В Москве запустили первый в России центр серийного производства фотонных
интегральных схем. Мало кто знает, но интегральные схемы отечественного
производства появились еще в 1960-х. Их создали ученые Зеленограда –
уникального научно-промышленного кластера, где зарождалась и развивалась
российская микроэлектроника.
Высокие технологии мирового уровня для промышленности, телекома,
космоса, медицины разрабатывают в Зеленограде и сегодня. Несмотря на
глобальные вызовы, в России умеют не только сохранять, но и приумножать
критически важные компетенции.
Как устроен чип
Для понимания наукоемкой истории Зеленограда нужно знать всего три слова: кремний, чип и нанометр.
Все начинается с кремния. Для микроэлектроники нужен кристаллический кремний исключительной чистоты — 99,9999999%. Его в Зеленограде научились создавать еще в 1960-х годах на заводе «Элма». Именно из таких пластин толщиной в полмиллиметра вырезают будущие процессоры.
Интегральная схема, или чип, — это «город» со всеми коммуникациями и дорогами, только уменьшенный в миллиарды раз. Вместо домов — транзисторы, вместо дорог — проводники, вместо систем жизнеобеспечения — электропитание и теплоотвод. Первые такие «города», созданные в Зеленограде, содержали десятки транзисторов, а современные
чипы содержат уже миллиарды.
Нанометр (нм) — это одна миллиардная часть метра. Например, толщина человеческого волоса равна около 80 000 нм. В микроэлектронике по этому показателю измеряют размер элементов чипа. Чем меньше нанометров, тем больше транзисторов помещается на чипе, тем он мощнее и энергоэффективнее.
Наноэволюция в Зеленограде
- 1960-е: 100 000 нм (100 микрон) — первые гибридные схемы
- 1980-е: 3000 нм (3 микрона) — процессоры для бытовой техники
- 2000-е: 350 нм — чипы для банковских карт
- 2010-е: 90 нм — процессоры для карт «Мир»
Рождение легенды: атомный проект микроэлектроники
В начале 1960-х руководство СССР сделало стратегическую ставку
на микроэлектронику. Уже в то время было понятно: будущее —
за вычислительной техникой, а ее основа — крошечные кремниевые чипы.
В 1962 году власти страны инициировали создание в Зеленограде
Центра микроэлектроники. Научное руководство проектом доверили
легендарному физику, трижды Герою Социалистического Труда Александру
Шокину. Он собрал команду энтузиастов, включая Филиппа Староса и Иосифа
Берга, которые предложили концепцию комплексного
научно-производственного центра.
В кратчайшие сроки в Зеленограде создали уникальный симбиоз науки
и производства, аналогов которому в стране не было. Среди подмосковных
лесов выросли институты микроэлектроники и электроники, а также
заводы-близнецы — «Микрон» и «Ангстрем». Первый занялся массовым производством интегральных схем, второй — специализированными разработками для оборонного комплекса.
Город стал могущественным форпостом технологического развития страны.
В 1965 году на предприятиях Центра микроэлектроники уже работало
несколько тысяч человек, было введено в строй 60 тыс. кв. м площадей.
Достижения первых десятилетий:
1965 — созданы первые в СССР гибридные интегральные схемы серии
«Тропа». Их использовали в полетах космических аппаратов на Луну,
Венеру, к комете Галлея, в управлении наземными системами,
в специализированных ЭВМ. Также их устанавливали в компьютеры,
телевизоры, радиоприемники, магнитофоны и другие устройства.
- 1967 — освоен серийный выпуск первой отечественной кремниевой
планарной технологии. Это основа микроэлектроники. Технология позволяет
изготавливать одновременно большое число идентичных дискретных приборов
или микросхем, что удешевляет их стоимость. - 1970 — выпущено 3,6 млн интегральных схем.
- 1980 — массовое производство 16-разрядных микропроцессоров.
Их использовали в системах управления баллистическими ракетами,
космическими аппаратами «Союз», спутниковой связи и противовоздушной
обороны.
Международная гонка технологий
В те годы, когда Зеленоград только начинал свой путь, мир уже стоял
на пороге технологической революции. В США и Японии кипела работа над
созданием первых интегральных схем. Правительства этих стран понимали:
будущее принадлежит тем, кто контролирует микроэлектронику. За границей
власти выделяли колоссальные средства на разработки, а между странами
началось технологическое сотрудничество.
Но для Советского Союза этот путь был закрыт. США создали специальный международный комитет, контролирующий все научно-технические и торгово-экономические взаимоотношения с СССР. Комитет разработал огромный свод правил, по которым СССР нельзя было продавать передовые технологии и изделия, технологическое и измерительное оборудование, материалы, высокоточные станки и т.д. Этот свод правил занимал около 250 страниц.
Поэтому в Зеленограде стали искать возможность создавать микросхемы и необходимое для их производства оборудование собственными
силами. Началась настоящая гонка технологий, где каждый выигрывал
за счет своих ресурсов.
Например, НИИТМ разрабатывал отечественное оборудование для фотолитографии — это важнейший процесс для производства чипов. НИИМЭ
создавал собственные технологические процессы производства микросхем.
А завод «Элион» производил специализированное технологическое
оборудование.
С одной стороны, отсутствие обмена международным опытом
действительно приводило к отставанию в темпах развития. С другой —
именно благодаря этому появился уникальный научно-производственный
комплекс полного цикла, где создавали конкурентоспособную продукцию. То,
что в других странах покупали или лицензировали, в Зеленограде делали
с нуля.
Испытание временем
Распад СССР стал тяжелейшим испытанием для зеленоградского кластера.
Единая кооперация с предприятиями союзных республик распалась, государственный заказ сократился на 80%, начался массовый отток специалистов в коммерческий сектор. Помимо этого, на рынок хлынула
дешевая импортная электроника. Казалось, эпоха микроэлектроники в Зеленограде заканчивается.
Однако именно в этот критический период проявилась уникальная способность кластера к адаптации. В 1991 году АО «НИИМЭ и Микрон» возглавил Геннадий Красников. В 1994-м предприятия были акционированы в единую компанию и начали активно осваивать гражданские рынки. В том же году началось производство смарт-карт для банковской системы, а к 1998-му были освоены технологии RFID.
Главным активом оказались не станки, а люди — уникальные инженерные и научные школы, сохраненные вопреки всем обстоятельствам. Это был период не упадка, а консолидации и поиска новых путей, заложивший основу для будущего рывка.
В 1990-х — начале 2000-х зеленоградские предприятия производили чипы для банковских карт Сбербанка, RFID-метки для транспортной системы Москвы,
микроконтроллеры для бытовой техники и компоненты для систем охранной
сигнализации.
Новое возрождение
В 2010-е был принят ряд документов по развитию электронной компонентной базы, запущена программа импортозамещения в критической
инфраструктуре.
В 2018 году на «Микроне» начали производить чипы для карты «Мир», через год создали процессоры для электронных паспортов, а в пандемию стали выпускать микросхемы для COVID-браслетов.
НИИМЭ и «Элвис» разрабатывали процессоры для критической
информационной инфраструктуры, телекоммуникационного и сетевого
оборудования. Была доказана жизнеспособность полного цикла —
от проектирования (САПР) и производства до тестирования и упаковки
чипа — внутри одной экосистемы.
Ключевые компании и разработчики сегодня
АО «Микрон» (входит в АФК «Система») — крупнейший в России и СНГ
производитель микроэлектроники. Освоил техпроцессы 180–90 нм, ведутся
работы по освоению 65–28 нм. Выпускает свыше 700 видов продукции,
ежегодно производит более 4 млрд микросхем.
МИЭТ — национальный исследовательский университет России,
специализируется на электронике, информационных и компьютерных
технологиях. Выпускает микропроцессоры, микроконтроллеры, кремниевые
конденсаторы, фотошаблоны.
ЭПИЭЛ производит эпитаксиальные структуры на основе кремния
и сапфира для различных полупроводниковых приборов. Это базовый материал
для микроэлектроники. Суть технологии в том, чтобы выращивать кристаллы
на подложке в определенном порядке и с нужной скоростью, этот процесс
и называется эпитаксией. Выпускает интегральные схемы, дискретные
силовые приборы и другие электронные компоненты.
Завод Компонент производит высокотехнологичные изделия локации
и связи для космической отрасли, микроэлектронную аппаратуру, печатные
платы на стеклотекстолитах и гибких шлейфах.
НПК «Технологический центр» занимается разработками в области
микро- и наноэлектроники, микро- и наносистемной техники, а также
приборов специального назначения на их основе.
Группа компаний «Ангстрем» — одно из ведущих в России
предприятий полного цикла по производству микросхем и силовых
полупроводниковых приборов. Освоены техпроцессы от 130 нм до 90 нм.
НПЦ «Элвис» — специализируется на разработке систем-на-кристалле
(СнК), сигнальных процессоров и решений для телекоммуникаций, сетевого
оборудования и интернета вещей (IoT).
«Миландр» — известен своими микроконтроллерами, в том числе
на ядрах ARM Cortex-M и RISC-V, для встраиваемых систем и промышленной
автоматизации.
Будущее Зеленограда определяется амбициозным, но реалистичным планом
по развитию микроэлектроники. Среди ключевых проектов — процессоры
«Эльбрус» для серверов и суперкомпьютеров, микроконтроллеры для
интернета вещей, сенсоры для умного города и компоненты для 5G-сетей.
Сегодня в Зеленограде начали развивать еще одно уникальное направление: здесь создается Московский центр фотоники. Основной продукцией компании станут фотонные интегральные схемы. Эта
продукция позволит повысить скорость передачи данных в 50–100 раз. Она
может применяться в телекоммуникациях, космической связи, биомедицине и
других высокотехнологичных отраслях.
Также Правительство Москвы совместно с ГК «Элемент» готовит к
открытию Московскую испытательную лабораторию микроэлектроники. Это
современный центр испытаний компонентной базы и химического анализа
материалов электроники, оснащенный передовым оборудованием.
История Зеленограда доказывает простую и мощную истину: настоящие
успехи рождаются не в гонке за чужими стандартами, а в кропотливой
работе по созданию собственной, глубокой и устойчивой экосистемы.
Перспективные технологии
Нейроморфные вычисления — разработка чипов, которые имитируют принципы работы человеческого мозга.
Энергонезависимая память — создание современных типов памяти,
которые сохраняют информацию без питания и потребляют мало энергии.
Квантовые вычисления — ведутся фундаментальные и прикладные
исследования в области квантовых материалов и технологий для создания
сверхмощных вычислительных систем будущего.
О технологиях, событиях и людях большого города читайте на сайте Москва промышленная.