Ученый рассказал о российских микросхемах мирового уровня
Следующее поколение чипов для микроэлектроники – их называют «рентгеновскими» с топологическим размером в 7 нанометров – будет «рождено в Соединенных Штатах» к 2028 году. Об этом мечтают в администрации президента Дональда Трампа, который, похоже, решил добиться лидерства везде, где США пока отстают. О том, какой расклад сил наблюдается сейчас в мировой микроэлектронике и какие позиции в этой сфере занимает Россия, мы побеседовали с академиком РАН, специалистом в области микро- и наноэлектроники, заместителем руководителя приоритетного технологического направления по электронным технологиям Евгением ГОРНЕВЫМ.
Российские микроэлектронщики. Источник Микрон
Интерес к микроэлектронике подстегивается развитием искусственного интеллекта (ИИ) и необходимостью создания большого количества серверов, ростом количества у жителей гаджетов и приходом новых технологий в различные сферы нашей жизни, к примеру, в беспилотный транспорт. Больше половины объема мирового рынка (по данным за 2025 год) контролируют США и Южная Корея. А вот лидерами по объему производственных мощностей являются Китай, Тайвань и Южная Корея. Нидерландская компания ASML выпускает 90% современных фотолитографов для производства микросхем, а на Тайване расположено самое крупное производство микросхем на этих фотолитографах – TSMC. Вот американцы, согласно публикациям в зарубежных СМИ, и задумали «подвинуть» эти две компании, стремясь под руководством Трампа к абсолютному лидерству во всех областях. К сожалению, Россия не фигурирует в этих новостях в числе лидеров. Но, как выясняется, руки наши микроэлектронщики не опускают.
– До 1991 года все мировое производство микроэлектроники обеспечивалось США, Японией и СССР. В СССР было около 100 организаций и научных институтов, которые занимались микроэлектроникой. Мы всегда шли вровень с американцами, в чем-то даже опережая их. Наша проблема была в том, что мы не патентовали свои разработки. Например, о создании первой интегральной схемы американцы объявили 12 декабря 1958 года. Это была небольшая полоска германия с пятью компонентами, соединенными вручную, что доказало возможность создания всех элементов на одном полупроводниковом кристалле. И что вы думаете – через полгода у нас появилась своя микросхема, отличающаяся от схемы Джека Килби! В 1959 году группа молодых разработчиков КБ Рижского завода полупроводниковых приборов (Карнов, Осокин, Пахомов) создала образцы своей интегральной схемы (ИС) на германиевых транзисторах. Как такое стало возможным? Да только в результате того, что наши к тому времени тоже обладали знаниями в этой области, но просто не стремились первыми заявлять о них.
То же самое произошло и с транзистором, о котором у нас сообщили через полгода после американцев. Он был создан еще в начале 1949 года года под руководством Александра Красилова из НИИ-35 и его студенткой из МЭИ Сусанной Мадоян.
У нас была очень мощная фундаментальная, академическая наука. В своих нобелевских речах изобретатели транзисторов, микросхем всегда ссылались на достижения советских ученых, потому что основные принципы были проработаны именно у нас. В части мысли мы шли впереди, а в части внедрения отставали из-за того, что, у нас не было рынка интеллектуальной собственности ни в науке, ни в технологиях.
– Нет, конечно! У нас все разработки были свои. В 1990 годы, когда открылись ворота, и американцы ринулись в наши институты, первым делом они хотели проверить, нет ли у нас незаконно используемых их технологий.
– Ничего не нашли, – все разработки у нас были свои. Впрочем, они могли в этом убедиться еще с 70-х годов, когда первый директор НИИ молекулярной электроники (НИИМЭ) Камиль Валиев поехал в США, захватив с собой микросхемы нашей разработки. Американцы полезли в них и ничего похожего на свои не нашли.
Несмотря на общую «азбуку» цифровой логики, наша архитектура всегда отличалась от иностранной.
– У нас был очень широкий круг знающих людей и работал принцип комплексности. Министром электронной промышленности, которым в годы ее расцвета был Александр Иванович Шокин, было принято решение каждый институт создавать сразу с опытным заводом. К примеру, был создан НИИМЭ, а через два года – опытный завод «Микрон», НИИ точных технологий, и сразу – «Ангстрем», НИИ точного машиностроения — завод «Элион», институт материаловедения — завод «Элма» и так далее. Каждая разработка проходила испытания при институтах и тут же ставилась на производство. Без этой комплексности у нас сейчас возникают большие трудности с внедрением наших разработок.
– Объясняю. В 70-е годы наш бывший соотечественник, экономист Василий Леонтьев получил Нобелевскую премию за анализ балансов в экономике. А ведь он начинал их разрабатывать еще в СССР, при Госплане. На этих балансах (что нужно, где нужно и когда) тогда все строилось, и деньги всегда находились. Например в начале 60-х было выпущено постановление правительства и ЦК КПСС о создании системы ЭВМ «РЯД». Основная нагрузка лежала на СССР, а страны СЭВ (Совета экономической взаимопомощи. — Авт.) присоединялись. Так вот в том постановлении все расписывалось до мелочей: от микросхем до готовых машин (сколько и какой завод будет выпускать). Также относились и к оборонным проектам. В нашей системе создания первых компьютеров были задействованы: Кишинев. Вильнюс, Баку, Тбилиси. Попробовал бы кто-то тогда не допоставить хоть одну штуку чего-то необходимого, – сразу партбилет на стол, а это значит, что потом ты не поднимешься по карьерной лестнице никуда дальше простого инженера.
Евгений Горнев. Из личного архива
– Самый мощный удар был нанесен нашей микроэлектронике в 1991-92 годы, тогда мы по разработкам с мировыми гигантами шли ноздря в ноздрю. При Горбачеве, Чубайсе, Гайдаре все заводы по производству технологического оборудования были ликвидированы, а оборудование НИИ по электронике пущено на металлолом в буквальном смысле. Ударили сначала по Госплану, который все рассчитывал, контролировал, а потом – по микроэлектронике. Благодаря нынешнему президенту РАН Геннадию Красникову, удалось сохранить единственную связку – НИИМЭ с его производством. Целый ряд направлений по созданию материалов, машин-литографов, имплантеров, машин для травления, осаждения и тысяч других операций, необходимых для производства микросхем, было закрыто, некоторые даже с землей сравняли.
Горе-реформаторы, как мантру, повторяли: «Нам ничего не надо, нам все привезут». Помните, Чубайс показывал президенту страны якобы прототип российского планшета? К сожалению, его производства после никто не увидел.
– Сейчас не хватает той самой комплексности, о которой я говорил. Мы реализуем хорошую программу по оборудованию для производства микросхем. Сделали литограф, первый образец. А дальше, – где серия будет выполняться, – непонятно. Из производств есть только завод в Черноголовке, но он уже перегружен.
– Это все потому, что вклад интеллектуальной собственности в них занимает половину стоимости. Ведь когда институт заказывает заводу создание той или иной машины для производства микросхем, там как раз и закладывается основная идея, ноу-хау.
Вот почему тот же самый рентгеновский литограф компании ASML, о котором все сейчас говорят, стоит 380 млн долларов? А вы знаете, что его создавали в свое время порядка трех десятков институтов и компаний и ушло более 30(!) лет? Кстати, в числе прочих разработчиков там были и россияне. К примеру, сам рентгеновский лазер был разработан в троицком институте, были там специалисты из Нижнего Новгорода и других регионов.
— Нашим реформаторам в правительстве 30 лет назад это было не нужно… Только лет 10 назад, когда резко обострился вопрос нашей безопасности, мы стали серьезно разговаривать о микроэлектронике, привели в порядок свою электронно-компонентную базу для космоса (ЭКБ). Уже в начале 2010-х годов у нас очень хорошо выполнялась программа по созданию своей ЭКБ для Роскосмоса – порядка 70-80% в общем объеме было российским.
— «Размеры» 16 нм, 10 нм, 7 нм, 5 нм, 3 нм ни о чём качественном в микроэлектронике сегодня не говорят. Это просто, если хотите, «марки» техпроцессов и не имеют никакого отношения к реальным размерам транзисторов в микросхемах. Это чисто маркетинговые ходы, при которых так называемые уровни технологий в нанометрах ориентируют на количество транзисторов в кристалле. И не более того. Так у компании TSMC 16 нм говорит о плотности 28,9 миллионов транзисторов на один квадратный миллиметр площади чипа, 10 нм – 52,5 млн. транзисторов на кв. мм, 7 нм – 91.2 млн. на кв. мм, 5 нм – 171,3 млн. на кв. мм, 3 нм – 291,2 на кв. мм. И так по этой прямой в логарифмическом масштабе самостоятельно можно спрогнозировать плотность транзисторов для 2 нм, 1 нм и далее, как пожелается. Для увеличения их количества на единицу площади, транзисторы делают двухэтажными и трехэтажными.
Теперь о наших микросхемах для космоса. Мы научились создавать такую электронику, какая нужна в космических условиях. Это 180 нанометров. Здесь никто не уходит в излишнюю миниатюризацию микросхем, так как важна прежде всего радиационная стойкость изделия. Но к сожалению, нынешнее руководство отрасли вновь зачем-то нацелилось на закупки ЭКБ за рубежом. Если раньше это были США, то теперь – Китай. Я очень много работал с китайцами, и скажу так: если будем теперь ориентироваться на них, то можем в скором будущем снова откатиться назад. Китайцы – коммерсанты, и они знают, что наши микросхемы, если мы будем их развивать, будут со временем лучше, чем их. Поэтому их задача – не допустить этого. А почему наши заказчики пошли по старым граблям, мне непонятно.
– Да, это так. Без указания названия техпроцесса. В этом нет смысла, потому что у нас тип транзистора имеет иную конфигурацию – он плоскостной (планарный). У нас, к сожалению, пока нет оборудования, чтобы делать вертикальные схемы.
– Грубо говоря, чем меньше нанометров имеют транзисторы, тем больше их помещается на кристалле, что обеспечивать высокую производительность и энергоэффективность изделия. Это важно, к примеру, для ноутбука, для мобильного телефона, снижения их габаритов. США опережают нас именно в разнообразии типов микросхем. Сегодня ведущая компания изготавливает самые миниатюрные микросхемы при помощи техпроцесса в 28 нанометров, то есть микросхемы с размером контактного окна 28 на 28 нанометров. Будет больше кристаллов на 1 единицу площади, – увеличится их функционал.
— Речь идет о 7 нанометрах. В конце прошлого года ASML выпустила литограф с таким разрешением. Напомню, что оно указывает не на размер транзисторов, а только на марку техпроцесса.
— Любой литограф работает, грубо говоря, как фотоаппарат: свет через объективы попадает на пленку. Если обычный фотоаппарат работает с обычным белым светом, литографы предыдущего поколения – со светом лазера с длиной волны 350 нанометров и разрабатываемый сейчас в России с длиной волны 192 нм, то технология EUV позволит создавать оборудование, способное работать на длине волны в 13,5 нанометров.
– Первый чип может пойти в производство в ближайшие два-три года.
– К примеру, ваш телефон, изготовленный на новых микросхемах, будет уметь не только фотографировать, но и запускать процесс обработки больших данных, как настоящий суперкомпьютер. То есть, он станет вашим карманным мощным компьютером.
– Их плотность и количество в микросхеме начинает превышать количество нейронов в человеческом мозге. Но, по сравнению с нейронами их энергетика не эффективна.
Были времена, когда одна память объёмом 5 Мегабит занимала целую комнату… Сейчас в один планшет помещается несколько микросхем. И, кстати, многие хотели бы снизить его вес, так что запрос на уменьшение микросхем или сокращение их количества в устройствах еще есть. До каких пределов это дойдет, пока сказать сложно.
Работа с EUV-литографом в компании ASML. Источник ASML
– Нам надо решать вопросы со своим производством, оборудованием, сверхчистых материалов, сосредоточиться на системах автоматизированного проектирования (САПР), создании своих компьютеров, беспилотников, суперкомпьютеров на своих, а не на китайских микросхемах.
Жизнь показывает, что все можно решить, если решить серьезно вопрос с кадрами. «Кадры решают все», – сказал в свое время Иосиф Виссарионович Сталин. И с ним не поспоришь. Тем, кто на самом верху, знать тонкости технологических процессов не обязательно, но звено среднего, министерского уровня должно понимать, чем управляет. В свое время в Министерстве электронной промышленности все чиновники были из тех, кто прошел цепочку от инженера до главного инженера или директора предприятия. Их на мякине было не провести. А у нас… Года два назад приезжаю в министерство, к заместителю министра, приготовил ему презентацию с картинками, а он говорит: «Зачем вы мне это все показываете? Я в этом деле ничего не понимаю, я – финансист». Это хорошо, что он еще честно признался, а сколько таких, кто только делает вид, что все понимает!
– Пока сложно сказать, сколько лет понадобится на создание всех необходимых машин для создания таких микросхем. Но что касается литографа… Как я уже говорил, наши ученые стояли когда-то у истоков создания рентгеновских фотолитографов. Эти люди сейчас в России и заняты разработкой не точь в точь, но по классу очень похожих машин. 13 лет назад НИИМЭ был идеологом создания на нижегородской земле, в НИИ физики микроструктур своего рентгеновского литографа. Если все получится, лет через 10 (не 30, как у ASML) у нас появится своя прогрессивная рабочая технология.
– Разработка покажет. Вполне возможно, что на длине 11,2 нм.
— Трамп, на мой взгляд, просто хочет показать Китаю, кто в доме хозяин. Может, он и попытается ограничить степень влияния ASML, но вряд ли кто-то ему позволит разрушить эту компанию. Дело в том, что она может делать разные литографы очень многим странам.
– Я бы ответил, что это идиотизм. И то, что многие наши прикладные институты, являясь акционерными обществами, до сих пор работают в соответствии с законом об АО, это тоже, на мой взгляд, в корне неправильно. Ведь в этом законе одним из первых пунктов говорится о том, что главной задачей организации является получение прибыли. Я задаю вопрос: о какой прибыли в НИИ мы говорим? У института основная задача – разрабатывать новые технологии и продукты, а не приносить прибыль.
Сейчас система меняется, в России на последнем совещании у президента РФ было принято решение о создании Межведомственного совета по микроэлектронике под председательством советника президента Андрея Фурсенко и вице-премьера Дениса Мантурова. Возможно, дело все-таки сдвинется в лучшую сторону.
Кристаллы (или чипы) – это незащищенный кремниевый элемент с транзисторы.
Интегральная микросхема (ИС) – транзисторы, диоды, резисторы, соединенные на кремниевом чипе.
Топология микросхемы – это пространственно-геометрическое расположение всех элементов микросхемы. Она представляет собой «карту» или чертеж, по которому создается микроэлектронное изделие.
Уровень техпроцесса соответствует «контактному окну», через которое подключается транзистор.
Фотолитограф — это аппарат, с помощью которого на кремниевую подложку переносятся микроскопические рисунки элементов транзисторов.
Свежие комментарии