют на изображение.
Основные характеристики степперов/сканеров — длина волны света, на которой они работают (на ртутных лампах i-line — 365nm, затем на эксимерных лазерах — 248nm и 193nm), и численная апертура объектива. Чем короче длина волны, и чем больше апертура — тем меньшие детали могут быть нарисованы объективом в соответствии с дифракционным пределом:
Например, для одного из самых совершенных сканеров ASML NXT 1950i с длиной волны 193нм и численной апертурой 1.35, и k1=0.4(обычное значение для фотолитографии без «хитростей») получаем теоретическое разрешение 57нм. Применяя хитрости вроде фазовых масок, многократной экспозиции, оптической коррекции близости, off-axis illumination, поляризации света — получают минимальные элементы до 22нм.
Другие параметры степперов/сканеров — производительность (сколько пластин в час они могут обработать, до 220 пластин), и ошибка совмещения (на сколько нанометров в штуках промахивается позиционирование пластины относительно заданной позиции. На современных сканерах — до 3-5нм).
Степперы/сканеры печатают уменьшенное в 4–5 раз изображение вот такой маски (стеклянной пластинки с рисунком микросхемы, размер примерно 15x15см) в точно заданных местах.
Операцию печати рисунка (с разными масками) нужно повторить от
10 (для самых простых и старых микросхем) до
40 раз чтобы сформировать все нужные слои на микросхеме (начиная от самих транзисторов, и заканчивая 2–10 слоями металлических соединений). Между операциями фотолитографии пластины подвергаются различной обработке — их греют в печке до 1100 градусов, травят в растворах и плазме. На выходе остаётся пластину разрезать на отдельные кристаллы, протестировать и поместить в корпус.
«Крутость» технологии измеряют размером минимального рисуемого элемента (отдельные части транзистора, например затвор — могут быть как меньше так и больше этой цифры — т.е. это величина достаточно условная). Понятно что чем меньше транзисторы — тем быстрее работает микросхема, и больше кристаллов влезет на пластину (но не везде нужна максимальная скорость).
Сейчас начинается медленный и мучительный переход на EUV-литографию, с длиной волны 13.5nm и зеркальной оптикой. EUV сканеры пока дороже и медленнее обычных 193нм, и только-только начинают превосходить их по достижимому разрешению.
Цифры — грубые оценки, точных нигде не скажут без NDA.
Лицензия софта на одно рабочее место разработчика микросхем — от 20'000 до 100'000$ в год и выше. Можно конечно и воровать, но за этим все вокруг следят.
Далее — изготовление масок. Они не должны иметь ни одного повреждения, и их изготовление обходится очень дорого: от
7'000$ за комплект для микросхем на 1000нм,
100'000$ для микросхем на 180нм и до
5'000'000$ для микросхем на 32нм. А ведь микросхема с первого раза скорее всего не заработает — и после нахождения ошибки маски придётся переделывать. Частично с этой проблемой можно бороться размещая тестовые микросхемы от многих заказчиков на одном наборе масок — тогда все получат по чуть–чуть тестовых микросхем за 1/3–1/10 цены полного набора масок (это называют Shuttle или MPW — multi project wafer).
Каждая произведённая пластина стоит от 100–400$ для старых технологий на 1000нм,
1000$ на 180нм и до
5000$ для самых современных (помимо нанометров тут оказывает влияние и сложность технологии — простая логика дешевле, флеш память дороже, но не в разы). Тут также важно помнить и о размере пластин: самые современные производства сейчас работают с пластинами диаметром 300мм — они по площади примерно вдвое больше пластин на 200мм (которые сейчас используются в России на Микроне, Интеграле и в туманном будущем на Ангстрем-Т), а последние примерно вдвое больше ещё более старых 150мм. Пластины бОльшего размера позволяют получать микросхемы меньшей стоимости при большИх заказах т.к. количество телодвижений для изготовления 100 пластин примерно одинаковое, независимо от диаметра (это одна из причин планируемого перехода передовых производств на пластины диаметром 450мм в 2018 году по оптимистичным оценкам).
Допустим мы хотим разработать x86-совместимый процессор (или любую другую относительно сложную микросхему), по более-менее современной коммерчески доступной технологии 28/32нм (22нм хоть и существует, но коммерческие заказы пока не разместить — так что доступ к технологиям иногда как любовь: за деньги не продается). Вопрос со стоимостью патентов опустим, это вообще очень печальная тема. Предположим, для разработки нужно 200 мифических человеко-лет (это если мы делаем скромный процессор, не претендующий на первое место).
Лицензии на софт — 50k$*100 = 5 млн$ (грубая оценка, не всем нужны лицензии).
Зарплата разработчиков — допустим 3k$*1,5(налоги)*12*200 = 10.8 млн$
Тестовые запуски в MPW — 2*1.5 млн$
Изготовление масок для серийного производства 2*5млн$ = 10 млн$ (2 — потому что как ни старайся — с первого раза не выйдет)
Это было то, что называется Non-recurring engineering (NRE) — единоразовые затраты, которые не зависят от объема производства, и успеха всего мероприятия.
Если процессор у нас получился площадью 200мм2, пластины по технологии 32нм диаметром 300мм стоят 5000$, то с пластины у нас получится 70690/200 = 350 кристаллов (оценка сверху), из которых работать допустим будет 300. Т.е. себестоимость кристалла — 16.6$, 20$ после корпусировки. За сколько теперь такой процессор можно будет продавать? 50$? 100$? Отнимем налоги и наценку магазинов…
И вот теперь вопрос — сколько же нужно продать таких процессоров, чтобы окупить наши NRE, проценты по кредитам, налоги и проч? Миллион? 5 миллионов? А главный вопрос — есть ли какие-то гарантии, что эти 5 миллионов процессоров удастся продать, учитывая что конкурентам ничего не стоит произвести на 5 миллионов больше их уже готового продукта?
Вот такой вот адский бизнес получается — огромные капитальные расходы, огромные риски и умеренная прибыль в лучшем случае.
Китай — решил проблему по своему, они решили во все школы поставить компьютеры со своими процессорами и Linux — и проблема с объёмами производства решена ((1) (2)).
Таким образом, главный вопрос при создании микросхем — это не как и где произвести, а как разработать и кому потом продать миллионы штук получившейся продукции?
Стоимость современного завода подбирается к отметке 5 млрд$ и выше. Такая сумма получается потому, что стоимость лицензий и некоторых других фиксированных расходов не сильно зависит от объёмов производства — и выгодно иметь большие производства, чтобы затраты «размазывались» по бОльшему объёму продукции. А каждый современный сканер (который собственно рисует эти 22–32нм детали) стоит 60–100млн $ (на большом заводе их может быть пара десятков). В принципе, 5млрд — не такие большие деньги в масштабах страны. Но естественно, никто не потратит 5 млрд без чёткого плана по возврату инвестиций. А ситуация там такая — несмотря на всю сложность индустрии, только монополисты работают с видимой прибылью (TSMC, Intel, Samsung и немногие другие), остальные еле сводят концы с концами.
Это просто не укладывалось у меня в голове — как же так, вкладывать миллиарды, и едва–едва их отбивать? Оказалось, все просто — по всему миру микроэлектроника жесточайше дотируемая отрасль — заводы постоянно выклянчивают освобождение от налогов, льготные кредиты и демпингуют (в Китае пошли ещё дальше — SMIC заводы строит за государственный счёт, и потом ими «управляет» — это у них называется Reverse Build-Operate-Transfer). После появления каждой новой технологии (45нм, 32нм. ) — первые заводы-монополисты обладающие ей и рубят основную прибыль, а те, кто приходят на 2-5-10 лет позже старта — вынуждены работать практически по себестоимости. В результате денег тут заработать крайне сложно (без монополии и без дотаций).
Это похоже поняли и в России — и проекты больших микроэлектронных заводов пока отложили, и строят маленькие производства — чтобы если и терять деньги, то терять их мало. А даже 3000 пластин в месяц, производимых на Микроне — это с головой покрывает объёмы потребления билетов Метрополитена и оборонки (кристалл билета метро имеет размеры 0.6x0.6мм, на одной 200мм пластине получается 87'000 билетов в метро — но о грустной истории с билетами метро я расскажу в одной из следующих статей).
Вопреки расхожему мнению, особых ограничений на продажу оборудования для микроэлектроники в Россию нет — на поправку Джексона — Вэника в США ежегодно накладывается президентский мораторий, и нужно только получать обычное разрешение на экспорт. Сами производители оборудования кровно заинтересованы заработать побольше денег, и сами пинают со своей стороны выдачу разрешений. Но естественно, без денег никто ничего не делает. Так что за ваши деньги — любой каприз.
Но нужно помнить и о том, что свой завод не гарантирует полной независимости производства, и не дешевле производства за рубежом: основную стоимость составляют технологии/лицензии и стоимость закупаемого оборудования — а если своих технологий и оборудования нет, и все импортировать — то и дешевле получится не может. Многие расходные материалы также в любом случае придется импортировать. Отдельный больной вопрос — производство масок, только очень крупные фабрики могут иметь «своё» производство масок.
Многим кажется — вот, у Intel–а 22нм, а у нас 90нм — как мы безнадежно отстали, подайте трактор… Но есть и другая сторона медали: посмотрите например на ту же материнскую плату: там сотни полупроводниковых приборов — MOSFET–ы, драйверы, микросхемы питания, всякая вспомогательная мелочь — почти для всех из них хватает и 1000нм технологии. Вся промышленная электроника, и микросхемы для космоса и военных — это практически в 100% случаев технологии 180нм и толще. Таким образом, самые последние технологии нужны лишь для центральных процессоров (которые делать очень сложно/дорого из–за высоких рисков и высокого порога выхода на рынок), и различных «жопогреек» (айфонов и проч). Если вдруг случится война, и Россия лишится импорта — без «жопогреек» прожить можно будет, а вот без промышленной, космической и военной электроники — нет. Т.е. по факту мы видим, что критичные для страны вещи по возможности делают в России (или закупают впрок), а то, без чего можно будет прожить в крайнем случае — импортируем.
Есть и другие факторы — та же стоимость масок. Если нам нужно сделать простую микросхему, то делать для её изготовления по 32нм маски стоимостью 5 млн $ — может быть выгодно если эту микросхему потом производить тиражом в десятки и сотни миллионов копий. А если нам нужно всего 100'000 микросхем — выгоднее экономить на масках, и выпускать микросхему по самой «толстой» технологии. Кроме этого, на микросхеме есть контактные площадки, к которым подсоединяются выводы микросхем — их уменьшать некуда, и следовательно, если площадь микросхемы сравнима с площадью контактных площадок — то делать микросхему по более тонкой технологии также нет смысла (если конечно «толстые нормы» удовлетворяют требованиям по скорости и энергопотреблению).
В результате — подавляющее большинство микросхем в мире делается по «толстым» технологиям (350–500нм и толще), и миллиарды микросхем уходящие на экспорт с Российских заводов (правда в основном в виде пластин) — вполне себе востребованы и продаются (так что в материнских платах и сотовых телефонах есть наши микросхемы и силовые транзисторы — но под зарубежными именами).
Ну и наконец, американский F–22 Raptor до недавнего времени летал на процессоре Intel 960mx, разработанном в 1984–м году, производство в США тогда было по нормам 1000–1500nm — никто особо не жужжал о том, что американцы ставят в самолеты отсталую электронику (хотя ладно, немного жужжали). Главное ведь не нанометры, а соответствие конечного продукта техзаданию.
Рыночная экономика эльфов и микроэлектронное производство — слабо совместимые вещи. Чем больше копаешься — тем меньше видно рынка, больше дотаций, картельных сговоров, патентных ограничений и прочих радостей «свободного рынка». Бизнес в этой отрасли — это одна большая головная боль, с огромными рисками, постоянными кризисами перепроизводства и прибылью только у монополистов.
Не удивительно, что в России стараются иметь маленькое, но своё производство, чтобы сохраняя независимость, терять меньше денег. Ни о какой прибыли на рыночных условиях говорить не приходится.
Ну и не для всех микросхем нужно 22-32нм производство, подавляющее большинство микросхем выгоднее производить на более старом 180-500нм оборудовании из-за стоимости масок и объемов производства.
В следующих статьях — расскажу об особенностях космической и военной микроэлектроники, и о текущем состоянии микроэлектроники в России.
Импортозаместить всё и везде намерено российское правительство. Но насколько далека теория от практики? Разбираемся, какие компьютеры выпускают в России и как далеки они от MacBook и компании.
«Эльбрусы» по цене MacBook Pro
В России производят компьютеры «Эльбрус» на основе одноименных процессоров. Пример, который уже рассмотрели со всех сторон – «Эльбрус-401 РС».
Модель поступила в розницу в январе 2017 года, но уже снята с производства. Стоит такой компьютер 199 тыс. рублей. За эти деньги вы получаете полный комплект: системный блок, 23-дюймовый монитор, клавиатуру и даже мышь.
Характеристики так себе: так, 4-ядерный чип «Эльбрус 4С» по уровню аналогичен Intel Core 2 Quad 2008 года с частотой 750 МГц, но зато есть встроенная видеокарта и дискретный адаптер на базе AMD Radeon 6000-й серии. К тому же оперативной памяти целых 24 ГБ (зачем, Карл?), и её объём можно увеличить до 96 ГБ. Да, есть ещё SSD-диск на 120 ГБ для шустрой загрузки ОС и приложений и жесткий диск на 500 ГБ.
Работает «Эльбрус-401 РС» на базе ОС на ядре Linux. Предустановленные приложения – также с открытым исходным кодом: браузер Firefox, текстовый редактор AbiWord, электронные таблицы GNumeric, клиент для электронной почты и т.д.
Что реально может «Эльбрус-401 РС» за 200 тыс. рублей? Сотрудник Института электронных управляющих машин имени И. С. Брука Максим Горшенин вместе с коллегой, инженером-программистом Алексеем Рыжковым, сняли видео об этом.
В ролике показывается режим двоичной трансляции: он позволяет запускать на «Байкалах» машинный код х86. Парни подняли на «Эльбрусе» Windows 7 и запустили культовую GTA: Vice City 2003 (. ) года. Результат оказался не очень: при средних настройках графики fps серьёзно проседает:
Но зато в компьютере 32 ГБ оперативной памяти, видеокарта с 1 ГБ видеопамяти, SSD-диск на 120 ГБ и терабайтный винчестер. Кроме процессора, все ключевые комплектующие импортные:
Спрос на российскую технику активно создают. Так, подконтрольное Минкомсвязи НИИ «Восход» заказал 22 сервера на базе процессора «Эльбрус» на общую сумму в 49,5 миллионов рублей, а МВД — 216 серверов на базе «Эльбрус-4С» на 202,3 миллиона рублей.
«Говорун» мощностью в 1 петафлопс
Не только ПК в России делают — суперкомпьютеры тоже! Так, в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) построили и ввели в эксплуатацию новый суперкомпьютер.
Назвали систему в честь учёного Н. Н. Говоруна — просто Govorun. Правда, здесь обошлось без «Байкалов» и «Эльбрусов». Чтобы создать систему мощностью в 1 петафлопс, взяли чипы Intel Xeon и видеокарты Nvidia Volta.
Гибридный компьютер включает три различные подсистем.
Установлен «Говорун» в Лаборатории информационных технологи ОИЯИ. Суперкомпьютер позволяет проводить теоретические расчёты, на основе которых затем ставятся эксперименты в коллайдерах и на других установках.
«Говорун» будет моделировать поведение детектора NICA, который должны достроить в Дубне к 2020 году, и создавать программы для распознавания треков элементарных частиц. Кроме того, он будет обрабатывать статистику столкновений частиц в коллайдерах.
Но если говорить объективно, 1 петафлопс — это 181-е место в рейтинге «Топ-500», списке мощнейших суперкомпьютеров мира, который публикуется раз в полгода. На вершине рейтинга — система с 10 млн процессорных ядер и пиковой мощностью в 125 петафлопс.
Неубиваемый ноутбук: MacBook так не смог бы
«Ростех» создаёт защищенный ноутбук, которому нипочём жесткие условия работы. Он сможет выдерживать температуры от -40 до +50 по Цельсию, атмосферные осадки, вибрацию и удары.
Ноутбук будет поставляться в герметичном пластиковом кейсе и с вибропоглощающей платформой. Часть характеристик уже известна:
- Экран: 15,6 дюйма (ожидается и 17-дюймовый вариант)
- Коммуникация: Wi-Fi, GPS-ГЛОНАСС, 3G-LTE
- Габариты: 41,3 х 32,4 х 6,2 см
- Интерфейсы: VGA, HDMI, USB 3.0 х4, Ethernet, аудиопорт и порт для микрофона.
Мозгом ноутбука станет процессор Intel (не «Байкал» и не «Эльбрус»). Модель, правда, не сообщается.
Работать устройство будет на базе отечественной ОС на ядре Linux. Отдельно запилят модуль доверенной загрузки от несанкционированного доступа к конфиденциальной информации.
Создают ноутбук для Минобороны и силовиков, в рознице он вряд ли появится. Соответственно, и цена покрыта мраком.
Производством займётся концерн «Созвездие» (входит в холдинг «Росэлектроника»). Интересно, что в 2016 году он разрабатывал похожее устройство на базе Intel Core i7 с частотой 3,5 ГГц и 16 ГБ оперативной памяти.
Но в «Росэлектронике» связь между компьютерами не комментируют. Говорят лишь, что новый ноутбук «нельзя считать усовершенствованной обновленной версией или следующим поколением» прошлогоднего.
Планшеты за миллион — Тиму Куку и не снилось
Завод АО «НПП «Сигнал» создаёт электронику для Минобороны. Недавно выяснилось, что предприятие разместило на сайте госзакупок контракт на закупку 400 планшетных компьютеров.
Сумма в заявке – 142,4 млн рублей. Или по 356 тыс. рублей за штуку.
Победителем тендера стало ЗАО «Атри». Оно смогло предложить планшеты, которые удовлетворяют требованиям. И это не свежие iPad Pro, а защищенные гаджеты, которые будут производиться под этот заказ.
Впрочем, в документах, приложенных к заявке, указывали только ГОСТы. Само же ЗАО «Атри» показывает на сайте линейку продукции: планшеты «Орион» с экраном от 6 до 21 дюйма, которые этим ГОСТам соответствуют. Пассивное охлаждение, защита от ударов и вибраций – всё как положено.
А вот вес впечатляет: как вам 21-дюймовый планшет, который тянет на 18,5 кг?! Модель с диагональю 12 дюймов весит тоже некисло — 6,5 кг.
Но и это ещё не всё. Так, «Атри» продала ВНИИ «Сигнал» из Коврова шесть 10-дюймовых планшетов по 450 тыс. рублей, а ещё дюжину 19-дюймовых – по 1,1 млн рублей. iPad для нищебродов.
Суперкомпьютер за 10 тыс. рублей от школьника из Красноярска
Молодое поколение пытается вернуть веру в будущее российских компьютеров. Так, пятиклассник Григорий Кузнецов из красноярской школы №42 за несколько недель собрал миниатюрный суперкомпьютер. Запчасти искал на интернет-аукционах, потратил всего 10 тыс. рублей. Устройство помещается в рюкзаке.
Для создания умной машины понадобилось несколько одноплатных компьютеров размером с банковскую карту, вентиляторы, алюминиевые радиаторы для охлаждения плат, оргстекло, сетевой кабель, болты и гайки.
Система Кузнецова позволяет вести параллельные расчёты и решать сложные математические задачи. Пятиклассник признался, что с проектом помог отец — эксперт в области суперкомпьютерных технологий. Мальчик добавил:
Что ж, цена Raspberry Pi стартует от 5 долларов. DIY-фанаты всего мира используют эти компьютеры размером с кредитку для самых смелых экспериментов. Видео в интернете — горы, собрать можно всё, что угодно: от ретроконсоли до специализированных промышленных систем.
Выводы
Российские компьютеры пока поражают в основном ценами. По характеристикам они вовсе не впереди планеты всей. Можно лишь надеяться, что юные дарования (пусть и с помощью родителей-экспертов) что-то с этим сделают.
(18 голосов, общий рейтинг: 3.72 из 5)
Главное правило в HYPERPC: каждый компьютер собирается, настраивается и тестируется одним человеком. Один компьютер - один человек!
Один компьютер - один человек
Каждый специалист несет личную ответственность за созданный им компьютер. Сборка компьютера - c одной стороны два простых и коротких слова, а с другой кропотливые и ответственные этапы, завершающие процесс рождения Вашего нового компьютера.
Опыт тысячи созданых компьютеров
В нашей компании работают высококвалифицированные специалисты, имеющие высшее техническое образование. За плечами каждого из них тысячи собранных компьютеров! Причем действительно серьезных и сложных компьютеров, с использованием дорогих топовых комплектующих.
Идеальная сборка от экспертов
Для того, чтобы компьютер прослужил Вам долгие годы, и при этом не доставляли ненужных проблем, необходимо, чтобы сборку проводили профессионалы, имеющие большой опыт работы. Попытка сэкономить средства на этапе сборки и настройки, поручая эти работы менее квалифицированным работникам и используя дешевые комплектующие, наглядно подтверждает поговорку «скупой платит дважды».
Продуманное охлаждение
Правильный поток воздуха по всему компьютеру, чтобы сохранить все компоненты в пределах рабочих температур и защитить против общего отказа. В наших системах охлаждения используется тонкая грань между эффективным охлаждением и минимальным уровнем шума.
Оптимизированная укладка проводов
Наш специалист при сборке компьютера использует качественную и продуманную укладку проводов, чтобы получить максимальное количество воздушного потока по всему корпусу. Никаких висящих проводов - только профессиональная сборка!
Вопросы по сборке
Да, это возможно! Подробнее об этом расскажет наш эксперт/менеджер при подборе конфигурации. Обратитесь в наш апгрейд центр и расскажите нашему эксперту какие комплектующие у вас уже есть! Узнать подробности. Каждый компьютер проходит этап тестирования и даже при 100% нагрузке температуры будут всегда в пределах допустимых норм. При тестировании, система охлаждения настраивается таким образом, чтобы компьютер был тихим и эффективным. У нас большой опыт реализации кастомных проектов, в том числе индивидуальный моддинг корпусов. Свяжитесь с нашим менеджером и расскажите о ваши пожелания! Оставить заявку. В 96% всех компьютеров HYPERPC устанавливается фирменное водяное или воздушное охлаждение HYPERPC разных типов и размеров в зависимости от размера корпуса. Как и комплектующие всех известных вендоров оно производится в Азии под торговым знаком HYPERPC.Средний срок производства компьтера от 4 до 6 рабочих дней.
Да, такая возможность есть.
Для работы двух видеокарт в режиме SLI они должны обладать одинаковым графическим процессором и объемом памяти. При выполнении этих условий возможно сочетание видеокарт разных производителей, однако для лучшей стабильности и совместимости мы рекомендуем устанавливать только идентичные видеокарты.
По вашему желанию мы можем, как максимально использовать все возможные RGB элементы подсветки в комплектующих, так и напротив сделать полный Blackout, т.е. отключить всю имеющуюся подстветку в ПК. Подробнее тут. Microsoft Office это отдельное програмное обеспечение, которое не входит в состав операционной системы Microsoft Windows. Приобретается дополнительной в зависимости от наполнения приложений, подробнее здесь. Да, вы можете отказаться от HDD, т.к. при установке в компьютер емкого SSD (от 1TB) иногда не устанавливают классический HDD.При наличии у вас собственного лицензионного ПО, убрать ОС можно из конфигуратора. Мы настоятельно рекомендуем использовать лицензинное ПО, так как только в этом случае все системы компьютера будут функционировать в штатных режимах и риск сбоев при работе компьютера сводится к минимуму.
В каждой материнской плате присутствует звуковая карта, которая обеспечивает вывод и прием звука, т.е. вы всегда сможете подключить гарнитуру (наушники) и микрофон, а также колонки. А если есть в планах подключить к компьютеру хорошую акустику, рекомендуем установить отдельную звуковую карту, которая обеспечит качественный и детализированный звук.Да, ни один собранный компьютер не опечатывается. У вас будет полный доступ к внутренностям системного блока. При такой системе вы получаете возможность самостоятельно обслуживать и модернизировать ПК. Также сохраняется услуга бесплатного обслуживания и "модернизации с зачетом" в нашем магазине.
В представленных на нашем сайте компьютерах все комплектующие совместимы. Чтобы проверить совместимость всех комплектующих вашей конфигурации, обратитесь на почту Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Импортозамещение — одно из главных российских слов последних лет. В сфере высоких технологий оно тоже периодически возникает в новостных лентах, но большинство простых пользователей выбирает компьютеры, ноутбуки и комплектующие от известных зарубежных производителей — потому что пока так можно делать.
Государственные структуры давно двигаются в сторону отечественного оборудования и ПО. Недавно компания Aquarius представила «первый полностью российский ноутбук» для корпоративного сегмента, получивший соответствующий сертификат от Минпромторга. «Ростелеком» закупил партию планшетов и смартфонов, чтобы протестировать российскую мобильную ОС Sailfish — на неё планируется в течение трёх лет перевести всех чиновников.
Но что делать простым пользователям, которые поддерживают политику полного импортозамещения? Стать чиновниками удаётся не всем. Остаётся один вариант — поддержать отечественного производителя и купить компьютер, сделанный в России без использования импортных компонентов.
В поисках отечественного компьютера для дома
В каталогах магазинов электроники нет фильтра «отечественный компьютер/ноутбук», поэтому придётся находить оборудование через поисковики. На первой странице в выдаче обнаруживаем ссылку «НИКС — лучшие отечественные компьютеры в России!». В модельном ряду есть игровые, универсальные, офисные компьютеры. В описании указано, что это домашние машины. Открываем характеристики, чтобы убедиться в том, что устройство следует политике импортозамещения. В списке компонентов — Intel Core i5 и GeForce. Кажется, из отечественного в этих компьютерах только сборка.
Следующая ссылка — промышленные компьютеры iRobo. Предлагают купить защищённые ноутбуки, решения для атомных станций, нефтегазовой сферы, медицинской отрасли. Для дома ничего, так что тоже мимо. Есть несколько офисных вариантов, но тоже все построены на Intel.
Ещё одна ссылка из поисковой выдачи — компьютеры от компании РАМЭК. В главном меню сайта есть даже специальный раздел «Импортозамещение», который предлагает три варианта отказа от иностранной техники:
- ПК RAMEC на отечественной ОС;
- ПК RAMEC на процессоре «Байкал»;
- ПК RAMEC на процессоре «Эльбрус».
Судя по профилю компании и описаниям компьютеров, всё это предложения для государственных и корпоративных заказчиков. Некоторые машины предназначены для «широкого круга пользователей», но в розничной продаже их нет. Подтверждает государственное-корпоративное направление и список заказчиков, в котором Минобороны, ФНС, ФСБ, предприятия оборонно-промышленного комплекса, войсковые части, а также разные акционерные общества — например, ПАО «Богучанская ГЭС».
Кажется, у нас остался последний вариант — «Эльбрус» от компании МЦСТ. О нём очень много публикаций с заголовками типа «Первый российский компьютер поступил в продажу», но найти его в магазинах нельзя. В чём же дело?
«Эльбрус» и «Байкал» — не для дома
Весной 2015 года СМИ распространили информацию о том, что первый российский компьютер «Эльбрус-401» поступил в продажу. Помощник генерального директора МЦСТ тогда обозначил цену — 400 000 рублей — и сразу предупредил, что это опытная партия, на которую уже есть спрос, а для рядовых покупателей смысла в ней нет. Массовыми компьютеры «Эльбрус» пообещали сделать к 2020 году — по мнению представителей МЦСТ, к этому времени отечественные устройства должны заметно подешеветь.
Рабочая станция «Эльбрус-401 РС» доступна для заказа и сейчас: на сайте Института электронных управляющих машин им. И.С. Брука (ИНЭУМ) её можно приобрести за 199 000 рублей. В описании указано, что производительности достаточно для использования «Эльбруса» в качестве офисного ПК. В составе, кроме системного блока, поставляется монитор, клавиатура и графический манипулятор. Четырёхядерный процессор «Эльбрус-401» имеет частоту 800 МГц, объём ОЗУ 24 ГБ (с возможностью расширения до 96 Гб), дисковой памяти — 1,2 ТБ. На компьютер предустановлена ОС «Эльбрус», разработанная на базе Linux.
Кажется, пока это единственный вариант, который может стать массовым. Аппаратной основой системы станут процессоры «Эльбрус». Возможно, что и компьютеры с аналогичной архитектурой начнут продаваться в розничных магазинах.
Вопрос высокой стоимости должен решиться после налаживания массового производства. Компьютеры на «Эльбрусе» стоят 200 000 рублей, потому что представляют собой продукт штучного производства. К тому же главное его предназначение — пока всё-таки не домашнее использование, а работа на стратегически важных объектах, где применение импортных компонентов противоречит требованиям безопасности.
Ещё один российский процессор, о котором вы наверняка слышали, — «Байкал-T1». Его массовое производство стартовало в 2017 году, и некоторые СМИ неправильно интерпретировали это событие как появление прямых конкурентов западных компонентов для ПК. На самом деле, сфера применения «Байкала» тоже далека от домашнего компьютера — он используется в станках, роутерах, терминалах, автомобильных системах. Основными потребителями стали производители телекоммуникационного оборудования. К 2020 году разработчик планирует реализовать несколько миллионов процессоров.
Неутешительные итоги
Для простых пользователей в продаже нет ни одного компьютера, который можно было бы назвать полностью российским. Разработчики заточены строго под государственные, корпоративные и военные нужды, а массовый рынок явно находится в конце списка приоритетов. Конкурировать за домашних пользователей с западными компаниями никто и не собирается: затраты на производство в любом случае не окупятся. Поэтому единственное, что мы можем сделать прямо сейчас, поддерживая политику импортозамещения, — установить на компьютер или ноутбук российскую ОС. Но об этом мы поговорим в следующей части.
Читайте также: