Новейшие российские разработки в микроэлектронике воплощаются в жизнь на зарубежных предприятиях
После краха с микроэлектроникой в 90-е годы в России потребовалось принимать срочные меры по развитию этой отрасли. Причем начинать пришлось чуть ли не с нуля. В августе 2007-го министром промышленности и энергетики РФ Виктором Христенко утверждается «Стратегия развития электронной промышленности РФ до 2025 года». В ней констатировалось, что в связи с утратой на 40–50 процентов технологий производства электронной компонентной базы (ЭКБ), разработанной в СССР в 70–80-х годах, приходится оснащать изделия импортной электроникой. Иностранные комплектующие тогда ставились на 70 процентов изделий, а доля РФ на мировом рынке ЭКБ к 2007 году составила всего 0,23 процента. На внутреннем рынке ЭКБ промышленность РФ обеспечивала только 37,5 процента спроса. И так дальше продолжаться не могло. «Частнику» микроэлектроника оказалась не по зубам.
Окончание. Начало читайте в предыдущем номере.
Хорошо забытое старое
В 2012-м производственные активы, которые не смогли развиваться в частных руках, перешли под контроль государства. В том же году ПАО «Микрон» (Зеленоград), которое позже стало главным производителем чипов в России, закупило современное для того времени фотолитографическое оборудование и тигель для изготовления пластин из монокристаллического кремния. С этого момента появилась возможность изготавливать микросхемы, процессоры, контроллеры для нужд ОПК приемлемого уровня.
В 2013 году в Зеленограде открыт Центр проектирования, каталогизации и производства фотошаблонов (ЦФШ) для изготовления интегральных схем. Центр позволяет проектировать и изготавливать фотошаблоны различных типов и является единственным таким предприятием в РФ.
В 2018 году появились сообщения, что у нас производится микроэлектроника «по типоразмеру до 65 нанометров». Сегодня в России есть как минимум два крупных микроэлектронных завода – «Микрон» и «Ангстрем-Т». Завод «Микрон» располагает двумя производствами, на которых используются кремниевые пластины разного диаметра. Он является крупнейшим российским производителем микроэлектроники и лидирует в отечественной полупроводниковой отрасли. Предприятие выпускает более 700 видов продукции, включая интегральные схемы, использующиеся в защищенных носителях информации, идентификационных документах.
Россия самостоятельно может выпускать процессоры по нормам не менее 65 нанометров, хотя оборудование для техпроцесса используется зарубежное. Своего оборудования у нас нет, и бессмысленно говорить о внедрении техпроцессов более высоких уровней.
“ Без импорта нам пока не обойтись. Крупнейшими источниками импорта в РФ электронных компонентов (микросхем, полупроводников, транзисторов, резисторов, диодов) являются страны Восточной и Юго-Восточной Азии ”
Создан холдинг «Росэлектроника», который консолидирует большинство крупных российских предприятий и НИИ в области электронной промышленности. На момент создания в 1997 году в него входило 33 предприятия электронной промышленности. В настоящее время их стало 123. В частности, «Ангстрем», «Элма», «Светлана», завод «Метеор», АО «Московский электроламповый завод», НИИ газоразрядных приборов «Плазма», НПП «Исток», НПП «Пульсар», АО «НИИЭТ», НИИПП (город Томск) и другие.
Все они специализируются на разработке и производстве изделий промышленной электронной техники, полупроводников, полупроводниковых модулей СВЧ-приборов, микросхем с техпроцессом на 100 нанометров и менее, а также оптоэлектроники, авионики, систем управления, электронных материалов и оборудования для их изготовления и телекоммуникационного оборудования связи, спутниковой связи, средств локации.
«Эльбрус», ставший продолжением проекта, не вошедшего в серию последнего советского суперЭВМ «Эльбрус-3», во многом унаследовал идеи именно этого суперкомпьютера, но не только его, часть технологий – еще со времен суперЭВМ «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2».
«Эльбрус» – процессорная архитектура и одноименное семейство универсальных VLIW-микропроцессоров, разрабатываемых российской компанией МЦСТ при участии Института электронных управляющих машин (ИНЭУМ), продолжили развитие процессорных технологий советских вычислительных комплексов «Эльбрус».
Новый виток развития пришелся на смутные годы (1989–1994), когда начали разработку «Эльбрус-3», хотя проект не был доведен до конца.
Но идеи, заложенные в «Эльбрус-3», были использованы и возродились в первом российском микропроцессоре «Эльбрус». Его выпуск пришелся на 2007 год. Специфика данных микропроцессоров в том, что система команд российская и имеет много общего с системой команд «Эльбрус-3». Она была разработана специалистами компании АО «МЦСТ» следующим образом. В 2005-м «Эльбрус-2000» представлял собой сильно упрощенную версию «Эльбрус-2С» для использования в системах цифровой обработки сигнала в, к примеру, радарах и анализаторах изображений.
«Эльбрус-4С» – для использования в серверах, настольных компьютерах, встраиваемых вычислителях. «Эльбрус-8С», «Эльбрус-8СВ» – для серверов и рабочих станций. Так «Эльбрус» стал представлять собой целую линейку российских микропроцессоров.
Первый «Эльбрус-16С» был продемонстрирован на выставке «Микроэлектроника-2020», которая прошла в Ялте осенью 2020 года. Это перспективный микропроцессор с архитектурой «Эльбрус» шестого поколения. Процессор «Эльбрус-16С» представляет собой «систему на кристалле», которая содержит 16 вычислительных ядер общей производительностью 1,5 терафлопса. МЦСТ ведет его разработку при поддержке Минпромторга, завершить работу планируется в 2021-м. Разработка началась в 2018 году в Москве. В настоящее время ведется исследование полученного инженерного образца. В 2021-м должно начаться серийное производство новейших компьютеров на базе «Эльбрус-16С», но проблем с этим еще немало.
С клеймом Тайваня
Первая и удачная попытка внедрения «Эльбрусов» в гражданские госструктуры началась в 2016 году. С мая 2017-го заработал первый ЦОД (центр обработки данных). Масштабность принятых мер свидетельствует о намерениях государства осуществить массовый переход промышленности и государственных структур на отечественное оборудование, что не может не радовать. Наконец, взят четкий практический курс на импортозамещение в радиоэлектронике. В «Стратегии развития электронной промышленности РФ на период до 2030 года» запланировано освоение производства микроэлектронной продукции на технологическом уровне 28 нанометров и ниже. Произойти это должно в 2022–2025-м. А к 2030 году намечены разработка и промышленное освоение кремниевых технологий производства ЭКБ с топологическими нормами 65–45, 28, 14–12, 7–5 нанометров. А также последующий выпуск изделий на их основе, разработка изделий по кремниевой технологии с топологической нормой 5 нанометров, производство на их основе сначала за рубежом, а потом и в РФ.
Если «Эльбрусы» предназначены сугубо для компьютеров и готовы конкурировать с другими фирмами – изготовителями процессоров для ПК, то «Байкалы» ориентированы больше для промышленного сегмента. Однако уже разрабатываются и процессоры «Байкал-М», которые можно будет использовать для настольных ПК. Они могут стать основой для рабочих ПК и промышленной автоматизации.
Россия – одна из очень немногих стран мира, которая может выпускать современные процессоры собственной разработки. В августе 2017 года компания «Байкал электроникс» провела полноценное тестирование быстродействия своего процессора Baikal-T1, работающего с тактовой частотой 1,2 ГГц. Также был создан процессор «Baikal-М» для персональных вычислительных систем и мини-серверов. Он разработан для государственных ПК при участии Роснано на 28 нанометров (8-ядерный с производительностью более 2 ГГц). В 2021 году планируется выпустить процессор 16 нанометров, 16-ядерный, со скоростью работы до 2,2 ГГц.
Это значительно снизит наше отставание. Хотя у конкурентов размеры еще меньше – 10–14 нанометров. Можно добавить, что этот процессор создан именно в России, в части военных поставок. Однако без импорта нам пока не обойтись. Крупнейшими поставщиками электронных компонентов (микросхем, полупроводников, транзисторов, резисторов, диодов) являются страны Восточной и Юго-Восточной Азии.
Следует отметить, что на сегодня отставание России подтверждается тем, что свои 8-ядерные процессоры «Эльбрус-8СВ» мы производим на тайваньской фабрике TSMC, причем по нормам относительно старого техпроцесса 28 нанометров, а новый 16-ядерный процессор «Эльбрус-16С» предполагается произвести в 2021 году там же по нормам 16 нанометров. «Эльбрус-16С» основан на архитектуре «Эльбрус» шестого поколения.
Вместе с тем первые инженерные образцы перспективного 32-ядерного процессора «Эльбрус-32С», выполненного по нормам 7 нанометров, планируется выпустить к 2025 году и, вероятно, тоже за рубежом. Он будет представлять целую линейку процессоров этого поколения – мобильный, настольный и серверный. Предполагается также разработка отдельного 64-ядерного процессора для суперЭВМ.
Увы, в России пока нет заводов, способных выпускать 16-нанометровую продукцию. Даже российские процессоры линеек «Эльбрус» и «Байкал» выпускаются, повторим, на заводах TSMC (Тайвань), а чипы этих серий производятся по 28-нм нормам.
Добавим к этому, что российский разработчик – НПЦ «ЭЛВИС» создаст три мобильных процессора для смартфонов, систем искусственного интеллекта и устройств интернета вещей. Их производство должно начаться в очень скором будущем – к 2022 году.
Сообщалось также о разработке оптической системы и ее элементов для фотолитографических установок, работающих на длине волны 13,5 нанометра. Теоретически при таком размере при использовании околорентгеновского излучения с длиной волны 13,5 нанометра и меньше становится достижимым разрешение системы на уровне нескольких нанометров, как у самых современных установок EUV-фотолитографии.
Сегодня в установках ASML применяется излучение длиной волны 13,5 нанометра (EUV, сверхжесткий ультрафиолет). Для экспонирования здесь используются не линзы, а зеркала и вакуум в качестве среды. Источник излучения создается в Институте спектроскопии (ИСАН) РАН в подмосковном Троицке.
Прототипом самой установки занимаются в Институте физики микроструктур (ИМФ) РАН в Нижнем Новгороде. Сегодня институт занимает одно из лидирующих мест в мире в рентген-оптике. По некоторым оценкам, стоимость самостоятельной разработки оборудования для EUV-литографии на сегодня составляет порядка 100 миллиардов рублей и около 10 лет работы, что вполне подъемно для государства.
Но никто не знает, как полупроводниковая индустрия микросхем, заработавшая более 300 миллиардов долларов, поведет себя в ближайшие 5–10 лет, когда в дальнейшем возникнут серьезные проблемы с отведением тепла и проявлениями квантовых эффектов. Поэтому новая стратегия развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года должна способствовать производителю российских процессоров МЦСТ работать на перспективу, выходить на потенциальных заказчиков. В целом же сегодня в России уже работают более 60 компаний – партнеров производителя процессоров «Эльбрус», из них 15 контрактных заводов электроники. И все же этого недостаточно.
Чтобы снизить наше отставание в развитии микроэлектроники, осуществить технологический прорыв, необходимо многократно увеличивать инвестиции, выделять постоянно субсидии на обучение кадров, в быстром темпе строить новую производственную базу. Об этом говорили специалисты Департамента радиоэлектронной промышленности МПиТ на конференции «Электроника в России: будущее отрасли» в декабре 2019 года. Надо также проводить жесткие меры протекционизма отечественным производителям, а молодым специалистам обеспечивать необходимые условия жизни и быта. И понимание важности этого вопроса, насколько известно, у руководства страны есть. Правительство на эти цели в ближайшие три года выделит 350 миллиардов рублей. Успеем ли мы заскочить в последний вагон уходящего поезда шестого технологического уклада – покажет уже ближайшее время.
Николай Домницкий, подполковник в отставке
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 11 (874) за 30 марта 2021 года