Доморощенный кремний. Сможет ли Россия обойтись без импортных микрочипов

• «Кровь глобальной экономики»
• Отечественный потенциал
• Две стратегии: догонять или углублять
• План развития

Производство пластин с микросхемами на предприятии «Микрон» в Зеленограде

Из-за западных санкций российская микроэлектронная отрасль в тяжелой ситуации: ведущие производители прекратили поставки комплектующих и оборудования, неясна перспектива и с импортом готовой продукции. О том, реально ли справиться самостоятельно, — в материале РИА Новости.

«Кровь глобальной экономики»

Советский Союз был одним из лидеров в микроэлектронике. Технологический уровень позволял делать не только лучшие в мире ракеты, самолеты, подводные лодки, но и бытовые электронные приборы. В 1974-м появился первый микропроцессор, в 1979-м ― микроЭВМ, в 1985-м ― персональный компьютер «Электроника-85». Но в 1990-е эта отрасль в стране пришла в упадок, а мировые технологии, наоборот, шагнули далеко вперед. К началу 2000-х сформировался глобальный рынок с оборотом в сотни миллиардов долларов.

Сейчас полупроводники называют «кровью глобальной экономики». Созданные на их основе микросхемы — чипы — важнейшие элементы любого электронного устройства. Изготовление материалов современного уровня настолько сложный и затратный процесс, что ни одно государство, включая США и Китай, не в состоянии локализовать у себя производство полного цикла.

В мире сложилось международное разделение труда — своего рода экосистема, в которую входят сотни поставщиков из разных стран. Многие предприятия занимают монопольную позицию. Так, практически все производители интегральных микросхем покупают фотолитографические установки у голландской компании ASML. Серьезный сбой в цепи вызвала недавняя остановка из-за ужесточения экологических требований завода компании 3М в Бельгии: он обеспечивал до 80 процентов мировой потребности в охлаждающей жидкости для травления кремниевых пластин.

Несомненных лидеров в производстве конечной продукции — микросхем и процессоров — в мире тоже всего три: тайваньская TSMC, корейская Samsung Electronics и американская Intel.

«Создание чипов с разрешением 9-15 нанометров обеспечивается ресурсами и разработками практически всего мира. Для этого нужны инертные газы сверхвысокой степени очистки, монокристаллический кремний, соответствующие лазерные источники и технологии высокоточного позиционирования, оборудование для технического контроля и многое другое, — рассказывает доцент кафедры автоматики и телемеханики Пермского политехнического института, кандидат технических наук Игорь Безукладников. — Ни у одной страны нет всего необходимого. Хотя чисто теоретически, если не брать во внимание экономическую составляющую, организовать полный цикл производства чипов в отдельно взятом государстве технически возможно, но не за короткий срок».

Число фабрик — производителей микросхем и их технологический уровень

Ближе всего к решению этой задачи подошел Китай, который еще 20 лет назад взял курс на импортозамещение в сфере микроэлектроники. Сегодня китайская фабрика SMIC, несмотря на огромные инвестиции, дошла только до технологического уровня 14 нанометров, которого ведущие производители достигли в 2015-м. Для сравнения: тайваньской TSMC, основанной в 1987-м, потребовалось 30 лет, чтобы догнать лидеров. Сейчас компания владеет технологиями производства микросхем с нормами от 90 до пяти нанометров.

Параметры в нанометрах — условный технологический показатель. Чем меньше его значение, тем компактнее и производительнее микросхема и тем больше функций она может выполнять.

Повышение уровня технологических норм в производстве микрочипов. Круги справа — условное соотношение размеров элементов микросхем

Отечественный потенциал

Из советского наследия в области микроэлектроники потеряно не все. В России действует производство микросхем с проектными нормами 90 нанометров, есть разработки для 65 нанометров. Если говорить о потребительской электронике, то это уровень процессоров 2005-2008 годов. Такие чипы не подходят для современных смартфонов и персональных компьютеров, но их вполне достаточно для бытовой техники, автомобилей, силовых установок, промышленного оборудования, а также для решения большинства прикладных вопросов в оборонной и космической отраслях.

В 1992-м на базе Института точной механики и вычислительной техники создали «Московский центр SPARC-технологий» (МЦСТ). Он работает до сих пор: проектирует универсальные микропроцессоры, используемые в российских компьютерах «Эльбрус», вычислительные комплексы и операционные системы. Еще один лидер российской микроэлектроники, «Байкал Электроникс», разрабатывает процессоры Baikal и программное обеспечение к ним.

Теперь из-за санкций у обеих компаний проблемы с поставками чипов. Производство полупроводниковых пластин уровня 90 и 65 нанометров организовали на заводах «Микрон» и «Ангстрем» в Зеленограде, но пластины по норме 28 нанометров и выше заказывали на Тайване у фирмы TSMC. Теперь канал закрыт. Кроме того, действует прямой запрет на поставку в Россию и оборудования для создания микросхем.

«Ведущие российские предприятия освоили и умело эксплуатируют зарубежные технологические линейки, выпуская качественную продукцию, в том числе микропроцессоры, — отмечает профессор кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС», доктор технических наук Петр Лагов. — Проблема в том, что зарубежные компании не продают свои новейшие разработки, то, что у нас вводят в эксплуатацию, как правило, на два-три поколения отстает от ведущих иностранных образцов. А отечественное оборудование уже лет тридцать вообще не производят».

Производство полупроводниковых пластин на заводе «Микрон» в Зеленограде

По мнению ученого, для возрождения микроэлектроники в России необходимо действовать сразу в нескольких направлениях. В первую очередь создать собственные средства производства.

«Сейчас открываются огромные перспективы в области точного микроэлектронного машиностроения. Его надо постепенно восстанавливать, начиная с относительно простых вещей и вплоть до передовых литографических комплексов на базе жесткого ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения, а также оборудования ионного легирования в широком диапазоне энергий», — отмечает Петр Лагов.

Еще одно направление — организация производства качественных полупроводниковых пластин для микросхем. В России уже делают кремниевые, правда, пока в небольших количествах и только диаметром 200 миллиметров. А для современных чипов нужно 300.

«Основная задача — в их прецизионной механической обработке: резке, шлифовке и полировке, — продолжает профессор. — Для пластин до 150 миллиметров есть закупленное раньше импортное оборудование, для тех, что больше двухсот, — нет».

Еще одна проблема — высокочистый монокристаллический кремний, сырье для производства пластин.

«Мы умеем хорошо выращивать кремний для солнечной энергетики. Если поставят конкретные задачи и выделят финансирование, получим и электронный», — уверен руководитель направления ОКБ «Астрон», эксперт Комиссии по научно-техническому развитию при правительстве России Аркадий Наумов.

Две стратегии: догонять или углублять

Однако исполнительный директор Ассоциации разработчиков и производителей электроники (АРПЭ) Иван Покровский считает, что «импортозаместить» кремний, как и прочие элементы производства, в обозримом будущем невозможно. Это потребует времени и серьезных затрат. Вместо стратегии догоняющего развития, которую выбрал Китай, он предлагает российским производителям искать собственную нишу.

«Китай воспользовался трендом глобализации и стал «мировой фабрикой». Россия таким путем пойти не может, и условия сейчас другие, — объясняет Покровский. — Полностью закрыть свои внутренние потребности невозможно, даже если пустить весь бюджет только на решение этой задачи. В электронике двадцать одно технологическое направление. И каждое требует вложений от одного до десятков миллиардов долларов в год. Такой объем инвестиций нужен для поддержания технологий на уровне глобальных корпораций. Внешняя зависимость все равно сохранится. Поэтому правильнее стремиться не к самодостаточности, а к повышению устойчивости к тому, чтобы диверсифицировать риски, иметь возможность управлять ими».

По мнению эксперта, создав собственную фабрику чипов, Россия попадет в еще более жесткую технологическую зависимость от зарубежных поставщиков материалов, оборудования, запчастей к нему, средств проектирования и библиотек IР-блоков.

«Нужно кооперироваться с дружественными странами, внедрять стандарты, которые обеспечат совместимость разных решений в оборудовании, — рассуждает Покровский. — Правильнее было бы сейчас всеми силами поддерживать китайский проект SMIC. А самим думать, чем мы можем дополнить китайцев, какую нишу занять в глобальной цепочке полупроводниковой продукции. Даже на том технологическом уровне, который сейчас освоен в России, есть много перспективных направлений. Если говорить о «Микроне», это производство микроконтроллеров — относительно простых логических микросхем, которые не требуют предельных топологических норм. По мере того как крупные корпорации переносят фокус на более современные нормы, возникает определенный вакуум предложения в рядовых технологиях. Конкуренция в этих областях падает, и они могут стать достаточно маржинальными».

Еще один вариант — работа с широкозонными полупроводниками из группы А3В5. Не кремнием, а, например, арсенидом галлия. Такие материалы нужны для производства силовых полупроводников, очень востребованных в связи с развитием электротранспорта, альтернативной энергетики, СВЧ-электроники, оптоэлектроники, радиосвязи стандарта 5G и 6G. У России здесь исторически сильные наработки.

План развития

План создания в стране собственного производства радиоэлектроники сейчас обсуждают в правительстве. Речь идет о запуске до конца 2022-го создания микросхем по 90-нанометровому техпроцессу. Американская Intel выпускала процессоры такого уровня 19 лет назад.

К 2024-му собираются завершить программу импортозамещения в электронном машиностроении, а к 2030-му сформировать «продуктовый портфель российских технологий» и выйти на уровень 28 нанометров, освоенный мировыми лидерами десять лет назад. Параллельно планируют развивать инфраструктуру, способствовать повышению спроса на отечественную электронную продукцию и растить кадры.

Несмотря на то что в мире сегодня самыми современными считаются четырехнанометровые процессоры, а ведущие компании готовятся к переходу на уровень трех и даже двух нанометров, объявленный правительством план большинству экспертов кажется «крайне амбициозным». По их мнению, его реализация во многом зависит от поддержки зарубежных партнеров, прежде всего Китая.