Импортозамещение: проблемы микроэлектроники

Журнал PC Magazine/RE задали несколько вопросов компаниям и специалистам, которые имеют отношение к отечественной микроэлектронике. Это разработчики микросхем, создатели производственных технологий, представители компаний, создающих готовые продукты. Безусловно, хватает и скептиков, и реальных проблем. И многие из тех, кто поделился с нами развернутыми ответами, не согласны со стереотипом: «в области микроэлектроники РФ отстает на столетия». 

Максим Пискарев ← Начальник отдела маркетинга и продаж, НПЦ «ЭЛВИС», www.multicore.ru
Бытует мнение, что микроэлектроника — это процессоры для настольных ПК, и что все современные микросхемы должны производиться по 10–20-нм технологии. При этом утверждается, что отечественной микроэлектроники как бы и не существует. 

На самом деле это, конечно, не так. Номенклатура производимых микроэлектронных устройств огромная. Не все должны выпускать процессоры, и не везде нужны такие проектные нормы. Во всем мире востребованы фабрики с технологическими нормами 1000/800/350/250/180/130/90 нм (производство по этим нормам есть и в РФ). 

Микроэлектроника — это не только фабрики. Большинство микроэлектронных компаний не имеет собственного производства. При этом среди компаний существует довольно четкая специализация. 

Мировые гранды — лидеры, каждый в своей области. Никто не хочет их догонять — каждая компания стремится найти свою нишу и стать мировым лидером в этой нише. Это более перспективно, чем начинать разработки на высококонкурентном рынке, где уже присутствуют продукты и компании, находящиеся на пике жизненного цикла. Шансов для отечественных компаний стать мировыми лидерами ничуть не меньше, чем у зарубежных. Например, самые быстрые процессоры для спутников выпускает не Intel. 

В общем, микроэлектроника в РФ существует. Конечно, так было не всегда, был период застоя. Но в настоящее время государственная поддержка ощутима. И можно сказать, что условия для развития есть. 

Алексей Трошин ← Генеральный директор, к. ф.-м. н., «ЭлТех СПб», www.eltech.com
Микроэлектроника в нашей стране развивается неплохими темпами, но пока только в сегменте разработок и «фаблесс»-производства. Нужно понимать, какая ситуация в целом сложилась в полупроводниковой промышленности за последние 30 лет. Международное разделение труда в этом секторе высокоразвито, что неудивительно: большие издержки на разработку технологии и организацию производства изделий часто фактически не позволяют осуществить проекты по новейшим топологическим нормам (20, 14, 8 нм) силами отдельной коммерческой структуры. Подобные проекты сегодня реализуются крупнейшими транснациональными корпорациями с привлечением целого ряда льгот и налоговых преференций со стороны поддерживающих проекты национальных правительств. 

На этапе роста полупроводниковой промышленности при относительно малом количестве освоенных в производстве изделий и их ограниченной номенклатуре превалировала модель IDM (integrated device manufacturer — компания, которая разрабатывает, производит и продает микросхемы под собственной маркой). Развитие IDM-производств предполагало регулярное увеличение мощностей и создание вокруг базового предприятия вертикально-интегрированной структуры, обеспечивающей весь объем технологических и производственных потребностей. По сути, на этой модели строились не только крупнейшие компании, такие как Texas Instruments или Sony, но в масштабах страны и вся электронная промышленность СССР. С 1980-х гг. ситуация на мировом рынке кардинально изменилась: миниатюризация электронных компонентов, многократно возросший спрос на изделия электроники и компьютеризация привели к беспрецедентному увеличению номенклатуры выпускаемых изделий и потребностей рынка в специфичных изделиях с заданными характеристиками не для массового использования. Что в этот период происходит в России, все помнят. К середине 1980-х отставание советской отрасли от мировых лидеров в полупроводниковой промышленности исчислялось пятью годами, при этом СССР была единственной страной, выпускающей всю номенклатуру электронных компонентов на своей территории. А потом отечественная электронная промышленность просто перестала развиваться. Мы пропустили развитие новых технологических процессов, на которых сегодня строятся все производства электроники, увеличение производительности инструментов проектирования полупроводниковых изделий, ускорение цикла разработки их дизайна. Все эти перемены привели к изменению общего подхода к организации производства. 

Современная полупроводниковая промышленность строится на заложенных еще в 1980-х гг. принципах разделения труда в модели fabless — foundry: fabless — проектирование (дизайн) микросхем и foundry — кремниевый завод, изготавливающий полупроводниковую продукцию. Fabless-компании занимаются разработкой интегральных микросхем, а изготовление передают на аутсорсинг сторонним foundry-компаниям, организованным по принципу контрактного производства. В современных условиях микроэлектронное производство столкнулось со значительными затратами на освоение новых топологических норм: высокая стоимость оборудования, разработки и внедрения технологии производства. В 2012 г. стоимость увеличения выпуска продукции на 80 тыс. пластин в месяц составляла около 8 млрд долл. (по независимым оценкам компаний TSMC, Globalfoundries, UMC и Samsung). Затраты только на оборудование для внедрения в производство 14-нм технологий с производительностью 40 тыс. пластин в месяц составляют примерно 5 млрд долл. Выпуск такого же количества пластин диаметром 450 мм оценивается в 10 млрд долл. Сегодня только крупнейшие компании, Intel и Samsung, работая по старой IDM-модели организации полного цикла производства, запускают предприятия, выпускающие продукцию по последней технологической норме. При этом и Intel, и Samsung вынуждены в той или иной степени использовать элементы подходов fabless/foundry. В структуре Samsung с 2005 г. действует собственная foundry-компания, производящая электронную компонентную базу (ЭКБ) как для внутренних потребностей, так и для сторонних компаний. 

Итак, во всем мире превалирует модель контрактного производства. При этом сменяемость технологий в микроэлектронике — три-четыре года, срок создания самого предприятия примерно такой же. Создание современного производства в электронике само по себе процесс очень сложный. «ЭлТех СПб» именно такими проектами и занимается. Далее, нужно понимать, что появление той же 14-нм технологии отнюдь не означает, что вся продукция, изготавливаемая по бОльшим топологическим нормам, вдруг устарела или устареет в перспективе. Микроэлектронная продукция — это все-таки не самостоятельные изделия, а компоненты устройств, и формируют рынок именно их изготовители. Объем всего отечественного рынка микроэлектроники — 150 млрд руб. Отечественные кремниевые заводы — зеленоградские «Микрон» и «Ангстрем» и еще несколько — обеспечивают 16% гражданских потребностей российского рынка, оборонных и космических — немногим больше. За последние пять-шесть лет все ведущие изготовители обновили свои производственные мощности, мы в этих процессах принимали самое активное участие. Результат — трехкратное увеличение доли российских комплектующих за тот же период, но все равно это еще очень мало. Причин такой ситуации много, но одна из основных — промышленным потребителям электронной компонентной базы удобнее работать с российскими поставщиками, предлагающими широчайший спектр компонентов со всего мира, но очень слабо работающими с отечественными производителями. Конечно, в связи с этим на политику импортозамещения в отрасли возлагаются большие надежды, ведь вопрос развития микроэлектроники для нас — это вопрос спроса со стороны наших же заводов — потребителей полупроводниковых компонентов. 

Учитывая огромные инвестиции в проекты современных кремниевых заводов, я считаю, что наша полупроводниковая отрасль сегодня должна развиваться как в направлении усиления отечественных дизайн-центров, их большего включения в мировое разделение труда, так и развития производственных мощностей действующих в стране предприятий микроэлектроники.


Борис Зырянов ← Генеральный директор, д. т. н., «Мультиклет», www.multiclet.com 
С мнением, что «отечественной микроэлектроники как бы и не существует», почти во всем согласен. Да, действительно, доля отечественной микроэлектроники на рынке очень мала. Однако разработка и малосерийное производство на азиатских фабриках — совсем не так плохо, чтобы говорить об этом «в лучшем случае», поскольку этим путем на начальном этапе идут все разработчики в мире.

Вот дальше, да, у нас проблем больше, так как увеличение тиражности в огромной степени зависит от внимания государства к инновациям путем открытия доступа к рынкам, госзаказу, т. е. той необходимой ступеньке, с которой компания может выходить на внешние рынки и обеспечивать крупные серии. Не стоит забывать, что Apple встала на ноги после получения госзаказа на оснащение средних школ своими компьютерами. У нас же до сих пор бытует мнение, что «рынок сам все отрегулирует» и «идеи сами себе пробьют дорогу, если они того стоят». 

С позицией «мы отстали на века» почти полностью не согласен. Отставание в интеллектуальной сфере, науке и образовании со времен Советского Союза, конечно, увеличилось, но не так сильно, соответственно и технологическое отставание может быть быстро преодолено. Тем более что россияне славятся несимметричными решениями, позволяющими в десятки раз быстрее и дешевле достигать результата. 

А вопрос: «нужна ли вообще отечественная электроника», замечательно перекликается с ответом эксперта «Роснано», полученным в 2009 г. нашей компанией: «Отечественный процессор для России не актуален!». Видимо, есть разные мнения, хотя постепенно в принимающие решения госорганы приходит понимание, что российская электроника и достижима, и актуальна. 

Что касается конкретных систем, мне было бы странно говорить о других изделиях, кроме «мультиклеточных» процессоров, систем на кристалле, созданных на базе универсальной российской архитектуры. Это и есть несимметричный технологический ответ, поскольку новая архитектура позволяет увеличить быстродействие и во много раз снизить энергопотребление, снимая необходимость в дорогих 45–10-нм техпроцессах. Кроме того, она имеет уникальные особенности, такие как динамическая реконфигурация и живучесть, системотехнический уровень надежности. Проекты на этих микропроцессорах находят применение и вызывают интерес у предприятий четырех министерств и трех ведомств, но без явной господдержки такое импортозамещение развивается очень медленно. 

Никита Семенов ← Совладелец и технический директор, Beet Lab, www.beet-lab.com 
Высшее образование я получал в МФТИ, на факультете радиотехники и кибернетики, и первые шаги в профессии были связаны с отечественной микроэлектроникой, отношения с которой развились в разработку оптимизирующего компилятора для отечественного микропроцессора «Эльбрус», поэтому честно скажу — все не так плохо, как кажется. 

Для того чтобы лучше проиллюстрировать свое мнение, хотел бы немного рассказать о том, что представляет собой процесс разработки микропроцессора. 

Как и в любом сугубо инженерном деле, массовому производству предшествует длительный и сложный процесс проектирования. Особенно если речь идет о такой сложной микросхеме, как процессор. Происходит это в специальных программных пакетах для трассировки плат, на каждый слой сначала автоматически наносятся элементы и предварительные трассы, затем вручную корректируются. ПО для этого процесса, как правило, западное, как и библиотеки готовых элементов, однако некоторые компании в России (в частности, МЦСТ — создатели «Эльбруса»), делают и свои решения. 

По окончании дорогого и долгого (может занимать несколько лет) этапа проектирования получается небольшой двоичный файл, готовый к отправке на фабрику. Именно здесь и начинается самое интересное. 

Процессу массового производства микропроцессора предшествует этап тестирования и отладки на ПЛИС-платах. Это так называемый прототип, работающий на низкой тактовой частоте, предназначенный для верификации логики различных элементов. Иногда прототип подключают к периферийной логике, но не путем припаивания выводов, а при помощи подключения к спецгнездам. Таким образом, к прототипу можно подключать различное периферийное оборудование и тестировать, а затем верифицировать работу с ним. Существуют стандартные конфигурации, которые недороги. Однако если формат прототипа и ПЛИС-плата не соответствуют стандартным формфакторам, цена изготовления прототипов резко возрастает. Более того, проходит несколько итераций тестирования и производства партий прототипов перед утверждением финишного варианта. Как правило, программированием и производством таких ПЛИС-плат занимаются заводы на Тайване.

По завершении этапа доводки и отладки прототипа начинается этап изготовления опытных партий процессоров. Их также тестируют и верифицируют, как правило, обнаруживаются ошибки и недочеты при больших тактовых частотах, логику исправляют, и опытная партия вновь отправляется на завод. 

И только после этого процессор поступает в массовое производство. Весь цикл, начиная от идеи, может занимать четыре–пять лет. Как вы, заметили, процесс разработки явно состоит из двух фаз — проектирования и моделирования логики и непосредственно изготовления. Очевидно также, что для производства современного процессора необходима сильная и серьезная конструкторская школа, и в России она пока не умерла. Процессор «Эльбрус» обладает серьезным преимуществом перед архитектурой x86, заложенным в самой его идее, и это заслуга отечественной конструкторской школы. Самое важное здесь — идея и проектирование, а производство — процесс автоматизированный и достаточно хорошо налаженный. Конечно же, существует модель Intel, с собственными фабриками, однако и они отказались от строительства завода в Аризоне. Более того, производство на Тайване с отлаженным бизнес-процессом может оказаться дешевле аналогичного в России. На Родине же существуют заводы по производству сугубо аппаратных элементов, использующихся в микропроцессорной индустрии, и на заводе «Ангстрем» даже начали производство «Эльбрусов», но их пока мало, стоимость продукции остается достаточно высокой. Но и тут не все так плохо — например, существует предприятие «Радиофизика», наладившее полный цикл производства активных фазированных антенных решеток — в России их и проектируют, и производят. При этом себестоимость его продукции в два раза ниже западных аналогов.

Безусловно, в добрых традициях СССР, отечественная микроэлектроника тяготеет к ВПК и огромным вычислительным машинам в НИИ. Однако у «Эльбруса» и продукции «Радиофизики» существует огромный не реализованный на сегодня потенциал использования в гражданской отрасли. В частности, если говорить о первом, то там существует защищенный режим работы, аппаратно блокирующий операции с неинициализированными данными, что дает огромное преимущество в системах с повышенными требованиями к безопасности. Его производительность на операциях с плавающей точкой и очень умный оптимизирующий компилятор позволяют добиваться сумасшедшей скорости при разворачивании циклов, и исполнять их в один такт. 

Поэтому я категорически не согласен с утверждением, что РФ отстает на столетия. Однако не стоит забывать, что мы живем в глобальном мире, бизнесом и производством правит международная кооперация. В нашей стране можно создавать и развивать дизайн-центры для проектирования сложной аппаратуры, эту нишу можно занять. Не даром МЦСТ начинал в 1990-е аутсорсинговой работой с Sun. Импортозамещение всего подряд в данном случае — вред и никак не панацея, необходимо развивать то, что мы уже неплохо умеем делать. 

Гульнара Кривощекова ← Специалист по маркетингу, «Полярный кварц», www.rusnanonet.ru 
Наша компания ориентирована на производство особо чистых кварцевых концентратов, а также кварцевых материалов (тиглей), используемых в полупроводниковой промышленности, что имеет отношение к сырьевой базе микроэлектроники. 

Действительно, микроэлектронное производство в России базируется преимущественно на иностранных комплектующих. В частности, кремний электронного полупроводникового и солнечного качества — азиатские изготовители уверенно лидируют на российском рынке (в цене), есть единичные производители в РФ, но говорить о промышленных масштабах не приходится. Меры, направленные на поддержку импортозамещения, должны предусматривать полную цепочку воспроизводства микроэлектронной базы в России — от сырья до комплектующих и далее — готовых изделий. Иначе всегда будем зависеть от иностранных поставщиков. Пример: наша компания, «Полярный кварц», способна удовлетворить потребности изготовителей комплектующих для микроэлектроники в качественном сырье на основе SiO2, но вынуждена продавать сырье за границу, а российские компании продолжают там закупать комплектующие.