Ну, коль уж пошла такая пьянка с успехами российской науки и промышленности в последние годы, причём не только в военной области, но и, наконец, в областях двойного и гражданского назначения (беспилотные системы, вакцины, газовые турбины, самолёт МС-21, авиационный двигатель ПД-14 и не только он, ракеты Ангара, спутники ГЛОНАСС-К с 95% отечественной элементной базой, самый мощный в мире нейтронный реактор ПИК, масса научных судов, ледоколов, грузовых судов, плавучая атомная электростанция и т.д. и т.п.), я позволю себе порассуждать также и других амбициозных вещах. Например, о самостоятельном производстве современных процессоров.
Считается, что России не дано тягаться с остальным миром в микроэлектронике, и на сегодняшний день эта точка зрения вполне себе подтверждается тем, что свои восьмиядерные процессоры Эльбрус-8СВ мы производим на тайваньской фабрике TSMC, причём по нормам относительно старого техпроцесса 28 нм, а новый шестнадцатиядерный процессор Эльбрус-16С предполагается произвести в 2021 году там же по нормам 16 нм. Вместе с тем, первые инженерные образцы перспективного тридцатидвухядерного процессора Эльбрус-32С, выполненного по нормам 7 нм, планируется получить к 2025 году и, вероятно, всё на той же фабрике.
А что в России?
Сегодня Россия самостоятельно может выпускать процессоры по нормам не менее 65 нм (завод «Микрон»). Оборудование, естественно, зарубежное. Своего оборудования у нас нет. Что уж говорить о более высоких техпроцессах.
А что в мире?
Сегодня для выпуска процессоров по нормам 7 нм и меньше используется специальное очень дорогое оборудование, которое выпускает только одна компания — нидерландская ASML. Сложность заключается в генерации и свойствах электромагнитного излучения необходимой длины волны, которое проецирует топологию процессора на подложку через маску в процессе фотолитографии.
Ранее для этого применялось электромагнитное излучение длиной волны 248, 193 и экспериментально 157 нм (DUV, глубокий ультрафиолет). Максимальное разрешение, достигаемое при использовании «глубокого» ультрафиолета, составляет 50-60 нм. Использование мультипаттернинга (несколько последовательных операций литографии и травления) позволяет добиться разрешения и до 10 нм. Для экспонирования используются линзы и жидкость в качестве среды.
Сегодня в установках ASML применяется излучение длиной волны 13,5 нм (EUV, экстремальный или сверхжёсткий ультрафиолет). Эта длина волны находится уже на границе с рентгеновским излучением. Для экспонирования используются не линзы, а зеркала, и вакуум в качестве среды, поскольку для сверхжёсткого ультрафиолета линзы, воздух и жидкости являются непрозрачными материалами.
Новая технология ощутимо дороже предшествующей. Её разработку финансировали ведущие разработчики процессоров и памяти разных стран. По некоторым оценкам, стоимость самостоятельной разработки оборудования для EUV-литографии на сегодняшний день составляет порядка 100 миллиардов рублей и около 10 лет (если с нуля), что много для бизнеса, но вполне подъёмно для государства. Конечно, есть проблемы в виде отсутствия элементной базы, что ещё, видимо, добавит стоимости и времени, но зато расширит сферу компетенций и подготовит почву для следующего этапа, скажем, для электронной литографии.
Но в статьях десятилетней давности доминировала точка зрения, что «поскольку в России нет необходимости освоения массового производства процессоров по нормам 22 нм и ниже, EUV-сканеры собственной разработки ей не нужны». Точка. Просто умилительно. Как всегда, они думают только про сегодня, хотя выхлоп от вложений ожидается через десятилетие. Где логика? Нам уже сегодня нужно массовое производство процессоров по современным нормам в рамках импортозамещения, так почему мы не начали активное финансирование этих направлений 10 лет назад?
Какие сегодня есть варианты?
Стоит ли сейчас начинать собственную разработку EUV-сканеров? В принципе, ещё не поздно. Технология только-только начинает массово применяться. У России есть шанс быть если не в лидерах, то хотя бы в числе стран, которым доступно производство процессоров вне зависимости от санкций. Поскольку технология только-только внедряется, она ещё будет актуальной в течение ближайших 10-15 лет.
Кроме того, в России есть серьёзные заделы для этого. По информации ещё от 2012-го года, разработкой оптической системы и ее элементов для фотолитографических установок, работающих на длине волны 13,5 нм, и прототипа самой установки занимается в Институте физики микроструктур (ИМФ) РАН в Нижнем Новгороде член-корреспондент РАН Николай Салащенко. На сегодняшний день институт занимает одно из лидирующих мест в мире в рентгенооптике. Так что один из ключевых компонентов, зеркала, у нас фактически есть. Тем более, что они уже (неожиданно) разрабатывали их для ASML.
Источник излучения создается под руководством ведущего научного сотрудника Константина Кошелева в Институте спектроскопии (ИСАН) РАН в подмосковном Троицке. Они тоже разрабатывали источник излучения в интересах ASML (столь же неожиданно, правда?). Так что и здесь всё очень даже неплохо.
Сверхточными системами позиционирования, которые можно использовать и в фотолитографических установках, занимается «Лаборатория «Амфора» в Москве. Задел тоже есть.
Вместе с тем, очевидно, что эта технология уже находится на грани физических возможностей. Именно поэтому она настолько дорогая. Для неё нужны мощные лазеры для излучения необходимой длины волны и очень ровные зеркала. Поэтому, вряд ли следующий шаг будет осуществлён банальным увеличением частоты лазера, поскольку сделать ещё более гладкие зеркала за приемлемые деньги практически не представляется возможным.
Поэтому имеет смысл уже сегодня начать разработку следующей технологии, и не слушать всяких там умников, для которых, видимо, не имеет смысла вообще ничего делать.
Что у нас в перспективе?
А в перспективе всё тот же Институт физики микроструктур (ИМФ) РАН в Нижнем Новгороде. Поскольку технология производства EUV-сканеров для фотолитографии от ASML окупается только при выпуске чипов в количествах, реализовать которое можно только при глобальном рынке, что для России пока недоступно, они разрабатывают более дешёвую установку безмасочной литографии. Эта технология не требует фотошаблонов, а формируемая на подложке топология получается путем непосредственной засветки околорентгеновским (а в перспективе и электронным) лучом. По приблизительным расчётам, при должном усердии и финансировании установка должна получиться дешевле на порядок.
Ключевым звеном в этой технологии является микрооптическая электромеханическая система — МОЭМС, которая используется для управления лучами с помощью микрозеркал. МОЭМС разрабатывается в России совместным с Нидерландами предприятием «Маппер». Так что это звено в России уже есть. Размер зеркала у серийно выпускаемых МОЭМС составляет около 10×10 мкм, хотя они пока не умеют отражать нужную длину волны. Но теоретически, при таком размере и при использовании околорентгеновского излучения с длиной волны 13,5 нм и меньше становится достижимым разрешение системы на уровне нескольких нанометров, как у самых современных установок EUV-фотолитографии. Также, возможно создать МОЭМС с размерами зеркал 4 мкм.
Так что перспективы очевидны, я бы даже сказал, вполне надёжны, находятся не на нулевом этапе, и нужно лишь достаточное финансирование для достижения результата.
Так что всё же не настолько плохо у нас обстоят дела с процессорами, как нас в этом уверяют унылые оппозиционеры, и распространение компьютеров на базе выпущенных в России отечественных процессоров не за горами :-) Но финансирование таких проектов должно срочно увеличиваться!
А вы что думаете по этому поводу? Пишите свои мнения в комментариях, ставьте лайки, подписывайтесь на канал. Удачи!