Российские полупроводники: в будущее с надеждой

Предыстория

Современный этап развития российской электронной промышленности принято отсчитывать с 2005 года. Самый первый – "советский" период зарождения, становления и существования, закончившийся в 1990 году, характеризуется использованием для гражданских и военных приложений исключительно отечественной полупроводниковой элементной базы, от простых компонентов до сложнейших полупроводниковых микросхем и сверхбольших интегральных схем (СБИС). Ориентированность на госзаказ, преимущество военных заказов перед гражданскими, и, как следствие, отсутствие конкуренции, всё это, без сомнения, привело к тому что заявка на лидерство СССР в области производства электроники со временем сошла на нет, даже несмотря на могучий потенциал учёных и разработчиков. Период с 1990 по 2005 год ничем иным как попыткой выжить на развалинах назвать нельзя. Ранние надежды на объединение научного потенциала страны с развитыми производственными технологиями Запада оказались тщетны. Пока мировые лидеры полупроводниковой отрасли - США, Япония, ЕС, Тайвань и Южная Корея, лишь набирали темпы, доля России сократилась до мизерных 0,23% мирового рынка полупроводников. Технологический разрыв с ведущими производствами за эти 15 лет вырос до 4 технологических поколений, то есть, к уже имевшемуся отставанию добавились минимум 15-18 лет. Применение завозных компонентов в российской промышленности выросло к 2005 году до 95%. Самое во всей этой истории неприглядное, что доля зарубежных компонентов для российских армейских нужд к 2005 перевалила за 65%, а доля импортных процессоров 90%, и это для рынка военных и спецприложений, составившего к 2005 году 7,5 млрд рублей! На рынке гражданских приложений соотношение импортных и отечественных процессоров и вовсе составило 96% и 4%. К этому времени в стране уцелело лишь несколько десятков центров, занимавшихся разработкой, и только два предприятия – Микрон и Ангстрем, способных выпускать, главным образом, продукцию с соблюдением норм техпроцесса от 0,25 мкм и грубее. Внедрение оборудования с нормами порядка 0,18 мкм (например, выпуск EEPROM предприятием "Микрон" концерна "Ситроникс") и по сей день является редким событием. И это в то время как мировые полупроводниковые компании массово осваивают 32-нм техпроцесс и успешно экспериментируют с 22-нм нормами. Большинство тех, кто был способен сдвинуть ситуацию с мёртвой точки, от безденежья и бесперспективности подались за кордон, где достаточно успешно работают и преподают. Почему случилось именно так а не иначе? Прежде всего надо отметить тот факт, что в современном мире, где безубыточны (и то не всегда) лишь полупроводниковые производства с миллионными партиями изделий, российское производство попросту не выдержало конкуренции. Гибкость и скорость перепрофилирования линии на выпуск новой продукции, контроль выходного качества, готовность к выпуску любых тиражей продукции – всё это не о российском производстве, достаточно закрытом и традиционно ориентированном лишь на малые тиражи военно-космической электроники. Второй немаловажный вопрос – кадровый. В то время как разработчики всего мира ездят учиться в лучшие учебные заведения, встречаются на различных форумах, обмениваются информацией и от того более успешно конкурируют, оснащение российских вузов зачастую оставляет желать лучшего, да и выпускники, несмотря на высокий профессиональный уровень, не всегда готовы для общения на английском языке даже в профильных рамках. Со временем влияние этого негативного фактора, конечно же, уменьшается, но пока что он в силе. В деле развития современного производства очень важна поддержка отечественного производителя на уровне правительства и законодательства. Именно правительства многих стран являются мощнейшими лоббистами интересов своих производителей за рубежом, именно законодатели стараются убрать любые таможенные и налоговые препоны для получения инвестиций, роста занятости в IT-сфере, сертификации и сбыта готовой продукции. И в этом плане ситуация в России, увы, достаточно долго оставалась в плачевном состоянии. Даже крупные иностранные компании, с удовольствием привлекая местные кадры для работы в своих российских научно-исследовательских филиалах, стараются переносить сюда лишь производства сборочного цикла. Можно сколько угодно пенять на суровые погодные условия, дескать, производство в тёплых странах менее затратное, но по большому счёту, дело не только в этом. Наконец, один из главнейших вопросов – миллиардные инвестиции, без которых немыслимо развёртывание современного производства. Здесь всё понятно и без моих комментариев: во времена "бурных 90-х" инвестировать в проект, сулящий сомнительную прибыль лишь через 5 лет, означало попросту закопать деньги в землю. Даже сейчас, когда времена "дикого капитализма", казалось бы, уже позади, редко кто отваживается вкладывать значительные суммы в проекты с долговременной окупаемостью. Плюс, см. пункт предыдущий: инвестиционный климат.

Нужен ли сегодня России собственный 32-нм процессор?

Рискуя навлечь на свою голову гнев ура-патриотов и поклонников процессорных холиваров, всё же отрицательно отвечу на выведенный в заголовок вопрос. Точнее, так: собственный супер-мега-производительный отечественный процессор с уникальной отечественной архитектурой, выполненный на отечественном предприятии по самым современным производственным нормам и рвущий в клочья зарубежных конкурентов России, по моему мнению, сегодня не нужен. Ибо задайся сегодня такой целью какая-нибудь российская частная компания или, что ещё страшнее, правительство, им пришлось бы вбить просто неописуемо огромные суммы на исследования и разработку самого процессора, изыскания материалов и инструментов на постройку и запуск соответствующих производственных линий. Даже если не касаться кадровых вопросов для достижения этой цели, всё равно даже при самом щедром финансировании и всесторонней поддержке на создание этого мифического ура-процессора ушли бы годы. За это время весь мир, работающий, кстати, сообща, как раз успеет перешагнуть ещё несколько производственных поколений. Но предположим, такой процессор создан. Создан ценой многих триллионов рублей, выдранных с мясом из других отраслей, действительно нуждающихся в инвестициях в переоснащение производства. Понадобится ещё не один триллион рублей для создания "обвязки" этого чипа, и ещё море денег на запуск массового производства вычислительных систем на базе этой уникальной архитектуры, и это мы ещё не считали денег на написание/портирование всего софта, необходимого для работы полученного железа. Уже похоже на химеру, но доведём мысль до логического конца. Цветы, музыка, с конвейера съезжают новенькие компьютеры, где не только мониторы, но каждый болтик отечественного производства. Вложенные триллионы хорошо бы вернуть. Даже от сельскохозяйственных инвестиций ждут отдачи, тем более от хайтека. Указом сверху миллион-другой систем разойдётся по государственным компаниям, образовательным учреждениям, ещё несколько миллионов купят граждане. Дальше – стоп, машина, внутренние рынки сбыта кончились, внешних и не предполагалось, там и без того жёсткая конкуренция. В конце концов, может оказаться, что каждый такой компьютер изначально будет дешевле отлить из чистого золота. Так зачем же тогда заводить речь о возрождении отечественной электронной промышленности? Давайте подойдём к вопросу с другой стороны. Сегодня существует огромный рынок смарт-карт, применяемых где угодно – в электронных загранпаспортах, в новых водительских удостоверениях, в свидетельствах о регистрации транспортных средств, банковских и социальных картах, SIM-картах для мобильников. Или ещё более массовый пример - чипы RFID (радиочастотных идентификационных) меток, применяемые сегодня везде: в магазинах и больницах, на заводах и складах; да что там говорить – даже в бесконтактных транспортных картах для проезда в метро! Потребность в таких чипах только в России исчисляется сотнями тысяч и миллионами штук в год. Для примера: потребность России в чипах для электронных паспортов составляет примерно 2-4 млн в год, что, согласно оценкам экспертов, при цене порядка $7 за чип даёт заказов на $6-16 млн. Производство чипов для бесконтактных транспортных билетов уже сейчас даёт ещё большую загрузку, а ведь дальше число и масштабы таких заказов будут только увеличиваться. Следующий, весьма красноречивый пример – грядущий и неминуемый переход России на полностью цифровое телевещание. Согласно концепции федеральной целевой программы "Развитие телерадиовещания в Российской Федерации", одобренной правительством РФ, окончательный переход телевидения исключительно на цифровое вещание должен закончиться в 2015 году. Возможно, из-за того что в России в этой области сделано ничтожно мало, кто-то бы и хотел отдалить срок окончательного сворачивания аналогового телевещания на более дальний срок. Не получится, ибо к 2015 году, согласно решению Международного союза электросвязи, во всём мире не останется аналогового ТВ, а это значит, что "отставшие" попросту будут мешать своей устарелой эфирной сеткой аналогового телевещания соседним странам, "набивающим" до дюжины цифровых каналов в спектр одного аналогового. А соседи как раз не дремлют – в Европе, Китае, Японии, Корее, Монголии продвижение телевизионной цифры идёт гораздо быстрее российского; США так и вовсе в целом закончили эту процедуру ещё летом. Помимо разрешения организационных вопросов телевещателей – государственный ли оператор (операторы) будет осуществлять покрытие страны, или частные, или это будет совместный капитал, на повестке дня также остро стоит вопрос обеспечения населения телеприставками, позволяющими принимать цифровой сигнал, конвертировать, при необходимости записывать или просматривать его хоть на старом аналоговом телевизоре. Подход вроде "сначала подключаются богатые, и по мере роста популярности и снижения цен все остальные", применяемый операторами сотовой связи, здесь не подходит, ибо бесплатное телевещание обязано быть доступно самым малообеспеченным гражданам. Поэтому в разных странах государство выделяет различные типы дотаций на эту программу. Так, например, в США каждый житель получил компенсационный купон, позволявший ему почти за бесценок приобрести недорогую цифровую телевизионную приставку или более сложную с соответствующей доплатой. В других странах существуют планы попросту раздавать такие телеприставки. Как именно будет дотироваться переход на цифру в России, пока неясно (как и многое другое в этом вопросе), однако одно известно заранее и уже сейчас: телеприставок понадобится очень много. Смарт-карты, RFID метки и массовые цифровые телеприставки –простые примеры, где востребованы достаточно простые чипы миллионными партиями, которые совсем не требуют для производства применения суперсовременных технологических процессов и которые совершенно необязательно закупать за кордоном за валюту. И таких примеров, где массовый импорт вполне заменим отечественными чипами уже сейчас можно насчитать десятки и сотни. Многие задаются вопросом: а что же будет производиться в России на планируемых сейчас к закупке 45-нм – 65-нм производственных линиях, если такая фабрика может быть прибыльной лишь при загрузке, близкой к 100%? Вот вам ответ: всё выше перечисленное можно выпускать на отечественных предприятиях, оборудованных линиями с нормами 65 нм, 90 нм, 130 нм и даже 180 нм. Перечисленные выше чипы обладают двумя качествами, жизненно необходимыми для окупаемости современного полупроводникового производства – массовостью и постоянным на них спросом. В дополнение к этому хорошим подспорьем по загрузке предприятий станут отечественные же госзаказы – от чипов для навигации ГЛОНАСС до армейской электроники. Кстати, по словам замглавы Министерства промышленности и торговли РФ Юрия Борисова, ёмкость государственного сегмента рынка до 2011 года можно оценить примерно в 700 тысяч единиц устройств с поддержкой навигационной системы ГЛОНАСС. Есть ли смысл размещать такой заказ за рубежом или всё же лучше дома? Считайте сами. Пусть такие предприятия сначала заработают, что называется, переведут дух, выйдут на окупаемость и наконец соберут средства для дальнейших инвестиций в R&D и техническое переоснащение. Дальше ничто не помешает им осваивать самые современные техпроцессы, размещать у себя менее массовые отечественные и зарубежные заказы. То есть, двигаться в общем русле мировых тенденций полупроводниковой отрасли, и, вполне может быть, на первых ролях, почему бы и нет. Что-то подобное получилось с развитием китайской полупроводниковой промышленности – от простого к сложному. При постоянной всемерной поддержке государства, с применением самых разных форм сотрудничестве частного и государственного секторов. Чип Loongson, ранее носивший название Godson и даже Dragon, совместимый с инструкциями MIPS, но с собственной независимо созданной архитектурой, вполне успешно развивается силами государственного Института компьютерных технологий при Китайской Академии наук и частной компании BLX IC Design Corporation, а изготавливается и вовсе силами европейской ST Microelectronics. К настоящему моменту, благодаря портированию Linux и поддержке Windows CE, где только не применяются 32/64-битной чипы Loongson. Так, в Китае уже налажен выпуск недорогих ПК с чипом Loongson; есть даже несколько европейских проектов по выпуску субноутбуков на их основе. Вполне можно предположить, что независимая архитектура этого процессора является основой для электроники, разрабатываемой для нужд китайской армии. Главное в этом то, что всё делается без особой шумихи, с приложением разумных затрат, хотя уже сейчас чипы Godson-3 преодолели 1 ГГц рубеж частоты, достигли уровня 4-ядерного дизайна с более 400 млн транзисторов, поддерживают DDR2 DRAM, выпускаются с соблюдением норм 65-нм техпроцесса и, главное, обладают при этом TDP порядка 20 Вт. Надо ли гадать, будут ли у китайцев проблемы с выпуском десятков миллионов цифровых телеприставок, задумай они сделать это на собственных чипах? Вряд ли, ещё и на весь остальной мир с удовольствием сделают, были бы заказы. Сейчас у России есть свой отечественный универсальный 32/64-битный RISC-процессор МЦСТ-R500. Пусть в нём 50 млн транзисторов и его тактовая частота порядка 500 МГц, но для продолжения и успешного развития проекта этого более чем достаточно. Этот чип вполне может служить базой для собственных разработок для российской армии, а в перспективе может стать основой отечественных ноутбуков, коммуникаторов, мобильных систем GLONASS и других проектов. Не завтра и не сразу, но главное при этом – не грозиться кого-то "догнать и перегнать", и трезво оценивать свои силы. В завершающей стадии разработки находится 500 МГц VLIW процессор Эльбрус-S на 90 млн транзисторов с двумя интегрированными в кристалл контроллерами памяти DDR2 и возможностью исполнения двоичных кодов x86 посредством динамической компиляции, а также с аппаратной поддержкой защищённых вычислений. Этот чип с TDP порядка 10 Вт изначально будет производиться с соблюдением норм 90 нм техпроцесса. Наконец, на базе Эльбрус-S сейчас разрабатывается 4-ядерная "система-на-кристалле" МЦСТ-4R с общим интегрированным кэшем L2, контроллером когерентности, контроллером канала ввода-вывода, системным коммутатором и контроллерами межсистемного обмена. Этот чип будет обладать тактовыми частотами до 1 ГГц и изготавливаться с соблюдением норм 90-нм техпроцесса, но главное, его планируется использовать в переносных ПК, в терминалах радиоэлектронных и связных систем, передвижных и носимых комплексов аппаратуры; в терминалах контрольно-поверочной аппаратуры на технических позициях, а также в качестве устройства хранения и подготовки документов, связанных с эксплуатацией сложных комплексов; в качестве автоматизированных рабочих мест операторов для использования в качестве средств отображения, документирования выполняемой работы; в виде встраиваемых управляющих комплексов для решения задач обработки информации и управления работой специальных объектов в реальном масштабе времени; в виде мобильных отказоустойчивых серверов для построения автоматизированных систем специального назначения, в частности, АС органов управления. И это ещё не все хорошие новости. Если опытное производство МЦСТ-R500 с нормами 130 нм было в своё время "обкатано" на мощностях тайваньской компании TSMC, то новые процессоры уже с ноября 2009 планируется выпускать силами отечественной компании "Ангстрем". Что же касается создания собственных сверхпроизводительных вычислительных мощностей, то здесь никто сегодня не может обойтись без международной интеграции и сотрудничества, в чём нет ничего зазорного – именно сотрудничестве и конкуренции зиждется стремительный рост современной мировой электроники. И здесь есть хорошие новости. Отличным образцом международного сотрудничества служит российско-белорусский проект "СКИФ" по созданию высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой. Сейчас в сотрудничестве с компанией Intel проект перешёл в четвёртую фазу и развивается на базе процессоров Xeon, а список реализованных проектов включает в себя суперкомпьютеры СКИФ Cyberia в Томском государственном университете и "СКИФ МГУ" в МГУ им. Ломоносова. Среди перспективных заказчиков уже есть зарубежные компании из Европы.