Na hranici fyzikálních možností. Jak vznikají technologie pro moderní čipy.

Do Meopty jste nastoupil v roce 2007 ještě jako student. Tehdy jste střídal školu s prací v Rakousku a později prošel vývojovým oddělením až na pozici CTO. Když se dnes ohlédnete zpátky, připadá vám, že pracujete pořád ve stejné firmě, nebo se Meopta za těch téměř dvacet let proměnila k nepoznání?

Proměnila se obrovsky. Já jsem měl vlastně velmi specifický nástup, ke kterému mě dovedl můj kamarád. Chodili jsme spolu už do meopťácké školky, pak jsme se na prvním stupni základní školy minuli, na druhém stupni se potkali na jazykové třídě v Přerově a na gymnáziu se zase rozešli. Na vysoké škole jsme ale skončili opět spolu, studovali jsme totiž oba Fakultu strojní na ČVUT v Praze a na kolejích bydleli na stejném pokoji.

Kamarád nastoupil do Meopty hned po inženýrském titulu a po pár měsících mi volal, že tehdejší majitel Paul Rausnitz hledá dva mladé lidi pro společný projekt v Rakousku. Starším kolegům se do toho nechtělo. Já měl tehdy čerstvě po bakaláři. V pátek jsem udělal pohovor a v pondělí už vyrážel do Klagenfurtu. Střídat školu v Praze s prací v Rakousku bylo velmi intenzivní období, ale byla to jedna z nejlepších škol, jaké jsem mohl dostat. Naučilo mě to disciplíně i tomu, že když člověk opravdu chce, zvládne skloubit zdánlivě neslučitelné věci.

Po návratu do Přerova jsem nastoupil jako konstruktér mechaniky. Postupně jsem vedl nově vznikající skupinu specializovanou na polovodičový průmysl, později celé vývojové oddělení a dnes působím jako CTO. Když se podívám na to, co dnes vyvíjíme, je to úplně jiný svět než před dvaceti lety. Tehdy jsme řešili technologie, které nám připadaly téměř na hranici možností. Dnes jsou pro nás některé z nich samozřejmostí a posouváme se zase o další krok dál.

To, co jsem před téměř dvaceti lety považoval za nemožné, je dnes úplně běžná věc.

Jiří Vlk

Meopta je pro většinu lidí stále spojena především s optickými přístroji nebo sportovní optikou. Jak velká část společnosti dnes pracuje pro polovodičový průmysl?

Tohle je asi největší změna, kterou Meopta za poslední roky prošla. Dnes už přibližně 80 % naší produkce směřuje do polovodičového průmyslu. Zbývajících 20 % tvoří defence. Právě polovodiče jsou oblastí, která určuje tempo technologického vývoje a posouvá i nás samotné.
Naším zákazníkem přitom není výrobce čipů jako takový. Dodáváme optomechanické systémy společnostem, které vyrábějí zařízení pro výrobu nebo kontrolu polovodičů. Mezi naše zákazníky patří všichni přední světový výrobci. Právě jejich technologie pak používají výrobci čipů, jako jsou TSMC, Intel nebo Samsung.

Meopta v číslech
80 %
produkce směřuje do polovodičového průmyslu
20 %
produkce tvoří defence

Slovo semicon dnes zaznívá stále častěji. Co si pod ním mají lidé vlastně představit?

Semicon je zkratka pro polovodičový průmysl. Většina lidí si představí hotový čip, ale za ním stojí obrovské množství technologií. Jsou to stroje, které čipy vyrábějí, měří, kontrolují nebo zajišťují jejich kvalitu. Do těchto zařízení dodáváme naše optomechanické systémy. Je to velmi úzký obor, ve kterém se pohybuje relativně malý počet firem na světě. Zároveň ale jde o technologie, bez kterých by dnešní polovodičový průmysl nemohl fungovat.

Přístroje, do kterých mi dodáváme klíčové podsestavy, jsou tím nejsložitějším, co lidstvo kdy dokázalo vyrobit. A to myslím bez nadsázky.

Proč jsou dnes polovodiče tak obrovským tématem? Je to jen kvůli umělé inteligenci, nebo se změnil celý svět elektroniky?

Změnil se celý svět. Když se podíváte na první procesory a porovnáte je s dnešními, je to obrovský rozdíl. Počet tranzistorů vzrostl z milionů na desítky miliard a s tím se změnilo úplně všechno. Každá nová generace čipů znamená vyšší výkon, menší struktury a mnohem větší nároky na přesnost výroby.

Rád používám přirovnání k počítači, který pomohl dostat Apollo 11 na Měsíc. Z dnešního pohledu měl minimální výpočetní výkon. Dnešní mobilní telefon ho mnohonásobně překonává, a přitom ho nosíme v kapse. Stejný skok je vidět i na samotných čipech. Zatímco procesory kolem roku 1996 obsahovaly přibližně 5 milionů tranzistorů, dnešní nejmodernější čipy v telefonech jich mají kolem 20 miliard. To dobře ukazuje, jak neuvěřitelně rychle se polovodičové technologie vyvíjejí a jak dramaticky rostou nároky na jejich výrobu.

A právě proto se neustále zpřísňují požadavky na všechno kolem. Na optiku, mechaniku, měření i čistotu prostředí. Každá další generace čipů posouvá nároky na celý dodavatelský řetězec. To, co jsem před téměř dvaceti lety považoval za nemožné, je dnes úplně běžná věc.

Vývoj procesorů
5 milionů
tranzistorů kolem roku 1996
20 miliard
tranzistorů v dnešních nejmodernějších čipech v telefonech

Jaká přirovnání používáte nejraději, když máte někomu mimo obor vysvětlit, jak složitá a prostorově náročná je vnitřní struktura dnešních polovodičů?

Když si lidé představí čip, většinou mají pocit, že je to nějaká plochá destička. Ve skutečnosti už dávno není dvourozměrný. Dnes se bavíme o trojrozměrných strukturách. Proto používám přirovnání k Manhattanu. Nejde jen o šířku ulic, ale také o jednotlivá patra budov. Stejně tak dnes vznikají moderní čipy. Už neřešíte jen rozměry v jedné rovině, ale celý prostor. A právě v této trojrozměrné struktuře pak hledáme defekty. Když jsem si jednou zkusil spočítat, co to vlastně znamená, vyšlo mi přirovnání, že je to podobné, jako kdybyste jela autem po dálnici rychlostí 300 km/h a snažila se přitom spočítat jednotlivá zrnka písku kolem silnice. Myslím, že to je docela dobrá představa o tom, v jakém měřítku dnes pracujeme.

Přirovnání

Je to podobné, jako kdybyste jela autem po dálnici rychlostí 300 km/h a snažila se přitom spočítat jednotlivá zrnka písku kolem silnice.

Precizní optomechanické díly

Když mluvíme o mikronech a nanometrech, většina lidí si taková měřítka neumí představit. Jak se vám daří vysvětlovat extrémní nároky na přesnost lidem, kteří se v polovodičích nepohybují?

Čísla lidem většinou nic neřeknou, takže musím neustále hledat příklady z běžného života. Řešili jsme například technický problém, kdy jsme potřebovali zaměřit a dlouhodobě udržet laserový svazek v otvoru o průměru pouhých 0,8 mikrometru. Lidské oko dokáže za ideálních podmínek rozlišit prachovou částici od zhruba 40-50 mikrometrů. Tuhle dírku byste tedy vůbec neviděla.

Abych použil nějaké přirovnání, je to jako kdybyste si stoupla na Pražský hrad s laserovým ukazovátkem, musela odtamtud zamířit na budovu Meopty v Přerově, trefit se do otevřeného okna a ten paprsek v něm trvale a nehybně udržet. Přesně v takových relacích se dnes pohybujeme.

Zdravý lidský vlas má průměr kolem 80 mikronů – mechanicky jsme tedy osmdesátkrát přesnější než průměr lidského vlasu. V optické výrobě jdeme ještě o řády níž, tam už počítáme v Angstrémech, což je 0,1 nanometru. Průměr atomu vodíku je kolem 1 Angstrém, takže v optické výroby už pracujeme doslova na atomární úrovni.

0,8 μm
průměr otvoru pro laserový svazek
80 μm
průměr zdravého lidského vlasu
0,1 nm
jeden Angström

Když poslouchám, o jakých přesnostech mluvíte, napadá mě, že samotné obrábění už dnes asi není tím nejtěžším.

Přesně tak. Samotná výroba je jen začátek. Stejně důležitá je následná montáž, a především čistota celého procesu. To je podle mě jedna z věcí, kterou si lidé nejméně uvědomují. Nestačí vyrobit přesný díl. Musíte zajistit, aby se při montáži mezi optiku a mechaniku, či na jakýkoliv povrch, nedostala jediná prachová částice. Když má prachová částice 20 mikrometrů a vy pracujete s pro nás běžnou přesností 5 mikrometrů, už samotná částice způsobí problém. A pokud by se dostala na optickou plochu, kde ji následně zasáhne laserový svazek, může dojít k poškození optické vrstvy, což může mít devastující účinek pro optický výkon výsledné sestavy. Proto jsou požadavky na čistotu tak extrémní.

Neřešíme jen prachové částice, ale i molekulární čistotu. Tam už nejde jen o pevné částice, ale také o molekuly plynů, které v prostředí nesmí být. I oblečení, které nasaje pachy z restaurace, může být problém. Proto se v takovém prostředí používá speciální oblečení a platí velmi přísná pravidla.

Bloky speciálního optického skla

Co všechno tedy musí materiál absolvovat, než se vůbec dostane do čisté montáže?

Je toho mnohem víc, než si většina lidí představí. Než materiál vstoupí do čisté buňky, musí se nejen důkladně vyčistit, ale také odplynit. Každý materiál po obrábění obsahuje určité množství zbytkových plynů. Pokud bychom ho bez této úpravy přenesli do čistých prostor, mohl by kontaminovat prostředí nebo poškodit optické vrstvy.

Proto některé díly vypékáme v pecích, aby se těchto plynů zbavily. A když se během výroby udělá chyba, není možné díl jednoduše opravit a pokračovat. Musí ven z čisté montáže, opravit, znovu vyčistit, znovu odplynit. I když všechno proběhne bez komplikací, znamená to 3-4dny práce navíc.

Rozhodně to není o tom, že vezmete pilník, něco upravíte a pokračujete dál.

To znamená, že ani běžné materiály nebo pracovní pomůcky v čisté montáži nemají místo?

Přesně tak. Nesmíme používat silikon, materiály obsahující síru ani běžné povrchově neupravené díly. Dokonce ani obyčejný papír nebo klasickou tužku. Papír uvolňuje vlákna, tužka zase drobné částice. Proto používáme speciální papír i speciální psací potřeby určené pro čisté prostory.

Lidé si často myslí, že čistá montáž znamená jen bílé obleky. Ve skutečnosti jde o celý systém pravidel. Každý materiál, každý nástroj i každý pracovní postup musí splňovat velmi přísné požadavky.

Výrobní pracoviště / čistá výroba
Hotové čočky připravené pro nanášení optických vrstev

Stává se vám někdy, že přijde zákazník s požadavkem a vy si řeknete: „To už přece není možné.“

Myslím, že se to stává prakticky pokaždé. Vždy máme pocit, že jsme právě dosáhli hranice možného. Že přesnější už to být nemůže. A pak přijde zákazník s novým zadáním a tu hranici zase posune.
Když se dnes podívám zpátky na dobu, kdy jsem do Meopty nastupoval, uvědomuji si, že to, co jsme tehdy považovali za technologický vrchol, je dnes běžný standard. A některé věci už dnes ani neděláme, protože jsme se posunuli ještě dál.

Ten vývoj není skokový. Jsou to malé kroky, které na sebe navazují. Ale když se po dvaceti letech ohlédnete, zjistíte, že jste urazili obrovský kus cesty. A přesně tak se posouvá celý polovodičový průmysl.

Takový vývoj se ale asi neobejde bez slepých uliček a neúspěšných pokusů. Jak se v Meoptě díváte na chyby?

Ve vývoji jsou chyby naprosto přirozené. Dokonce bych řekl, že jsou nezbytné. Když něco vyvíjíte poprvé, nemůžete očekávat, že všechno bude fungovat hned napoprvé. Každá chyba nám přinese novou zkušenost a pomůže nám posunout výrobek dál. Naopak v sériové výrobě už prostor pro chyby není. Proto raději uděláme více chyb během vývoje, než abychom je řešili u hotového výrobku. Cílem je dostat do výroby řešení, které bude co nejspolehlivější.

Může stát, že se problém objeví až u zákazníka?

Ano, stát se to může. Pohybujeme se na hranici současných technických možností a někdy narazíme na věci, které prostě dopředu nejde předvídat. Pak následují dlouhé hodiny hledání příčiny společně se zákazníkem. Jezdíme k němu, analyzujeme data, hledáme souvislosti.

Nikdo nemůže tvrdit, že se to nikdy nestane. Důležité ale je, že se z každé takové situace poučíme a zkušenosti přeneseme do dalších projektů.

Jak minimalizujete riziko, že něco podobného nastane?

Ve vývoji hrají velkou roli technická review. A já mám jednu zásadu. Do hodnocení projektu zvu i kolegy, kteří na něm vůbec nepracovali. Samozřejmě to musí být zkušení lidé, ale právě oni často položí otázku, která nikoho z vývojového týmu nenapadla.

Když jste několik měsíců ponoření do jednoho projektu, přestanete některé věci vnímat.

Člověk pak obrazně řečeno přes stromy nevidí les. Právě proto je pohled zvenčí tak důležitý. Ve většině projektů dnes hrají velkou roli také systémoví inženýři. Jsou to lidé, kteří rozumějí optice, mechanice i elektronice a dokážou jednotlivé části propojit do jednoho funkčního celku. U dnešních technologií už nestačí být špičkovým odborníkem jen v jedné disciplíně.

Moderní přístroje můžeme koupit, ale know-how drží konkrétní lidé. Jak těžké je dnes vybudovat a udržet tým, který dokáže vyvíjet technologie pro absolutní světovou špičku?

To je podle mě jedna z největších výzev, které dnes řeší nejen Meopta, ale celý evropský průmysl. Technologie a stroje si časem koupíte, ale zkušené lidi ne. Ty si musíte sami vychovat, což trvá roky.

U mladých inženýrů z univerzit mi často chybí vhled do praxe. Navrhnout geometricky dokonalou sestavu v počítači u stolu je jedna věc, ale pak ji někdo musí vyrobit a složit. To nejzajímavější se začíná dít až když se potkají se zpětnou vazbou kolegů z výroby. A právě pravidelná interakce s technology či justéry, je tím nejzásadnějším, co nás společně posouvá dál. Je klíčové, aby mladý inženýr neseděl jen u počítače, ale aby si sám zkusil něco vyrobit, sestavit či změřit. V těch chvílích pak přichází to skutečné poznání.

Technologie a stroje si časem koupíte, ale zkušené lidi ne. Ty si musíte sami vychovat, což trvá roky.

Zmínil jste školy. Připadá vám, že dnešní technické vzdělávání drží krok s tím, co průmysl skutečně potřebuje?

To je otázka, kterou řeším poměrně často. Když se potkávám s děkany nebo rektory, vždycky říkám, že bychom měli spolupracovat mnohem víc. Průmysl se mění strašně rychle a školy na to někdy reagují pomaleji. Chápu, že změnit studijní program není jednoduché, ale právě proto je důležité, aby firmy byly se školami v mnohem užším kontaktu.

Když studentům na univerzitách vysvětlujeme, že ty nejmodernější technologie, které nosí v kapse v podobě telefonu, vznikají svým způsobem i díky práci lidí z Přerova, začnou celý obor vnímat jinak. Když pak přijedou k nám, vidí čisté prostory a reálné projekty už během studia, teprve tehdy pochopí, že Meopta už dávno není o obyčejné optice, ale o technologiích pro světovou elitu.

Nedávno jste posílili výrobu o zaměstnance z Filipín. Co vás k tomu vedlo?

Důvod je jednoduchý. Potřebujeme vyrábět víc a dlouhodobě se potýkáme s nedostatkem lidí. Nejen my, ale celý region. Potřebujeme více lidí na optiku i mechaniku a v našem regionu je velmi těžké najít dostatek kvalitních pracovníků.

S kolegy z Filipín máme velmi dobrou zkušenost. Jsou pracovití, vzdělaní a mají velkou chuť učit se nové věci. Velmi rychle se začlenili do týmu. Samozřejmě to není jen o tom někoho přivézt. Musíte lidi zaučit, naučit je vaše procesy i způsob práce. Ale to platí u každého nového zaměstnance.

Umělá inteligence dnes proniká prakticky do všech oborů. Dokáže podle vás jednou nahradit zkušeného konstruktéra nebo optika?

Nemyslím si, že by se to v dohledné době stalo. AI dnes umí spoustu věcí výrazně urychlit, ale pořád pracuje s tím, co jí člověk dá. Zkušenost konstruktéra nebo optika není jen o výpočtech. Je to schopnost dát si věci do souvislostí, rozhodnout se mezi několika možnými cestami a často i udělat správné rozhodnutí na základě zkušenosti, kterou nikde nenajdete zapsanou.

Na druhou stranu by byla chyba AI nevyužívat. Už dnes nám pomáhá v řadě oblastí. Máme obrovské množství interních dat, dokumentace a zkušeností z předchozích projektů. Dříve člověk hledal informace dlouhé hodiny. Dnes je dokážeme pomocí lokálních AI modelů roztřídit a najít během krátké chvíle. Jen je potřeba velmi dobře promyslet, jak s těmito daty pracovat, protože jde o naše know-how. Proto nechceme citlivé informace posílat do veřejných modelů, ale budujeme vlastní řešení.

Stejně výrazně se AI promítá i do samotného vývoje. Software, který používáme pro konstrukci nebo výpočty, dnes obsahuje funkce založené na umělé inteligenci. Ve spojení se nejnovějším hardware jsou pak vidět obrovské rozdíly oproti předchozím letům. To, co jsme dříve počítali 4 dny na serveru, dnes zvládneme klidně za hodinu. Můžeme paralelně vyhodnotit několik variant a mnohem rychleji se rozhodnout, kterou cestou se vydat.

AI ve vývoji

To, co jsme dříve počítali 4 dny na serveru, dnes zvládneme klidně za hodinu.

Čína dnes obrovsky investuje do polovodičů i špičkových technologií. Vnímáte ji jako konkurenci?

Záleží na tom, o jakém segmentu se bavíme. Když vezmu sportovní optiku, tam už je čínská konkurence opravdu velmi silná. Myslím si, že jsme si za to jako západní civilizace do určité míry mohli sami. Dlouhé roky jsme přesouvali výrobu do Asie, protože jsme hledali nižší náklady. Tím jsme ale zároveň předávali know-how. Dnes už čínské firmy dokážou vyrábět optiku na velmi vysoké úrovni a rozdíly jsou čím dál menší. Vidíme to nejen u optiky, ale třeba i v automobilovém průmyslu. Ještě před několika lety jsme se čínským automobilům spíše usmívali. Dnes už bych řekl, že ten úsměv trochu mizí.

Když přijedete do Šanghaje nebo Šen-čenu, vidíte, jak rychle se tam technologie posouvají. V elektromobilitě udělala Čína obrovský krok dopředu a je potřeba to respektovat.

V polovodičích je ale situace jiná. Tam nestačí jen investovat obrovské peníze. Potřebujete desítky let zkušeností, vývoje a know-how. A právě to je podle mě stále obrovská síla Evropy.

Takže si myslíte, že Evropa má stále něco, co se nedá jednoduše dohnat?

Určitě. Krásným příkladem je nizozemská společnost ASML, která dnes vyrábí nejpokročilejší litografické systémy na světě. Jenže ani ASML by to nedokázala sama. Za každým takovým strojem stojí stovky specializovaných evropských firem, které dohromady vytvářejí unikátní ekosystém. To není něco, co se dá vybudovat nebo koupit ze dne na den, takové hi-tech know-how vzniká desítky let.

Podobně je to se společností ZEISS SMT. Ta vyrábí optická zrcadla, která patří k nejpřesnějším objektům, jaké kdy lidstvo stvořilo. Jedno takové zrcadlo stojí jednotky milionu eur a vyrobí se jich jen kolem 10 ks ročně. Právě na nich přitom stojí high-end stroje pro celý světový polovodičový průmysl. Když si chceme představit extrémní rovinnost takového zrcadla, existuje pro to nádherný přepočet: kdybychom ho zvětšili na celou plochu Německa a na jeho nejsevernějším bodě ho zvedli o pouhý 1 mm, už bychom tu dokonalou rovinnost porušili.

Dokud si Evropa dokáže udržet podobné unikátní technologie, bude na nás zbytek světa v mnoha ohledech stále závislý. To neznamená, že máme vyhráno a můžeme usnout na vavřínech, ale rozhodně není správné říkat, že Evropa už nic neumí. V některých oblastech máme před dravou konkurencí náskok patnáct až dvacet let.

Kdybychom takové zrcadlo zvětšili na plochu Německa a na jeho severu ho zvedli o 1 mm, už bychom porušili jeho rovinnost.

Jiří Vlk
Závěrečný portrét Jiřího Vlka

Kdybyste měl jedním slovem popsat Meoptu za deset let – jaké slovo by to bylo?

NENAHRADITELNÁ.

Nemyslím tím, že bychom neměli konkurenci, tu budeme mít vždycky. Chci tím říct, že musíme být technologicky i procesně natolik dobří, aby zákazníci z celého světa chtěli spolupracovat právě s námi. A to držet stabilně. Naší největší předností totiž nejsou jen samotné technologie. Je to způsob, jakým pracujeme. Celý vývoj, výrobu optiky, mechaniky i finální montáž máme pod jednou střechou.

Konstruktér nemusí čekat týdny na zpětnou vazbu. Stačí přejít do vedlejší budovy a společně s výrobou hledat nejlepší řešení. Právě tato bezprostřední spolupráce je něco, co se buduje desítky let a co bychom si chtěli s určitými obměnami odpovídajícími moderní době zachovat i do budoucna.

Přihlašte se k odběru a už Vám nic neunikne!

  • Každý týden přinášíme nejzásadnější zprávy z průmyslu, které by neměli uniknout váší pozornosti.

Nepřehlédněte

Více článků