СССР и лидерство в сфере ЭВМ
В 1946 году в США широкой общественности был представлен первый в мире цифровой вычислитель (компьютер) ЭНИАК. Громадная махина весом в 27 тонн, состоящая из 17 468 электронных ламп. Для всего человечества это был невероятной величины прорыв, но сложностей с первым компьютером было много.
Устройство могло проработать не более 20 часов подряд, а каждую неделю в нем обязательно выходили из строя 2−3 лампы, на поиски и замену которых уходило немало времени. Из-за этого компьютеру давали на обработку относительно короткие вычисления.
В СССР первые разработки электронных вычислительных машин начались примерно в то же время, аналогично на электровакуумных лампах (полный список ЭВМ соцлагеря). Но в 1951 произошло знаковое событие — был полностью завершен и отлажен первый в мире компьютер, логические схемы которого базировались на полупроводниках.
Первая модель М-1, собранная на диодных полупроводниках, полученных в качестве репараций от Германии, оказалась очень надежной и экономной. Полупроводники не требовали предварительного нагрева в отличие от ламп, дольше служили, и более чем в 20 раз меньше расходовали энергии. М-1 потреблял всего 8 кВт против 174 кВт у ЭНИАКа, а ввиду компактности диодов, советская ЭВМ занимала всего 4 м2.
Начало конца — в роли догоняющего
Несмотря на очень бодрый старт, к началу 70-х годов прошлого века СССР утратил свое преимущество. К тому времени на Западе начали появляться первые микропроцессоры, а точнее — системы на кристалле (SoC). У нас компоненты процессоров все еще собирали по отдельности.
Одновременно изменилась и тактика гонки технологий СССР по отношению к странам западного блока. Советский Союз эпохи Брежнева решил, что проще и дешевле покупать технологии, чем производить их самостоятельно. Именно поэтому в СССР начали копировать чипы Intel и IBM, а не создавать экземпляры на собственной уникальной архитектуре.
Так Советский Союз превратился из лидера в догоняющего, поскольку все клоны иностранных процессоров к моменту их выхода на отечественном рынке уже являлись устаревшими. После развала социалистического лагеря ситуация с микрочипами в России только ухудшилась. В 90-е годы бизнес не горел желанием вкладываться в развитие отечественной микроэлектроники, зато активно занимался продажей готовых зарубежных решений.
Российская микроэлектроника
Полностью отказаться от отечественного производства микрочипов РФ не смогла, ведь собственные процессоры — это в первую очередь безопасность государства. Поэтому в 1992 году в РФ заработало АО «МЦСТ», разрабатывающее универсальные микрокомплексы и ЦП на базе собственной архитектуры «Эльбрус», а в 2012 году появилась компания «Байкал Электроникс». Последняя является бесфабричной организацией, проектирующей микросхемы на архитектурах MIPS и ARM. Продукция обоих брендов крайне важна для России, поскольку обеспечивает безопасность госаппарата и военной промышленности
Стоит понимать, что озвученные производители чипов — это лидеры отечественного рынка микроэлектроники, в той или иной степени являющиеся аналогами Intel и AMD. Всего в России существует около 55 дизайн-центров чипов:
- НИИСИ — MIPS-процессоры, преимуществом которых является радиационная устойчивость и высокая производительность микроархитектуры;
- НПО «ЭЛВИС» — процессоры «Мультикор», используемые в космической отрасли, а также VIP-1 в умных камерах;
- «Миландр» — микроконтроллеры и ЦП, предназначенные для суровых условий эксплуатации;
- НТЦ «Модуль» — микропроцессорные решения для цифрового телевидения, авиации и космоса;
- «МОТИВ» — нейроморфный процессор «Алтай» для компьютерного зрения, робототехники и центров обработки данных.
С другими участниками рынка микроэлектроники РФ можно ознакомиться тут, а мы более подробно остановимся на МЦСТ и «Байкал Электроникс». Что ждет компании и будет ли развитие технологий в условиях санкций.
Микрочипы России — сложности производства
Ни одна страна в мире пока не способна собственными силами создать чип от начала и до конца с техпроцессом ниже 90 нм — Россия не исключение. Это крайне сложно и дорого, поскольку необходим большой рынок сбыта (для конкурентной цены), производственное оборудование, высококвалифицированный персонал, а также сырье, материалы и расходники. Например, на долю Украины приходилось до 50% от мирового объема неонового газа, без которого невозможно изготовление микросхем. Прекращение поставок газа украинскими компаниями «Крионин» и «Ингаз» в недалеком будущем грозит небывалым дефицитом полупроводников.
В условиях глобализации сделать суверенное производство микропроцессоров невозможно. По крайней мере сейчас: если всерьез взяться за решение вопроса, на это уйдет не один десяток лет, причем даже при самом лучшем раскладе РФ останется в роли догоняющего. Объясняется это тем, что новые технологии коллективный Запад разрабатывает совместными усилиями, а это огромное количество ученых, инженеров и других «светлых» умов. Российские же ученые из-за санкций остались один на один — еще в марте отечественные специалисты потеряли 97,5% иностранных научных баз данных. Теперь новейшие разработки и открытия Запада для нас недоступны.
Монополии на технологии
Что говорить об МЦСТ и «Байкале», если даже мировые лидеры по производству чипов стоят в очереди за установками EUV (Extreme ultraviolet lithography). Данное оборудование в количестве нескольких штук в год производит всего одна компания — нидерландская ASML. Аналогов EUV по производству микросхем нет, а разработать нечто подобное с нуля — считай, на грани фантастики. ASML потратили на EUV 15 лет и до 21 млрд долларов — технология фотолитографии в глубоком ультрафиолете дает возможность создавать чипы с техпроцессом в 3 нм.
Согласно «Стратегии развития электронной промышленности РФ на период до 2030 г.», отечественные чипмейкеры освоят техпроцесс в 7−5 нм только к 2030 году. Но это были планы до 24 февраля 2022 года. После начала СВО и международной изоляции, правительство изменило концепцию нацпроекта. Теперь к 2030 году планируется освоить лишь 28 нм, техпроцесс, который зарубежные IT-компании прошли еще 10 лет назад.
Отечественный потенциал и санкции
Своими силами Россия способна производить полупроводниковые пластины с техпроцессом 90 нм. Соответствующие мощности есть как на заводе «Микрон», так и «Ангстрем» в Зеленограде. Запустить отечественное 90-нанометровое производство (TSMC, Samsung и другие освоили его почти 20 лет назад) планируется уже к концу этого года, а 28 нм к 2030. На реализацию проекта будет потрачено как минимум 3,2 трлн рублей — уже к 2024 году власти хотят импортозаместить 100% электронного машиностроения.
Уже в нынешнем году заработает программа по реинжинирингу зарубежных продуктов с последующим переносом их производства в Россию и КНР.
Одновременно заявляется и желание властей к концу десятилетия увеличить количество дизайн-центров микрочипов до 300 единиц. К 2030 году в России на отечественный продукт перейдет минимум 30% домохозяйств, но пока это планы.
Сами же участники рынка говорят, что осуществить задуманное крайне сложно, практически невозможно. Основной проблемой является как раз не финансирование (хотя и его недостаточно), а кадры: опытных специалистов необходимо около 50 000 человек, а на их подготовку потребуется минимум 8 лет. То есть, чтобы к 2030 году получить высококвалифицированный персонал, 50 000 человек должны поступить в соответствующие вузы не позднее 2022 года и успешно окончить обучение.
Удушающие санкции
Планы и амбиции государства — это хорошо, но вернемся к дню сегодняшнему. Что сейчас происходит с отечественной микроэлектроникой, в особенности с чипами «Эльбрус» и «Байкал»? Спойлер: ничего хорошего.
Поскольку ничего продвинутее 90 нм нам сейчас не доступно, выпуск новых «Эльбрусов» и «Байкалов» невозможен. Эти процессоры для России производила всего одна компания — TSMC, — а ввиду санкций, производство новых и отгрузка старых процессоров с Тайваня прекратились.
Кроме того, «Эльбрус Электроникс» ввиду разработки чипсетов на британской архитектуре ARM после введенных санкций и вовсе потеряла возможность разрабатывать новые процессоры. Теперь компания осталась не только без мощностей TSMC, но и потеряла лицензию на создание новых решений с техпроцессом менее 16 нм (касается уже находящихся в разработке Baikal M2, Baikal L, Baikal S2).
Все плохо или есть лазейки?
Потеря TSMC — удар больной, но это не единственный производитель микросхем в мире. Конечно, перейти на мощности UMC, Global Foundries или Foxconn не получится из-за все тех же санкций, но есть и дружественные компании из Китая. Например, гиганты вроде SMIC и Huawei, также находящиеся под гнетом США. Есть и другие, менее известные фабрики, поэтому отыскать нового производителя микросхем для отечественных «Байкал Электроникс» и МЦСТ можно. Об этом говорит исполнительный директор РосСХД Олег Изумрудов, но с оговоркой, что перенос производства с TSMC в Китай займет как минимум 1 год.
При этом с «Байкалом» ситуация чуть сложнее. Из-за отсутствия лицензии со стороны ARM, компании придется либо разрабатывать новые процессоры на открытых архитектурах RISK V, MIPS, VLIW, либо уговаривать фабрики нарушать патентное право ARM. Второй вариант маловероятен, а вот перейти на открытую архитектуру можно, но на это потребуются дополнительные вливания денег (до 1 млрд рублей) и минимум 2−3 года разработок. Сложно, но иного выхода сейчас нет.
В итоге
Как видно, у России в области собственной микроэлектроники проблем целый вагон и маленькая тележка. Однако правительство пытается найти решения проблемы, ведь без «Эльбруса» невозможна информационная безопасность в работе оборонно-промышленного комплекса и госсектора. Но построить заводы, обучить персонал, наладить поставку сырья сейчас нереально, а значит, без помощи Китая никак не обойтись.
При этом важно не провалить импортозамещение, чтобы в 2030 году снова не слышать заявления от главы Национального антикоррупционного комитета, что ничего не выполнено. Чтобы Россия получила хоть какое-то более или менее суверенное процессорное производство, а не просто пересела на китайскую «иглу».