Процессор «Эльбрус» — самая настоящая легенда российской микроэлектроники. Появившийся на стыке двух эпох: уходящей советской и наступившей российской, этот микропроцессор имел все основания стать основой итпортозамещения в области российских высоких технологий. И надо сказать, это у него почти получилось. Разрабатываемые компанией МЦСТ процессоры раз от разу становились всё более производительными, а самое главное — архитектура этих полупроводниковых устройств была самой что ни на есть отечественной.
Но в 2022 году заокеанские партнёры не постеснялись ввести в отношении МЦСТ санкции. Вследствие чего контрактный производитель российских процессоров, тайваньская компания TSMC, остановила производство и отказала в поставках в Россию даже готовых микросхем. Впрочем, это коснулось не только МЦСТ, но и других российских разработчиков, таких как НТЦ «Модуль» или «Байкал Электроникс».
Главная проблема, с которой столкнулся «Эльбрус», — отсутствие в стране производственных мощностей для изготовления передовых полупроводников. А разработанные компанией МЦСТ процессоры были именно такими. Наиболее известный серверный процессор «Эльбрус-8С» (1891ВМ10Я) производился на мощностях TSMC по достаточно современному техпроцессу 28 нм. Такое производство требует использования иммерсионных фотолитографических машин (ключевого оборудования в производстве микросхем).
Подобную технику в мире производят всего две компании: голландская ASML и японская Nikon. В Россию такие машины, разумеется, никогда не поставлялись. Впрочем, как и самые современные установки EUV (экстремального ультрафиолета). Американцы всегда жёстко контролировали поставки такой высокотехнологичной продукции. И хотя американские компании такую технику не производят, производители фотолитографов из Японии и Европы широко используют патенты, принадлежащие американским лабораториям и предприятиям.
Хорошо ещё, что нам в своё время получилось закупить комплексную производственную линию у франко-итальянской полупроводниковой компании STMicroelectronics, которая с 2012 года работает на зеленоградском заводе «Микрон». Однако фотолитографические машины ASML, входящие в состав этого комплекса, «печатают» чипы по техпроцессам 180 и 90 нм. На такой технике хорошо производить чипы для банковских и транспортных карт, а вот напечатать современный процессор, к сожалению, не получится.
В общем, начиная с 2016 года, МЦСТ поставил немало процессоров «Эльбрус-8С» отечественным компаниям. Надо сказать, что многие характеристики этого устройства для того времени выглядели вполне симпатично: 8 ядер, тактовая частота до 1300 МГц, аппаратная поддержка защищённых вычислений, динамическая трансляция кода (без перекомпиляции) для обеспечения совместимости с программами, написанными для процессоров на х86 архитектуре, то есть для Intel и AMD. На кристалле площадью 321 мм² размещался 2,73 млрд транзисторов.
В 2020 году был представлен первый инженерный образец 16-ядерного 2 ГГц процессора «Эльбрус-16С». Устройство было спроектировано под производство на 16 нм техпроцессе TSMC. К сожалению, производство и поставка в Россию этого процессора (с 12 млрд транзисторов) в наши дни оказалось также невозможным по описанным выше причинам.
Может ли подобные процессоры произвести соседний Китай? Теоретически да: всё необходимое оборудование у китайцев для этого есть (в основном западное), в том числе своевременно закупленные иммерсионные фотолитографы глубокого ультрафиолета (сейчас и для Китая на них ввели строгие ограничения). Захотят ли китайцы это делать? Вряд ли. Лишний раз ссориться с Западом и ставить под удар дальнейшие поставки оборудования китайцам не с руки.
Что же остаётся? Очевидное: произвести необходимое оборудование самим. Получится ли это сделать быстро? К сожалению, нет. У нас в стране сейчас в работе два основных направления по части фотолитографических машин. Первое возглавляет Зеленоградский нанотехнологический центр. Именно зеленоградцы совместно с коллегами из минского завода «Планар» порадовали нас в этом году первым 350 нм фотолитографом. Продолжаются работы над созданием более передовых, 130 и 90 нм машин. Однако опять же, произвести на такой технике хотя бы 28 нм микросхемы не получится.
Другим направлением, разработкой фотолитографов экстремального ультрафиолета (или мягких рентгеновских, как их иногда называют), занимается нижегородский Институт физики микроструктур (ИФМ) РАН. Ожидается создание опытной 28 нм установки примерно к 2030 году. Однако следует отметить, что работа эта очень и очень сложная. К тому же наши учёные идут не проторенной ASML дорожкой, а своим оригинальным путём. Если голландцы в своих машинах используют источник излучения на плазме олова с длиной волны 13,5 нм, то наши учёные работают над ксеноновым источником с длиной волны 11,2 нм. А это означает другие зеркала оптической системы и много чего ещё.
Будем надеяться, что всё получится. Однако путь от опытной установки до серийной также может занять не один год. Но как бы там ни было, это пока единственная разработка, которая обещает нам прямой путь к собственному производству 28-16-12 нм микросхем, а стало быть к собственным процессорам.
Что касается «Эльбруса»: нельзя забывать о том, что это ни больше ни меньше наше национальное достояние. Зададимся вопросом: сколько стран сумели разработать собственную проприетарную архитектуру процессоров? США, Великобритания и Россия (включая советское время). И это всё! Американский Intel разработал х86 архитектуру (точнее сказать развил изначальную разработку компании Computer Terminal Corporation, впрочем тоже американской) и архитектуру Itanium (совместно с HP), британский Arm создал свою одноимённую архитектуру, советские и российские инженеры, начиная с Института точной механики и вычислительной техники имени С. А. Лебедеваи заканчивая современным АО МЦСТ, создали «Эльбрус».
Ни европейцы, ни японцы, ни даже китайцы с их «Большими фондами» создать собственный центральный процессор так и не смогли. Хочется надеяться, что работа над отечественными процессорами будет продолжаться ускоренными темпами. Ведь те же фотолитографы нужны не сами по себе. Это инструмент реализации разработок проектировщиков полупроводниковых устройств. А для того, чтобы через несколько лет нам было что реализовывать, работать над отечественными процессорами и над созданием вокруг них соответствующей экосистемы нужно прямо сейчас.
❗ Для знатоков и любителей микроэлектроники, полупроводниковой промышленности и фотолитографии: заходите в премиум-раздел канала «Фотолитограф».