Будущее российской микроэлектроники

Автор: Василий. В конце февраля 2022 года крупнейший тайваньский производитель полупроводников TSMC объявил о прекращении поставок и производства отечественных микропроцессоров из-за новых санкционных ограничений, введённых Бюро экспортного контроля Минторга США в ответ на военные действия на Украине. Под удар попали дизайн-центры МЦСТ, Байкал Электроникс, Ядро, НТЦ «Модуль», МТЦ «Элвис». Это буквально задушило все существующие и планируемые разработки микропроцессоров, включая всю линейку процессоров Байкал и практически все процессоры Эльбрус.

Прямо сейчас Байкал Электроникс находится в подвешенном состоянии, поскольку производство порядка 200 тысяч процессоров на TSMC уже оплачено, 150 тысяч кристаллов готовы, но их предстоит корпусировать и ещё 50 тысяч чипов должны находиться в производстве. Ситуация критическая – никто не знает что будет дальше и вероятность того, что в дальнейшем с российскими разработчиками микросхем не будет работать ни одна фабрика в мире, включая китайские, выше 50%. На данный момент положение микроэлектронного производства в России таково, что ни одна процессорная разработка малой топологии невозможна по определению – у нас просто нет собственных производственных мощностей.

1.pngСравнение размеров российских процессоров По-центру Эльбрус 16с Справа Байкал S Слева сверху Эльбрус 8с/св Слева AMD Ryzen 5 1600X Слева снизу AMD Phenom II x4 965 Снизу Intel Core i7–8700k

При СССР такого не было…

Технологическое отставание России берёт своё начало ещё со времён СССР. Дело в том, что с развитием микроэлектроники сложность производственного оборудования непрерывно росла. Если в 60-е годы возможно было производить микросхемы своими усилиями в гараже силами исследовательских команд, то к концу 80-х сложность возросла настолько, что технологическая гонка с США в серийном производстве микросхем стала Союзу не по силам.

Стоит отметить, что в 70-е одновременно с наступлением нефтяного кризиса, СССР достигает пика богатства и доброжелательного сотрудничества с западом, в связи с чем на территорию Союза ввозят невероятное количество западных ЭВМ. У нас работали 2 Burroughs, около 6 CDC, несколько HP 3000, два IBM S/360 и под конец десятилетия даже несколько настоящих DEC VAX. Все эти машины работали наряду с советскими флагманами того времени, типа БЭСМ-6. Представители министерства электронной промышленности СССР едут в Motorola и обсуждают детали копирования MC10k, начинаются переговоры с IBM о лицензировании S/370 как «Ряд-2». У Siemens закупаются Siemens 4004 и клонируются как М-4000.

Копирование западных машин имело целью не столько украсть аппаратное обеспечение, сколько снизить расходы на создание программно-аппаратной экосистемы. Вопреки превращению Зеленограда из текстильного пригорода Москвы в столицу Советской микроэлектроники, в СССР кибернетика никогда не была приоритетом, и существовавших уровней финансирования не хватало для того, чтобы поддерживать отрасль, которая требовала все больших и больших денег. Собственно, введение в 1967 году ЭВМ ЕС (они же ворованные IBM) было инициативой Минрадио, а в министерстве электронной промышленности аналогичный приказ о полном сворачивании оригинальных разработок вышел только в 1981 году.

В восьмидесятые, когда СССР был вынужден отказаться от собственной разработки с тем, чтобы хоть как-то сократить темпы роста отставания, на Западе стала появляться идеология fabless, то есть разделения разработки и производства, и консолидации производства на больших фабриках. Аутсорс производства – единственный способ дать возможность работать в микроэлектронике небольшим компаниям. Именно инновационные стартапы всегда были основным драйвером развития отрасли. В шестидесятых фабрики у всех были свои, а в восьмидесятых стартапы начали покупать у больших компаний излишки мощностей. В закрытом СССР такой возможности не было, а собственные фабрики отставали все больше.

Ни одна страна в мире, даже США, не может позволить себе жить в абсолютной изоляции и делать свое ВСЁ – от туалетной бумаги до ракет. Все уже давно поняли, что рулят специализации и открытый мир и выгоднее торговать, а не воевать. А накручивать себе риторику осажденной крепости истерично десятилетиями, как в СССР любили – это не очень психически здравая позиция.


2.png

3.png

После распада СССР то немногое, что было, оказалось выкинуто на помойку и отрасль существовала за счет скудных остатков оборонзаказа. Кроме этого, были сломаны продуктовые цепочки с заводами, расположенными в отделившихся республиках. Несколько способных коллективов пережили девяностые буквально чудом.

По сей день функционируют несколько довольно успешных заводов, оставшихся после Советского Союза, одним из направлений производств которых является изготовление запчастей, родом из 70-х, по тем или иными причинам востребованным в ВПК – это Интеграл в Минске и Кремний Эл в Брянске.

Нулевые

В начале нулевых, почти одновременно с перлами Бабаяна о разработке «прорывного» процессора Эльбрус 2000 и требований инвестиций в размере ста миллионов долларов на тестовые образцы, в НИИСИ РАН были сделаны первые шаги по запуску собственной фабрики с проектными нормами 500 нанометров. На «Ангстреме» пошли в серию первые процессоры семейства «Мультикор», была основана компания «Цифровые решения».

В атмосфере оттепели и модернизации и увеличившемся на короткое время благосостояния страны в связи с высокими ценами на нефть, появились деньги и на электронику.

4.pngСреднемесячные спотовые цены на нефть марки Brent за баррель

С 2003 года были предприняты усилия по возрождению российской микроэлектроники, – в довольно сжатое время было создано много различных микроэлектронных инициатив, включая компанию Элвис. В бывшем до того дистрибьютором «Миландре» открыли дизайн-центр. Тогда же появились идеи насчёт покупки готовой фабрики заграницей. Эти идеи в итоге вылились в два больших проекта, одним из которых стало оснащение летом 2006 года завода Микрона в Зеленограде 180 нанометровым производством – с компанией STMicroelectronics шли переговоры о лицензировании их производства с возведением полной копии завода. После постройки и оснащения инженеры STM помогали с его наладкой: сказали что купить, как поставить и помогли наладить техпроцесс.

5.png

Первые шаги к процветанию

В 2007-м была утверждена федеральная целевая программа «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008–2015 годы, в рамках которой в Зеленоград были куплены вышеупомянутые 180 нм для Микрона и 90 нм для Ангстрема-Т. Все шло к тому, что отечественное производство сможет в значительной степени покрывать потребности ВПК, а отечественные разработчики продолжили быстро развиваться, имея доступ к лучшим зарубежным фабрикам. Сейчас «Микрон», как и большинство игроков, со времен начала пандемии испытывает трудности с поставками материалов. А заводу прямо сейчас нужно как минимум наладить и масштабировать выпуск банковских и транспортных карт, обеспечить производство на своих мощностях полупроводников для оборудования, необходимого российским нефтесервисным компаниям.

На официальном сайте Микрона техпроцесс 65 нм находится «в освоении» с 2014 года. И ни единого серийного чипа по этому процессу публике никогда не представлялось. «Эльбрус-4СМ», который должен был производиться на «Микроне» по нормам 65 нм, не представлен на официальном сайте МЦСТ и, судя по всему, в кремнии никогда не существовал.

6.png

Ангстрем-Т

Второй аналогичной историей стал Ангстрем-Т, который как и Ангстрем принадлежал министру связи Леониду Рейману, хотевшему государственных денег. Весь смысл был в том, чтобы получить бюджетные деньги за счёт огромных военных госконтрактов, поскольку переоснащение российской микроэлектроники было затеяно с целью переоснащения российской армии. Рейман поступил сходным с Микроном образом.

7.png

В 2007 году, за год до мирового кризиса, вынудившего выделить AMD своё производство в отдельную компанию GlobalFoundries, фабрика Fab36 в Дрездене начала процесс переоснащения на 300 мм пластины.

8.pngFab36

Старое оборудование и технологии 130 нм на 200 мм пластинах с соответствующим дисконтом целиком выкупил Рейман и имел инициативу поставить это оборудование в Зеленограде, делать на нём великолепные микросхемы, и, будучи министром связи, давать своему собственному предприятию кучу госзаказов. Была выкуплена полная документация на 130 нм техпроцесс с гарантией выхода годных и разработанная 90 нм линия с последующей модернизацией до 65 нм. Под эту благородную задачу Ангстрем-Т в апреле 2008 года получила во внешэкономбанке кредит на 815 миллионов евро. После получения кредита руководство предприятия озвучило свои планы по запуску производства первых микросхем на производственных мощностях.

9.png

Ввести завод в эксплуатацию планировалось в 2013 году. И всё было бы хорошо, но в 2008 году, когда оборудование уже было куплено, но ещё не доехало до России, Рейман перестал быть министром связи. Соответственно, у него пропал административный ресурс, начались разнообразные сложности. Оборудование AMD отгрузили на склад в Нидерландах, где оно простояло до 2014-го года и постепенно приходило в негодность. Чтобы успеть за развитием рынка, «Ангстрем-Т» в 2012 году купил у американской IBM лицензию на чипы более продвинутой технологии 90 нм.

Вскоре начались новые проблемы: 1 марта 2014 года США приостановили выдачу лицензий на экспорт и реэкспорт в Россию оборудования, которое «способствуют наращиванию ее военного потенциала», из-за чего у Ангстрем-Т возникли сложности с экспортом купленных установок. Завод был запущен в пилотном режиме только в августе 2016 года, но уже спустя месяц по Ангстрем-Т нанесли самый серьезный удар: Бюро промышленности и безопасности США ввело санкции против ряда российских предприятий, работающих на рынке микроэлектроники. В их числе были ПАО «Микрон», АО «Ангстрем» и АО «Ангстрем-Т». Это поставило крест на проекте.

Это типичная коррупционная история от начала до конца, которая, тем не менее, имела шансы стать реальным полезным производством, но в силу своей изначальной коррупционной природы так им и не стала. Сейчас Ангстрем-Т существует под новым именем «НМ-Тех», пытающемся запустить то же самое производство, но с начала войны они попали под свежие жесточайшие американские санкции.

В статье по разбору строения кристалла микропроцессора Эльбрус 8с, я уже упоминал о том, что российский ВПК так или иначе был под санкциями 2014-го года. Но эти санкции не очень аккуратно соблюдались. Условно говоря, когда вы заказываете какую-либо микросхему на зарубежной фабрике, она у вас спрашивает, кто конечный потребитель этой микросхемы и если конечный потребитель это российская армия, то они вам должны отказать в производстве. Но по факту было так, что если им соврать, то они не проверяют. И вопрос обхода текущих санкций таким способом остаётся открытым.

Китай

Сейчас все крупные мировые фабрики экстренно отказались от всех связей с Россией на какое-то время, но совершенно не факт, что это ситуация продлится вечно.

10.png

А для Байкалов и Эльбрусов основными крупными заказчиками являются госструктуры. И если американцы захотят следить за тем, чтобы российские госструктуры не получали микропроцессоров, то китайская полупроводниковая фабрика SMIC, являющаяся на данный момент флагманом в континентальном Китае и работающая по большей части на японском и нидерландском оборудовании, не будет сотрудничать с Байкалом и МЦСТ.

11.png

Китай в бОльшей степени зависит от мнения Америки, соответственно SMIC скорее всего не будет ссориться с США из-за России, потому что объём экспорта китайских микросхем в Штаты на много порядков больше, чем в Россию. Ничего личного, просто бизнес. Нет никакого экономического смысла сотрудничества с Россией, а риски от этого будут колоссальные.

12.pngТаблица с экспортом Китая по странам в долларах США

Литографическое оборудование

В мире есть всего 2 страны производящие литографическое оборудование для промышленного производства процессоров – Нидерланды и Япония. При этом Японские литографы хороши только для интерконнектов и крупных техпроцессов, т.е. вся современная электроника собирается при помощи машин из страны с населением примерно как у Москвы.

13.png

Как это возможно? Только потому что используются подрядчики из других стран. Технологии подобного уровня требуют компетенций которые нарабатываются десятилетиями. К примеру, одно только программное обеспечение под эту машину по объёму кода более чем в 2 раза крупнее, чем ядро линукса. Технология изготовления оптических элементов под эти машины разрабатывается годами, и это при высочайшей экспертизе от Zeiss.

В короткий срок произвести это оборудование невозможно. Понадобится 8 лет чтобы научиться делать аналог PAS 5500 (литограф, который закупили для Микрона), учитывая то, что эта машина уже безнадёжно устарела.

14.pngASML PAS 5500

К слову, в 2021 году Зеленоградский нанотехнологический центр начал разработку литографического оборудования. Два конкурса Минпромторга на создание установок для печати микросхем на кремниевых пластинах прошли осенью 2021 года: один — на разработку фотолитографа с уровнем топологии до 350 нм, второй — до 130 нм с перспективой его последующей модернизации до топологического уровня 65 нм. В конце 2026 года планируется запуск серийного производства полностью отечественных фотолитографических установок. На проект выделено почти 7 миллиардов рублей. Как будут обстоять дела дальше неизвестно. Естественно речи об окупаемости разработок не идёт.

Китай в свою очередь имеет свои фабы не первый год. Успешное развитие полупроводниковой отрасли в Китае вполне очевидны: Китай переманил много экспертов из Тайваня; Китай не отрезан от остального мира и мог пользоваться экспертизой других стран; в Китае есть гораздо более современные машины (а значит при желании можно заниматься реверс-инжинирингом). У России нет ничего выше перечисленного, так что заиметь своё серьёзное производство в ближайшее время не получится.

Альтернативы

Вообще в перспективе развития российского микроэлектронного производства, нужно держаться от процессоров как можно дальше. Есть множество других направлений, которыми можно заниматься, например, силовые компоненты для электромобилей, которые делаются не на кремнии, а на основе новых материалов, типа карбида кремния или нитрида галлия. На основе нитрида галлия можно делать очень крутые радиочастотные силовые схемы для базовых станций 5G. Электромобили по всему миру растут сейчас, как грибы после дождя, проекты и продажи увеличиваются. И если вписаться в этот рынок, то это гораздо перспективнее и гораздо более высокомаржинально, чем любое процессорное производство. И самое главное – в отличие от процессорного производства любую силовую электронику можно делать с гораздо меньшими начальными инвестициями из-за более низких требований к проектным нормам.

Российские дизайн-центры без проблем могли бы выйти на международный рынок, вопрос исключительно экономический. Как только вы обеспечиваете нормальную себестоимость и рыночные цены, вы можете быть востребованы. У Байкал Электроникс гораздо больше шансов, чем у МЦСТ в силу того, что они совместимы с огромным количеством доступного на рынке софта.

15.pngДорожная карта Байкал Электроникс

С точки зрения технического качества российские разработчики могут и умеют делать хорошие чипы и в России в целом достаточно например филиалов иностранных компаний, занимающихся разработкой микросхем внутри страны, потому что в России есть хорошие инженеры, которых можно нанять для разработки хороших микросхем.

Часто задаваемые вопросы

Сапфировые подложки

Отвечая на вопрос контролирования России рынка сапфировых подложек и остальных компонентов для производства процессоров: сапфировые подложки для микросхем вышли из активного употребления в военной микроэлектронике примерно тридцать лет назад. В гражданской микроэлектронике они никогда широко не использовались. Россия не обладает никакими возможностями давления на мировую микроэлектронику через запреты на экспорт какой-то своей продукции.

Неон

Злободневный вопрос по поводу самого критичного компонента микроэлектронного производства, поставленного под угрозу действиями России – неон. Крупнейшие поставщики очищенного промышленного неона — компании «Ингаз» (Мариуполь) и «Криоин» (Одесса). Обе эти компании сейчас не работают, а до войны активно применяли российское сырье. Прекращение поставок этого сырья вынудит потребителей искать других поставщиков, вероятно более дорогих. Но никакими принципиальными проблемами мировому рынку эта ситуация не грозит, потому что ведущая роль российского сырья была обусловлена его дешевизной, а не эксклюзивностью.

Итог

В России можно и нужно было делать много хорошего и интересного. Тот же «Байкал» был прекрасным начинанием, и «Миландр» делал много интересного, и, скажем, НИИЭТ начал очень интересное движение с новым директором. Но никому в правительстве и среди частных инвесторов до этого не было дела, пока гром не грянул. Точнее, пока гром не был самостоятельно создан. Хочется в этой ситуации выразить глубокое уважение российским дизайн-центрам, а также всем, кто причастен к развитию микроэлектроники в России. Для процветания современной технологической отрасли нужны люди, нужны доверие и коммуникация с развитыми странами. В нынешнем положении России это находится под вопросом и привлекательность развития этой отрасли в других странах для талантливых инженеров будет наиболее вероятностным итогом.

Процессор новый русской мысли

Произведен тайваньской фирмой

Триумфы в воздухе зависли

Прорыв наш оказался ширмой

И больше нет процессоров в России

И нет машин, нет даже поездов

Только война, о ней мы не просили

И неизвестность будет – сто пудов…


Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 3.8 (5 votes)
Источник(и):

Хабр