Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Тем не менее США 70-х это не двухмиллиардное население.

Ну так и техпроцесс был не 14 нм. Для технического уровня 70-х 300 млн. (плюс-минус) было вполне достаточно.

[AlexAV]

Технологию разрабатывать дорого для тонких техпроцесов, но если она уже разработана то отличий принципиальных нет. 

Есть. Сложность и стоимость оборудования для производства отличается на несколько порядков.

[AlexAV]

А уж какой пунктик сводить все достижение современной цивилизации к достижениям современной электроники...

Никто и не сводит. Просто если отбросить микроэлектронику и полупроводниковую промышленность то каких-то крупномасштабных отличий техники скажем 70-х и современной практически нет. Во всех остальных областях прогресс был очень умеренным. Так что даже если откатываться к уровню масштаба середины прошлого века, то по большей части повисает только вопрос микроэлектроники, всё остальное не так уж сильно и изменилось.

[AlexAV]

Если сравнивать равные по производительности (площадь микросхемы), то это порядок инфляции.

Не имеет отношения к действительности. Вот стоимость крупносерийных пластин современных техпроцессов (площадь одинаковая).



А она как раз и зависит прежде всего от стоимости оборудования. Рост с уменьшением технорм весьма значительный.

[AlexAV]

Действительность такова, что я могу купить копеечную флэшку с 16 чипами изготовленую по 20 нанометровой технологии.

Так вот её копеечная стоимость и обеспечивается миллиардными тиражами микросхем.  Стоимость оборудования размазывается по ней и становится приемлемой. Именно гигантские тиражи позволяют нивелировать стоимость гигантского по абсолютным цифрам CAPEX и на первый план выходит OPEX (который в расчёте на вентиль вплоть до самого недавнего момента падал). А вот как только вы начинаете уменьшать масштаб всё становится не так радужно (капитальные затраты с уменьшением масштаба падают значительно медленнее самого самого масштаба производства).

[AlexAV]

абсолютным цифрам CAPEX

Кстати график роста стоимости ФАБ по годам:



Типичная экспонента.

[AlexAV]

Но на оденой и той же пластине, в 4 раза больше микросхем.

Верно. А значит вам придётся в четыре раза увеличить рынок сбыта (цифры ведь относятся к ФАБ-ам с приблизительно одинаковым объёмам производства пластин в год). С тем что стоимость микросхемы падала - никто не спорит. Вот только чтобы это имело место быть требовался гигантский рост рынка сбыта на фабрику. И это происходило (путём как всё более широкого внедрения, так и постепенным сокращением числа независимых производителей на рынке). Собственно о чём я и говорю. А вот как только вы уменьшаете масштаб производства, то оказывается что эти в четыре раза больше схем попросту никому не нужны, а уменьшение объёма производства почти не изменяет сумму стоимости произведённой продукции и у вас начинаются проблемы.

Кстати утверждение было что стоимость в расчёте на площадь падает, что неверно. А в расчёте на вентиль действительно падала (но лишь за счёт гигантского роста масштабов производства).

[AlexAV]

Современные милиарды чипов производят не на одной единственной фабрике, а на десятках. При этом на одной фабрике десятки производственных линий. То есть масштабировать вниз есть куда.

А линии из воздуха берутся? Оборудование для них тоже кто-то производить должен и для этого производства есть свой эффект масштаба. Пока у вас десятки линий - оборудование производится относительно серийно. А как останется одна-две оно перейдёт в категорию штучного с совсем другим порядками значений стоимости.

Так что для того чтобы флешка была копеечной не только каждый ФАБ должен выпуская многомиллионные тиражи микросхем, но и самих таких фабрик должны существовать десятки (чтобы оборудование для них было сколько-нибудь серийное, а не уникальные лабораторные образцы).

Так что некуда уменьшать.

[AlexAV]

Какая то неадекватная стоимость

Взято от суда: http://isvch.ru/wordpress/wp-content/uploads/2014/07/mikushin.pdf

Действительно, похоже это не для одной пластине, а сумма по нескольким, а то площадь какая-то слишком большая получается. Но на выводы это никак не влияет.

Оборрудование на конвеере не производят, эффект маштаба там довольно маленький.

Нет, вот в этом случае эффект наоборот оказывается гигантским. Все эти организации, участвующие в постройке линии (и производстве уникального оборудования для неё), кушают средства практически вне зависимости от того делают ли что-то вообще. Поэтому зависимость стоимости от количества здесь вообще должна быть почти обратно пропорциональной. Ну и если их недокармливать, то будет попросту потеряна компетенция и строительство линии (когда это наконец потребуется) превратится в её разработку заново.

[AlexAV]

а дальше -- 3д

Расплавится всё. Тепловыделение ведь каждого слоя ведь будет складываться. Т.е. многослойные микросхемы делать можно, но движение здесь (в плане максимального числа слоёв) ограничено теплофизическими причинами.

[AlexAV]

1. Объём необходимого рынка можно уменьшить за счёт уменьшения номенклатур изделий. Пусть нам нужен рынок для производства мобильных телефонов - 1 миллиард человек. Но при этом выпускается, например, 50 марок мобилок. Для пяти марок мобилок рынок будет таки меньше... Нет, не в 10 раз, но всё равно - меньше.

2. Можно сделать упор на увеличение долговечности изделий. Мобильник приобретается не на 6 месяцев, а на 10 лет (как минимум). В таком случае повышение его цены менее критично. Следовательно, количество необходимых продаж для окупаемости резко падает (в этом примере - в 20 раз  ).

Совершенно согласен, что с "копроэкономикой" придётся заканчивать. Но вот тут в сфере микроэлектроники появляется та самая проблема с масштабом. Как раз пример мобильных телефонов может это проиллюстрировать.

Пусть в нашем сообществе 150 млн. человек. И явно что больше 150 млн. телефонов ему не нужно. Если они в среднем служат по 10 лет (а никакие физические причины этому не мешают), то ежегодно надо будет производить 15 млн. штук. Ну и соответственно 15 млн. систем на чипе для них. Такая система на кристалле занимает около 80 мм². Выход годных пусть 70%. Тогда с одной пластины в 300 мм (современный промышленный стандарт) вы получите около 600 систем на чипе. Соответственно в год вам надо обработать 25000 пластин. Ну или чуть больше 2000 пластин в месяц. Это одна крошечная линия и её будет достаточно чтобы (без искусственного раздувания спроса) завалить немаленькую страну этими телефонами. Понятно, что нужны и микросхемы другого назначения. Но вероятно производства на 10000 пластин в месяц вообще хватит на всё и с запасом.

А если посмотреть на объёмы производства корпораций, которые производят эти самые копеечные флешки. Вот скажем TSMC. Её выпуск на двух фабах составляет около 240 тысяч 300 мм пластин в месяц (т.е. в среднем 120 тыс. на каждый). А такое уменьшение мощности линии (линия на 120 тыс. пластин в месяц обществу в 150 млн. просто ненужна!) сразу очень неблагоприятно скажется на себестоимости.

Кстати проекты такого типа как раз и появляются, что нужно (и очень нужно) маломасштабное производство микросхем со сколько-нибудь вменяемой себестоимостью, а существующие технологические схемы вниз по объёму производства масштабируются плохо.

[AlexAV]

А карбон- это углекислый газ, коего чуть больше чем дофига.

Карбон - к углекислому газу имеет отношение очень отдалённое. Это углепластик. Т.е. углеродное волокно или ткань залитое эпоксидной смолой или другим полимером. Получают само волокно прокаливанием в специальном режиме определенных полимерных волокон. Ну и схожие по свойствам материалы - это стеклопластики (стеклянная ткань или волокно в полимерной матрице) и органопластики (высокопрочное органическая органическое волокно вроде арамида в полимерной матрице).

Материал имеет совершенно выдающуюся прочность на растяжение (и особенно её отношение к плотности), правда довольно плохо работает на сжатие и вообще обладает существенной анизотропией свойств. И в целом для авиации материал действительно очень хороший. Но считать его заменой металлу на все случаи жизни - не стоит.

[AlexAV]

Так что - "надо поглядеть"

Ну так это же не новая технология. Известна и применяется уже лет сорок. Применяют чаще в СЛА (самолёт маленький, проблем с контролем немного) и в военной авиации (там цена мало кого интересует). В большой гражданской - редко (хотя и здесь есть пример - скажем Boeing-787).

[AlexAV]

Это дорого и коряво.

Интересно, что в СЛА фанера до сих пор находит определённое применение. Материал с не самыми выдающимися свойствами, но зато дёшево.

[AlexAV]

Знаю. Тем не менее это синтетический материал. Не природный. А значит его можно делать. Теоретически, в любых количествах.

Пока нефти полно - можно и в любых. А без нефти чтобы получить туже эпоксидку придётся прилично помучиться. Даже где брать какой-нибудь фенол для синтеза бисфенола А не очень понятно, как и с другой сложной органической химией, которая для этого нужна. Будите или продукты пиролиза биомассы разделять (с выходом пару процентов от исходной массы сырья), или какие-нибудь эфирные масла собирать и фракционировать. В любом случае речь о безлимитности конечно не идёт.

[AlexAV]

но Вы приводите какие-то совершенно неправдоподобные числа убыли!

Я основываюсь на реальных цифрах потерь для цветных и драгоценных металлов. Посмотрим даже драгоценные металлы. Серебро рециклится только на 32%, платина - 36%, рений (редчайшим металл без которого невозможно построить современный авиационный или ракетный двигатель, причём с чисто промышленным применением (авиационные и ракетные двигатели, катализаторы и т.д.) без бытового, что очень облегчает рециклинг) - 60%. Лучше всего из всех металлов как ни странно рециклится свинец - 72%. Так что мои оценки ещё очень оптимистичные. Реальность ещё хуже.

Просто часто материал содержится в изделии в такой форме, что извлечь его со сколько-нибудь осмысленными затратами невозможно. Плюс сложно собрать вообще все старые изделия содержащие его и часть из них необратимо теряется.   Плюс остаточные не извлекаемые количества в продуктах переработки и т.д. И в итоге получается то что получается. Причём никакой рост цен здесь не поможет. Даже рений и платину (уж куда вообще дороже) извлекают из вторсырья очень частично.

Да, их металл окислился, но при переплавке он почти весь вернётся во вполне пригодное для новых деталей состояние.

Ну железо который используют преимущественно в виде крупных деталей - может быть. Но о нём никто и не беспокоится. Его запасы (пусть и с некотором ухудшением ресурсной базы) - неисчерпаемы. А вот извлечь какую-нибудь лигатурную добавку, содержащуюся в какой-нибудь одной детали этого агрегата, который у вас показан, в количестве 1% часто практически невозможно со сколько-нибудь экономически оправданным результатом.

[AlexAV]

стоимость металла так возрастёт

Ну если он станет в десятки раз дороже рения сегодня (а то даже его цена не позволяет осуществлять полный рециклинг) - то его просто прекратят использовать (даже если это будет сопровождаться утратой каких-то технологий).

[AlexAV]

Чем дальше тем больше уверенности в том, что нефть как сырьё для топлива авиатранспорта будет не нужна.

Да-да. А электричество к самолёты по проводам будем подводить. На аккумуляторе далеко не улетишь (для СЛА, где можно добиться очень большого аэродинамического совершенства, ещё какие-то попытки есть, правда они показывают, что взлететь можно, а летать нельзя, а для большой авиации - это точно совершенная чушь).

[AlexAV]

Не думаю что без рения невозможно построить реактивный двигатель.

Газотурбинный - практически нельзя. Без него ресурс двигателя падает до совсем неприличной величины. Составы сплавов для лопаток турбин там вообще очень интересные (и рений  там обязательный компонент):

В любом случае есть возможность получать рений из вулканов.

Только не вулканов, а вулкана. Он один такой на всю планету, уникальный. Выбрасывает он 20 т рения в год (естественно собрать технически возможно лишь небольшую часть). Мировая потребность сейчас около 60 т/год.

[AlexAV]

Турбины электростанций как то обходятся без рения.

Не путайте паротурбинный и газотурбинный, температурные режимы а химическая агрессивность среды абсолютно разные. Суперсплавы с рением паровой турбине (в отличие от газовой) совершенно не нужны, хотя из одного гвоздевого железа её тоже не построить и редкие элементы (никель, молибден и т.д.) тоже нужны.