Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) объявило конкурс на выбор подрядчиков для программы «Производство микроэлектроники следующего поколения» (Next-Generation Microelectronics Manufacturing program – NGMM).
DARPA 3D-ADK (3D Assembly Design Kit) — это стандартизованный набор инструментов для проектирования, создаваемый в рамках программы DARPA NGMM.
Главная задача этого набора — формирование единой среды для проектирования и изготовления микросхем с применением трёхмерной гетерогенной интеграции (3DHI), где разные чипы и материалы объединяются в вертикальную структуру.
ADK выступает в роли моста между разработчиками микросхем и производственными процессами, задавая правила сборки, физические характеристики и технологические ограничения.
Инструментарий тесно интегрирован с системами автоматизации проектирования электроники (EDA), что позволяет проводить моделирование комплексных мультифизических процессов (тепловых, механических, электрических) ещё до запуска производства.
Цель проводимого тендера — создание своего рода «конструктора» 3D-ADK — набора правил и моделей, по которым инженеры смогут проектировать трёхмерные чипы из различных материалов, вертикально объединённые, как этажи в многоэтажном здании.
Этот конкурс является частью гораздо более масштабного проекта. В июле 2024 года DARPA выбрала исполнителя программы NGMM — Техасский институт электроники в Остине. Бюджет проекта составляет около $1,4 млрд.
«DARPA сотрудничает с Техасским университетом в Остине и 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.
Технологии 3DHI позволяют объединять компоненты, произведённые на разных предприятиях — чипы или пластины с различными полупроводниками и материалами — в одном корпусе. NGMM, сосредоточенный на революционных улучшениях функциональности и производительности микроэлектроники с использованием разнообразных материалов, выходящих за пределы кремния, открывает для США новые возможности лидерства в микроэлектронике будущего», — отмечается в пресс-релизе DARPA.
Комплекс TIE NGMM Center (TNC) занимает 84 000 квадратных футов чистых помещений класса 100 для 3DHI. В состав входят литейный цех площадью 66 000 квадратных футов с низкими объемами производства и широким ассортиментом продукции (LVHM) на кампусе Монтополис и научно-исследовательский цех площадью 18 000 квадратных футов на кампусе Пикл.
Центр ориентирован на технологию 3DHI, которая позволяет создавать высокопроизводительную микроэлектронику для оборонных нужд, включая радары и датчики, посредством многослойного объединения компонентов из кремния, нитрида галлия и других материалов.
Чистота помещения класса 100 означает, что количество частиц размером 0,5 микрон и больше не должно превышать 100 на кубический фут (менее 3520 на кубический метр).
«Инвестируя в передовые технологии производства микроэлектроники, мы способствуем укреплению безопасности уязвимой цепочки поставок, повышаем национальную безопасность и глобальную конкурентоспособность, а также поддерживаем инновации в критически важных технологиях, — заявил сенатор США Джон Корнин. — Следующее поколение высокопроизводительных полупроводников, которые будут созданы благодаря партнёрству DARPA с TIE, не только усилит нашу оборону, но и поможет вернуть США лидерство в этой ключевой отрасли. Я с нетерпением жду новых достижений, реализованных из Техаса в ближайшие годы».
DARPA прогнозирует, что многослойная конструкция «кремний на кремнии» может увеличить производительность в 30 раз, а внедрение некремниевых материалов, таких как нитрид галлия и карбид кремния, способно повысить её в 100 раз.
Правительство штата Техас выделяет $552 млн на строительство завода по производству кремниевых пластин и связанное с этим программы, в то время как DARPA инвестирует оставшиеся 840 млн. Планируется, что завод будет введён в эксплуатацию в течение пяти лет и в дальнейшем станет самоокупаемым коммерческим предприятием.
В релизе DARPA указывается, что требуется подрядчик, способный выпускать «широкий ассортимент продукции с малыми объёмами производства».
Заводы на Тайване такие заказы не принимают: доля оборонных чипов составляет менее 2% мирового рынка. Однако Пентагону необходим именно этот сегмент — сотни вариантов для радаров, ракет и спутников.
Конкурс проводится через систему ERIS. Платформа DARPA Expedited Research Innovation System (ERIS) создана для ускорения закупочных процедур и стимуляции инноваций в национальной безопасности. Она обеспечивает быстрый доступ Пентагона к передовым и инновационным технологиям.
В отличие от обычных оборонных контрактов (BAA) с процедурами, занимающими от полугода до года, ERIS работает по-другому: разработчик представляет 7-минутное видео, получает одобрение в течение 30 дней, а финансирование приходит через несколько месяцев.
Ускорение перехода от создания военной инновации до её внедрения в войска является одной из самых актуальных задач американской оборонной промышленности.
Многолетние бюрократические процедуры Пентагона для прохождения военных инноваций, если они не исходят от пятёрки ведущих ВПК-корпораций, в США называют «долиной смерти» (valley of death).
Министерство обороны требует согласований, длящихся от 9 до 26 лет. За это время технология, дожившая до стадии производственной программы, обычно устаревает. В то время как в коммерческом секторе технологии, включая двойного назначения, обновляются примерно каждые 18 месяцев.
Пентагоновская бюрократия уничтожает энтузиазм благих идеалистов, стремящихся помочь сохранить технологическое лидерство США.
Нововведения DARPA направлены на превращение «долины смерти» в инновационный центр.
Пока центр в Остине ещё строится, американские оборонные компании приобретают передовые чипы у TSMC на Тайване и IMEC в Бельгии.
Программа NGMM от DARPA создаёт независимую суверенную инфраструктуру для военной микроэлектроники, не зависящую от Тайваня. В ближайшие 3-5 лет новые вооружения и военная техника с полностью американскими чипами будут взлетать в воздух, плавать по океанам и выходить на орбиту.
