Как нашей стране удалось пробиться в тройку ведущих стран по микроэлектронике? Какой сейчас должна быть стратегия погони: догонять или искать свой путь? Почему знаменитая «Моторола» и ее приемники 25 лет использовали российские разработки? Об этом «РГ» беседует с научным руководителем Института проблем проектирования в микроэлектронике РАН, академиком Александром Стемпковским. Это единственная в стране научная организация, которая ведет исследования по созданию систем автоматизированного проектирования микросхем (чипов).
Чип аккумулирует более 20 технологий, каждая «тянет» на миллиарды долларов / РИА Новости
Александр Леонидович, целью создания вашего института было «достижение в мире превосходства в области микроэлектроники». Сейчас это звучит как фантастика, почти как построение коммунизма к 1980 году. Догнать и перегнать микроэлектронную Америку — разве не прожектерство?
Александр Стемпковский: Вовсе нет. В конце 80-х годов наша микроэлектроника была на третьем месте в мире после США и Японии. Отставали всего на пять лет, но самое главное, что мы уверенно их догоняли.
Причем у нас было и собственное электронное машиностроение, и собственные САПР — системы автоматизированного проектирования микросхем. Изготовление чипов на 75- 80% велось на российском оборудовании и наших материалах.
Здесь надо пояснить, что современный чип содержит миллиарды разных транзисторов размерами 7-28 нанометров, которые умещаются на одной маленькой кремниевой пластине. Задача САПР — правильно разместить и соединить между собой все эти транзисторы. Отметим, что стоимость разработки такого математического обеспечения соизмерима с созданием технологии изготовления микросхем.
Так вот, когда стало очевидно, что мы быстро сокращаем отставание от лидеров, в 1986 году руководство страны решило создать крупный Центр информатики и электроники (ЦИЭ), существенно расширив нашу «кремниевую долину» — Зеленоград. Правительство выделило огромные деньги не только на науку и производство, но и на жилые массивы, школы, больницы, инфраструктуру. В этот центр помимо отраслевых институтов и заводов вошел и наш академический институт, который должен был разработать САПР мирового уровня. Кстати, когда в 1989 году подняли «железный занавес», к нам приехала большая делегация ведущих американских специалистов по созданию САПР. Познакомившись с нашими работами, они поразились: «Вы нам ни в чем не уступаете». Словом, у всех была эйфория: построим нашу «кремниевую долину» — и тогда держись, американцы.
Но... Дальше история известная. В 1992 году был провозглашен принцип «все купим», который поставил крест на этих планах. Хотя жилье и инфраструктуру построили, но все остальное остановили. Остались скелеты зданий центра. Была совершена стратегическая ошибка. Сейчас ситуация такая: нашу микроэлектронику надо создавать практически с нуля.
Но зеленоградское предприятие «Микрон» выпускает различные виды продукции, например банковские и транспортные карты на чипах типоразмером 180 нм. Созданы компьютеры «Байкал» и «Эльбрус», есть другая отечественная микроэлектронная продукция, которая, кстати, работает в оборонке.
Александр Стемпковский: Да, но все это сделано полностью на импортной технологии и с применением импортных САПР. Сейчас это окно захлопнулось. Наше производство чипов 180 нм критически зависит от поломок импортного оборудования и поставки импортных материалов, а все это находится под западными санкциями. Кроме того, уровень 180 нм лидерами был достигнут более 20 лет назад, 90 нм — более 10 лет, а сейчас они вышли на 7 нм и даже 3 нм. Это совсем другая микроэлектроника. Чтобы ее создавать, нужны принципиально новая электронная промышленность, новые заводы, новые САПР.
Тут важно подчеркнуть: разработка чипа аккумулирует более 20 сложнейших технологий, каждая из которых «тянет» на миллиарды долларов. Создание современной САПР стоит примерно столько же. И все это потребует значительного времени, за которое лидеры уйдут далеко вперед. Даже самой богатой стране непросто потянуть такие расходы, поэтому современная микроэлектроника, особенно ниже 14 нм, — это интернациональная мировая фабрика. В ней участвуют сотни предприятий из разных стран. Мы принципиально в иной ситуации — нам надо самим освоить полный цикл создания микросхем.
Мировому лидеру в области микрочипов Тайваню понадобилось 30 лет, чтобы догнать лидеров. Сейчас он занимает около 60 процентов мирового рынка, выпуская чипы от 90 нм до 3 нм.
Александр Стемпковский: Как раз Тайвань — это самая настоящая мировая фабрика, там собрали вместе технологии со всего мира и научились на этом интернациональном оборудовании работать. Нам этот путь закрыт. И такого времени у нас нет. Надо искать свои пути решения острейшей проблемы.
Александр Стемпковский. Фото из личного архива А.Л. Стемпковского
Сейчас в правительстве разрабатываются стратегии и концепции развития микроэлектроники, планируется до 2030 года направить сюда более 3 триллионов рублей. Обсуждаются варианты типоразмеров: 90 нм, 28 нм, 14 нм, 7 нм. Многие специалисты относятся к таким стратегиям довольно скептически. Кто-то считает, что нам не по силам сделать полный цикл, а потому надо включаться в планы Китая и двигаться совместно. Кто-то уверен, что догонять лидеров — это тупиковый путь. Потратим огромные деньги, достигнем уровня, скажем, 90 нм, который лидеры прошли 10 лет назад, а они за это время массово перейдут на 3 нм. И отставание только увеличится. Нужны нестандартные решения. Чтобы сразу совершить скачок. Словом, мнения самые разные. У вас есть свой вариант?
Александр Стемпковский: По-моему, стратегия должна предусмотреть два параллельных процесса. Во-первых, надо полностью «русифицировать» технологии 90-180 нм, скопировав имеющееся оборудование, частично используя разработки дружественных стран. И, конечно, внося собственные идеи. Например, микроэлектроника очень чувствительна к малейшим дефектам, которые ведут к отказам. Поэтому огромные деньги вкладывают в технологии изготовления чипов, чтобы вообще исключить дефекты. Но можно решить проблему иначе. Создать чипы, которые «не замечают» дефекты, устойчивы к ним. Они особенно эффективны в экстремальных условиях, скажем, в космосе и оборонке, где действуют радиация, перегрузки и т.д. Такой подход позволит намного упростить технологии и сократить расходы. Когда рассказал об этом сотруднику «Интел», он даже не понял, о чем идет речь. Они этим никогда не занимались. А САПР можно собрать из открытых сегодня в мире для массового доступа фрагментов таких систем, дорабатывая их собственными силами. Этого будет вполне достаточно, чтобы закрыть львиную долю потребностей страны в микроэлектронике. Ведь далеко не везде нужны самые высокие технологии и чипы на 14 нм, а тем более на 3 нм. Даже российский смартфон можно сделать на 90 нм. Конечно, у него функций меньше, чем на 28 нм или на 14 нм, но будет главное — гарантия, что имеем свои компоненты, на основе которых можно создавать самую разную технику.
Говоря образно, будем ездить не на «Мерседесах», а полностью на своих «Ладах», где нет ничего импортного. И никакие санкции нам не страшны.
Александр Стемпковский: Совершенно верно. А второй процесс — одновременно мы должны заглядывать в будущее, организовав мозговой штурм для поиска принципиально новых технологий. Например, биочипы, квантовые технологии, аналоговые вычисления, которые позволят на порядки превзойти существующие цифровые методы обработки информации. Вот такие прорывные неожиданные решения надо искать. А мозги у наших ученых прекрасные, надо только поставить задачу и поддерживать.
Создавать самостоятельно с нуля очень дорогую и одну из самых наукоемких отраслей, да еще в предельно короткие сроки, — фантастическая по сложности задача. Справимся?
Александр Стемпковский: Как говорится, дорогу осилит идущий. В нашей истории были такие примеры. Достаточно вспомнить самые яркие — атомный и космический проекты. У нас любят писать разные концепции и стратегии до n-го года. Конечно, они нужны, но что касается конкретно микроэлектроники, мне кажется, сейчас надо действовать максимально оперативно: определить участников работ, составить четкие дорожные карты, поставить каждому конкретные задачи со сроками и обязательной ответственностью за исполнение. Тогда все у нас должно получиться.
Вернемся к вашему институту. Когда проект нового Зеленограда приказал долго жить, как вам удалось институт не просто сохранить, а вести работы мирового уровня? Да еще работая 35 лет в ветхом здании старой школы. Программисты — люди требовательные. Не разбежались?
Александр Стемпковский: По проекту планировалось, что нам построят здание площадью 5000 кв. м, где должны были работать 500 сотрудников. Мы не стали ждать новоселья и решили создать команду, чтобы сразу начать работать. И это удалось. За короткий срок мы получили результаты мирового уровня. Я не преувеличиваю. Когда амбициозный проект в Зеленограде закрыли, а в стране разваливалась экономика, я поехал в США и сумел заинтересовать нашими работами знаменитую тогда фирму «Моторола». Мы договорились о контрактах, по которым работали более 25 лет. Так что наша доля есть в самых перспективных американских системах.
Коммерческие проекты позволили сохранить коллектив и вести глубокие фундаментальные разработки в самых разных направлениях математики, информатики и микроэлектроники. Результаты публиковались в престижных журналах, но в те времена практически не были востребованы нашей промышленностью.
Сколько у вас сотрудников?
Александр Стемпковский: У нас небольшой коллектив, менее 50 научных сотрудников, среди них три члена академии, 10 докторов и 11 кандидатов наук. Наши молодые ученые выиграли призы в 26 престижных международных соревнованиях по искусственному интеллекту и большим данным. В одном из таких турниров участвовало 500 команд из многих стран, а победила команда из одного человека — моего ученика. Сейчас ему 40 лет. Недавно избран членом-корреспондентом РАН. Конечно, наших молодых талантливых ученых сманивают ведущие фирмы мира, но они хотят работать в России. Мне неоднократно поступали предложения работать за границей, но я патриот своей страны.
И вы, кстати, первый академик в истории Зеленограда, а ваша талантливая команда с результатами мирового уровня единственная в стране, кто научно занимается разработкой САПР, 35 лет работаете в маленьком ветхом здании 50-х годов. Не уезжаете... Это зеленоградский феномен?
Александр Стемпковский: Честно говоря, не задумывался. Может, действительно феномен? Несомненно, уникальный институт достоин лучшего отношения. Но давайте скажем самое главное: ни 50, ни 100 человек не могут создавать коммерческие САПР мирового уровня. За границей эту работу монополизировали всего три фирмы, в каждой по несколько тысяч сотрудников. Именно их системами пользовались наши предприятия, конструируя чипы. Теперь придется делать это самим. Значит, нужно на базе нашего института создавать новый, готовить минимум несколько сотен сотрудников, закупать современную технику. Возвращаться к тому, что планировалось в конце 80-х годов, но не было реализовано. Иного, по-моему, не дано.
Текст: Юрий Медведев
Источник: scientificrussia.ru