Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) объявило о поиске на конкурсной основе подрядчиков для программы «Производство микроэлектроники следующего поколения» (Next-Generation Microelectronics Manufacturing program – NGMM).
DARPA 3D-ADK (3D Assembly Design Kit) – это стандартизированный набор инструментов для проектирования, разрабатываемый в рамках программы DARPA NGMM.
Его основная цель – создание единой среды для проектирования и производства микросхем с использованием трехмерной гетерогенной интеграции (3DHI), где различные чипы и материалы объединяются в одну вертикальную структуру.
ADK служит связующим звеном между разработчиками микросхем и производственными мощностями, определяя правила сборки, физические параметры и ограничения техпроцесса.
Инструментарий глубоко интегрирован с рабочими процессами автоматизации проектирования электроники (EDA), что позволяет моделировать сложные мультифизические процессы (тепловые, механические, электрические) еще до начала производства.
Цель объявленного тендера – создание своего рода «конструктора» 3D-ADK – набора правил и моделей, по которым инженеры смогут проектировать трёхмерные чипы из разных материалов, собранные вертикально, как многоэтажный дом.
Заявленный конкурс – часть большого проекта. В июле 2024 года DARPA выбрала подрядчика для программы NGMM – Техасский институт электроники в Остине. Общий бюджет – около $1,4 млрд.
«DARPA сотрудничает с Техасским университетом в Остине и его исследовательским центром при Техасском институте электроники (TIE) для создания Центра TIE NGMM (TNC) с целью поддержки исследований, разработок и мелкосерийного производства в области 3D-микроэлектроники.
Разработка технологий 3DHI позволяет объединять компоненты, изготовленные отдельно на разных предприятиях, – чипы или пластины, содержащие различные полупроводники и материалы, – в одном корпусе. При создании 3DHI-микроэлектроники, включающей в себя разнообразные материалы, выходящие за рамки кремния, NGMM фокусируется на революционных улучшениях функциональности и производительности. Более того, эти достижения открывают для США возможности для лидерства в передовой микроэлектронике будущего», – говорится в релизе DARPA.
Комплекс TIE NGMM Center (TNC) включает в себя 84 000 квадратных футов чистых помещений класса 100 для 3DHI. В их число входят литейный цех площадью 66 000 квадратных футов с низким объемом производства и широким ассортиментом продукции (LVHM) на кампусе Монтополис и научно-исследовательский цех площадью 18 000 квадратных футов на кампусе Пикл.
Центр специализируется на технологии 3DHI, которая позволяет создавать высокопроизводительную микроэлектронику для оборонных применений, таких как радары и датчики, путем многослойной компоновки компонентов – кремния, нитрида галлия и других материалов.
Класс чистоты 100 означает, что количество частиц на кубический фут, больших или равных 0.5 микрон, в чистом помещении должно быть менее 100 (менее 3520 на кубический метр).
«Инвестируя в передовые технологии производства микроэлектроники, мы помогаем обеспечить безопасность этой уязвимой цепочки поставок, укрепляем нашу национальную безопасность и глобальную конкурентоспособность, а также стимулируем инновации в критически важных технологиях, – заявил сенатор США Джон Корнин. – Следующее поколение высокопроизводительных полупроводников, создание которых станет возможным благодаря партнерству DARPA с TIE, поможет не только укрепить нашу оборону, но и проложить путь для возвращения США к лидирующей роли в этой важнейшей отрасли, и я с нетерпением жду новых достижений, инициированных Техасом, в ближайшие годы».
DARPA прогнозирует, что многослойная структура «кремний на кремнии» может повысить производительность до 30 раз, а интеграция некремниевых материалов, таких как нитрид галлия и карбид кремния, потенциально может увеличить производительность в 100 раз.
Правительство штата Техас инвестирует $552 млн в строительство завода по производству кремниевых пластин и связанные с ним программы, а DARPA предоставит оставшиеся 840 млн. Планируется, что проект будет завершен в течение пяти лет, после чего завод получит статус самоокупаемого коммерческого предприятия.
В релизе DARPA говорится, что им нужен подрядчик, способный выпускать «широкий ассортимент продукции с малыми объемами производства».
Тайваньский завод такие заказы не берёт: оборонные чипы составляют меньше 2% мирового рынка. А Пентагону нужны именно они: сотни вариаций под радары, ракеты, спутники.
Тендер идёт через систему ERIS. Торговая площадка DARPA Expedited Research Innovation System (ERIS) разработана для ускорения процесса закупок и стимулирования инноваций в сфере национальной безопасности. Эта платформа обеспечивает быстрый путь закупок, позволяя Пентагону оперативно получать доступ к прорывным и инновационным технологиям.
Обычный оборонный контракт (BAA) – это полгода-год процедур. ERIS работает иначе: разработчик представляет 7-минутное видео, получает одобрение за 30 дней и финансирование – через несколько месяцев.
Ускорение пути от разработки военной инновации до поставки ее в войска – актуальнейшая проблема американского ВПК.
Многолетний путь прохождения через бюрократическую систему Пентагона практически любой военной инновации, если только та не исходит от пятерки ведущих корпораций ВПК, в Америке назвали «долиной смерти» (valley of death).
Программа закупок министерства обороны требует согласований, на которые уходит от 9 до 26 лет. За это время технология, которой повезло дойти до этапа включения в программу производства, успевает безнадежно устареть. При этом в коммерческой сфере технологии, в том числе имеющие двойное назначение, обновляются примерно каждые 18 месяцев.
Пентагоновские бюрократы ломают через колено прекраснодушных идеалистов, которые горят желанием внести свою лепту в сохранение технологического лидерства США.
Новые инициативы DARPA призваны превратить «долину смерти» в инновационный оазис.
Пока центр в Остине ещё строится, американские оборонные компании ездят за продвинутыми чипами в TSMC на Тайвань и IMEC в Бельгию.
DARPA посредством своей программы NGMM создает суверенную инфраструктуру для военной микроэлектроники, независимую от Тайваня. На горизонте в 3-5 лет новые вооружения и военная техника, оснащенные чисто американским чипами, взлетят в воздух, поплывут по океанам и поднимутся на космическую орбиту.
