Как в Москве делают компьютеры — и зачем создали ПК весом 400 граммов

Шаг первый. Сначала компьютер нужно сделать производимым

Кажется, что производство компьютера начинается с печатной платы. На самом деле — еще раньше, за другим компьютером.

Будущее устройство сначала проектируют. Причем задача инженеров — не просто придумать, где будут располагаться процессор, память и другие элементы. Плату нужно разработать так, чтобы потом ее действительно смогли серийно выпускать: автоматы установили все компоненты, печь правильно их пропаяла, а системы контроля смогли проверить результат.

«Нарисовать можно что угодно, а произвести это будет невозможно из-за технологических ограничений», — объясняет исполнительный директор компании Игорь Ильченко.

Чем меньше и сложнее устройство, тем больше таких ограничений приходится учитывать. Поэтому современный компьютерный завод — это не место, где просто собирают разработанную кем-то технику. Производство начинается уже в тот момент, когда инженеры определяют конструкцию будущего устройства с учетом возможностей линии.

Особенно хорошо это станет заметно дальше — когда мы доберемся до компьютера весом всего 400 граммов, который совсем недавно выпустили здесь, на «ИНТЕХПРО».

Но пока перед нами обычная пустая плата.

Шаг второй. На пустой плате появляются тысячи точек будущего компьютера

Первое, что происходит с платой в цехе, — маркировка. После этого машина наносит на нее через специальный трафарет паяльную пасту: строго на те участки, где вскоре должны появиться электронные компоненты.

Следом в работу вступают автоматические установщики. Они забирают детали из специальных лент и одну за другой размещают их на плате. Для человека некоторые элементы выглядят почти как крупинки.

«Некоторые компоненты размером меньше макового зернышка. Установщик должен забрать их из ленты, поставить точно на нужное место и делать все это очень быстро», — рассказывает начальник цеха № 1 Павел Антонов.

Дальше плату отправляют в печь длиной около семи метров. Она проходит через несколько температурных зон: постепенно нагревается, припой расплавляется и соединяет компоненты с контактами, затем плата охлаждается.

Во втором цехе добавляют выводные элементы — их контакты проходят через отверстия в плате и припаиваются уже с обратной стороны. После этого начинаются тесты: специалисты проверяют память, накопители, разъемы и другие узлы.

Весь маршрут занимает около получаса. По данным предприятия, за день линия может выпускать порядка 500 материнских плат, ее мощность превышает 8 тыс. устройств в месяц и 100 тыс. в год.

При этом скорость здесь появляется не за счет упрощения процесса. Напротив: прежде чем запустить конкретную модель в серию, для нее необходимо настроить программы оборудования, режимы пайки и параметры контроля.

И даже подготовить паяльную пасту.

Шаг третий. Разбудить холодильник в четыре утра

Одна из самых неожиданных машин на компьютерном производстве внешне похожа на обычный холодильник.

Внутри хранится паяльная паста. Но достать банку непосредственно перед запуском линии нельзя: материал сначала должен постепенно нагреться до комнатной температуры, а затем перемешаться.

Поэтому смена для этого холодильника начинается раньше, чем для людей.

«Холодильник в четыре утра сам забирает изнутри баночку, начинает потихоньку греть, потом перемешивает», — рассказывает Павел Антонов.

К началу рабочего дня оператор получает уже подготовленный материал.

На первый взгляд, это небольшая производственная деталь. Но именно она хорошо показывает принцип, по которому устроен весь процесс. В электронике недостаточно просто иметь современные станки и качественные микросхемы. Значение имеют температура материалов, влажность, сроки хранения, режимы нагрева — множество параметров, отклонение которых может сказаться на результате. То есть качество компьютера формируется ещё до того, как первая деталь будет установлена на плату.

А после установки проверить эту работу только человеческим глазом уже невозможно.

Шаг четвёртый. Посмотреть на плату глазами машины

На разных этапах производства платы проходят автоматический оптический контроль.

Камеры проверяют результат после нанесения паяльной пасты, установки компонентов и пайки. Система может определить, достаточно ли материала нанесено, правильно ли расположена деталь и соответствует ли соединение заданным параметрам.

Фактически машина рассматривает то, что человеку пришлось бы долго изучать под увеличением. При этом часть таких систем способна обучаться на накопленных данных.

«На первоначальном этапе ей не нравится очень многое, и оператор вручную смотрит и говорит: вот это хорошо, а это плохо. Так она постепенно обучается», — рассказывает начальник цеха № 2 Никита Апраскин.

Получается своеобразное разделение труда: автоматика быстро проверяет сотни однотипных элементов, а специалист подключается к спорным случаям и помогает системе точнее отличать норму от дефекта.

Но прежде чем производство дойдет до такой автоматизации, новая модель может пройти почти противоположный путь.

Опытные платы здесь иногда собирают вручную — под микроскопом, с помощью пинцета и вакуумной присоски. Настраивать автоматическую линию ради одного прототипа просто невыгодно.

Сначала — штучная работа инженеров. Потом — программы для оборудования, контрольные параметры и серийный выпуск. Именно так идея превращается в промышленный продукт.

Шаг пятый. «Железо» собрано — но компьютера ещё нет

После всех этих операций плата может быть технически безупречной. Однако это еще не готовый компьютер.

Ему нужно базовое программное обеспечение — BIOS. Именно оно запускается раньше операционной системы и отвечает за взаимодействие процессора, памяти, накопителей и других компонентов.

На предприятии сформировали собственную команду разработчиков BIOS. Две прошивки компании — REALINTECHPRO и REALINTECHPRO AMD — включены в реестр российского программного обеспечения.

Это дает возможность менять устройство не только физически, но и на уровне базовой логики его работы.

«Заказчик хочет модифицировать логику работы устройства на уровне прошивки и говорит нам, что ему нужно. Мы умеем его дорабатывать», — объясняет Игорь Ильченко.

Для корпоративных клиентов это позволяет менять отдельные параметры загрузки, безопасности или работы интерфейсов еще до запуска операционной системы.

Так становится заметна еще одна особенность современного компьютерного производства: граница между заводом и разработкой постепенно исчезает. Чтобы выпустить компьютер, недостаточно установить детали на плату. Нужно одновременно работать с электроникой, программным обеспечением и производственными технологиями.

И чем компактнее устройство, тем теснее должна быть эта связка.

Шаг шестой. Уместить компьютер в 400 граммов

Один из самых наглядных результатов такой работы можно буквально положить на ладонь.

Мини-ПК предприятия весит около 400 граммов. Его можно закрепить за монитором или телевизором, но при этом он остается полноценным компьютером и решает те же задачи. 

Сделать такой ПК — не значит просто взять обычную модель и уменьшить корпус. Главная задача — разместить компоненты максимально плотно и одновременно сохранить возможность выпускать устройство серийно.

«Была идея уменьшить размер компьютера. Сложность в том, чтобы создать плату, на которой компоненты расположены очень близко друг к другу, и при этом их можно было бы смонтировать на линии», — говорит Игорь Ильченко.

Чем меньше становится компьютер, тем сложнее разводка платы, выше требования к точности монтажа, охлаждению и расположению компонентов.

Поэтому мини-ПК можно считать своеобразной проверкой возможностей всей производственной системы: инженеры должны спроектировать устройство, технологи — подготовить его к серии, оборудование — точно установить компоненты, а системы контроля — убедиться, что все собрано правильно.

По словам представителей предприятия, такие компьютеры уже выпускаются серийно, а инженеры продолжают работать над еще более компактными вариантами.

И именно поэтому цифра «400 граммов» интересна не сама по себе. Она показывает, чего можно добиться, когда разработка и производство работают как единая система.

Последний шаг. Закрыть корпус — и увидеть за ним целую промышленную цепочку

На этом нашу «распаковку наоборот» можно заканчивать.

Мы начали с инженерной схемы и пустой платы. Затем увидели паяльную пасту, микроскопические компоненты, семиметровую печь, машинное зрение, ручную сборку прототипов и собственную прошивку. Только после всех этих этапов появляется компьютер, который пользователь однажды достанет из коробки.

Но и завод — не изолированная точка этой цепочки.

Предприятие работает в Москве, на площадке особой экономической зоны «Технополис Москва», и взаимодействует с другими столичнымипроизводителями. Часть материалов и электронных компонентов компания получает от предприятий, расположенных поблизости.

Параллельно развивается собственный научно-технический центр. Среди новых направлений — USB-коммутаторы и разветвители, Wi-Fi-модули, мониторы и другая электроника. Так за привычным словом «компьютер» обнаруживается гораздо больше, чем сборка нескольких деталей.

Сегодня в Москве можно спроектировать устройство, подготовить его к серийному производству, установить на плату микроскопические компоненты с помощью автоматизированной линии, проверить результат машинным зрением, протестировать готовую технику и разработать для нее собственное базовое программное обеспечение.

А компьютер весом 400 граммов оказывается здесь почти идеальным экспонатом: маленьким устройством, за которым хорошо виден масштаб технологий, необходимых для его создания.