Эксперт о развитии национальной и мировой отрасли микроэлектроники

Национальная и экономическая безопасность страны во многом зависит от способности генерировать собственные разработки полного цикла в микроэлектронике

Технологическую конкуренцию (или противостояние) выигрывает самый быстрый и точный. Та страна, которая обладает вычислительными мощностями и алгоритмами. Именно они позволяют быстрее других разрабатывать более совершенную продукцию, моделировать развитие рынков, социума, а сегодня уже и прогнозировать поведение людей… Словом, на коне будет тот, кто обладает полным циклом компетенций в микроэлектронике и смежных науках. Эти технологии нельзя купить, их можно только произвести своими, национальными силами. Либо в сотрудничестве с очень близкими партнерами. Лидерство не продается. Его можно лишь завоевать. В данном случае — своим интеллектом. О развитии национальной и мировой отрасли микроэлектроники рассказал член-корреспондент Национальной академии наук заместитель генерального директора по научно-техническим программам и науке ОАО «ИНТЕГРАЛ» — управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» Анатолий Белоус.

На перекрестье всех наук

— Иногда у людей, не посвященных глубоко в проблематику, вызывает сомнение, каким образом такая относительно небольшая страна, как Беларусь, может конкурировать со столь мощными центрами экономической силы, как США, Китай, Европейский союз.

Но не стоит забывать, что у нашей страны есть длинная и богатая история накопления компетенций. Более того, мы привыкли и умеем работать в автономном режиме. То, что сегодня в новинку для многих в мире, для нас традиционно сложившиеся бизнес-процессы.

Так повелось исторически, что «ИНТЕГРАЛ» не купил ни одной лицензии более чем за полвека существования предприятия. Все наши изделия базируются на отечественных фундаментальных и прикладных разработках. Беларусь одна из немногих стран в мире, которая может обеспечить полный цикл производства микрочипов: от научного обеспечения, проектирования до производства и обслуживания. «Планар» делает различное оборудование для микроэлектронной отрасли. Наши изделия приобретают компании из десятка стран. В том числе США, Сингапура, Южной Кореи. В силу политических причин международное сотрудничество трансформировалось. Но наши технологии востребованы.

Преимущество Беларуси — развитая фундаментальная и прикладная наука. Микроэлектроника охватывает практически все области знаний в естественных и точных науках.


Например, процент выхода годных микросхем вроде бы производственная задача. Но для этого нужно разработать стратегию и комплекс по тестированию электронных изделий. Для проверки необходимо специальное оборудование, алгоритмы. Изучаем причину отказов. Оказывается, греются переходы между кристаллом и транзистором. Начали копать глубже — получили удивительный результат: плотность энергии на кристалле сопоставима с плотностью энергии в сопле стартующей реактивной ракеты. А тут уже вступают в силу законы термодинамики. А это уже физика, математическое моделирование… В итоге вышли на научную работу по расчету теплового сопротивления полупроводникового прибора.

Теперь о проблеме защиты микросхем от воздействия различных факторов внешней среды.  

В Беларуси одна из лучших школ в мире по материаловедению. Они разрабатывают защитные экраны, которые охраняют чипы от различных излучений. В том числе и радиационного, что принципиально важно для приборов, работающих в космосе. А это серьезная проблема. И далеко не всем ее удается, в отличие от нас, решить.

Думаете, почему знаменитые спутники Starlink Илона Маска летают по низкой орбите? Чтобы магнитное поле Земли защищало их аппаратуру от космического излучения. У его микросхем нет надежной защиты. Фактически он использует стандартную, неспециализированную элементную базу. Но за это достаточно дорого платит. На низких орбитах атмосфера сильно разряженная, но она есть. И тормозит спутники, сокращая их срок жизни до года с небольшим. Поэтому американскому предпринимателю пришлось поставить и производство аппаратов, и их запуск на поток, чтобы поддерживать в рабочем режиме спутниковую группировку.

Наши микросхемы в открытом космосе работают по 15 — 20 лет, и не было ни одного случая сбоя! Но Маск такими технологиями не обладает. Как и компетенциями для их разработки. Поэтому приходится тратить огромные средства на перманентный запуск спутников.

О различных аспектах и нюансах можно рассказывать до бесконечности. Микроэлектроника — это постоянные интеллектуальные вызовы. И чтобы на них отвечать, необходимо непрерывно проводить исследования и делать открытия в различных областях знаний.

Осторожно, двери закрываются

— Даже в самые динамичные годы развития глобализации рынок передовых технологий не был полностью открытым. Развивалась кооперация, специализация, трансферт технологий, но основные компетенции и ноу-хау ключевые государства старались оставить полностью за собой.  

Обострение геополитической ситуации породило нарастание конкуренции и даже противостояние в стратегических отраслях. Они были и раньше, но протекали в тени, кулуарно. Последние годы борьба за технологическое лидерство ведется практически открыто. И каждый центр силы старается монопольно вырваться вперед.

Начиная с программ Дональда Трампа, США продолжают возрождать свою технологическую мощь — без полноценного учета интересов даже своих самых близких союзников. Американцы вкладывают десятки миллиардов долларов в релокацию производства микрочипов из Юго-Восточной Азии на свою территорию. Проекты щедро финансируются государством и ориентированы исключительно под национальные потребности. В начале прошлого года Вашингтон отозвал всех специалистов в области IT и микроэлектроники из китайских компаний.


В свою очередь, и Китай старается минимизировать присутствие западных специалистов, не исключая шпионажа и даже диверсий. Но Пекин активно ввязался в борьбу за квалифицированные кадры Тайваня. Он уже переманил более 3 тысяч из 40 тысяч специалистов высокого класса с острова. Им предлагаются большие зарплаты, бесплатное обучение детей в лучших университетах и другие социальные «парашюты» и бонусы. И если раньше охотились за отдельными гениями и талантами, то сейчас стараются перекупить целые коллективы.

Видя обособление Китая и США, европейцы тоже задумались над возрождением микроэлектронной отрасли.

Перенос мощностей в другие страны привел к тому, что в ЕС осталось всего три крупных предприятия по производству микрочипов, которые не могут удовлетворить внутренний спрос. 

На уровне Европейской экономической комиссии уже принято решение вложить в отрасль минимум 52 миллиарда евро.

После кремния и Мура

— Многие знают закон Мура: количество транзисторов на кристалле ежегодно удваивается. Эта статистическая закономерность была верной более полувека, но сегодня она практически перестала работать в силу фундаментальных физических законов. Когда размеры транзисторов, их элементов и расстояния между ними достигли 5 — 7 нанометров, начали действовать так называемые размерные эффекты — физические явления, нарушающие нормальное функционирование кремниевых полупроводниковых устройств. Токи в них становятся все меньше, почти незаметными. Воздействие внешней среды оказывает все большее влияние. Говоря на бытовом языке, прошел рядом троллейбус — и микросхема вышла из строя.

Эти проблемы решаемы, но через неимоверные интеллектуальные усилия и применение очень дорогих технологий. Стоимость средней фабрики по производству кремниевых чипов за последние тридцать лет увеличилась в 30 раз. Элементная база становится золотой, надежность объективно снижается, а преимущества неочевидны. Конечно, традиционная кремниевая микроэлектроника не вымрет. Она уже прочно заняла свою нишу.  

Но понятно, что инновации сегодня пойдут по другому пути. Уже более половины ученых в мировой отрасли сконцентрировались в своих исследованиях на так называемых НБИК-технологиях — нанобиоинформационных и когнитивных, которые лежат в рамках междисциплинарных исследований.

Сейчас активно ведутся работы в области спинтроники. Она основана не на переносе заряда электрона (электрический ток), а на использовании второй фундаментальной характеристики электрона — его собственного магнитного поля. В отдельное направление выделилась магноника: изучает свойства квазичастиц, которые соответствуют элементарному возбуждению в момент взаимодействия спинов. Искусственный интеллект будет развиваться не на кремниевой элементной базе, а на нейровычислениях.


Это — сверхновые направления. Пока перспективные, в конкретных изделиях и технологиях еще не реализованы. Но именно инновации в принципиальных областях знаний открывают свежие перспективы для развития инновационных вычислительных систем, на принципиально новых принципах, алгоритмах, математических концепциях.

Мы не отстаем, у отечественных ученых есть очень сильные исследования в этой области. Могу сказать, что белорусская наука однозначно не проспит очередную технологическую революцию. Она будет лежать в области новых знаний, технологий, изделий, а не совершенствовании старых, как это иногда пытаются преподнести в информационном пространстве.

Накануне Дня науки хочется от души поздравить коллег-ученых, своим трудом и усилиями создающих знания, которые становятся базой для развития и процветания независимой Беларуси.

ОАО «Интеграл» — управляющая компания холдинга «Интеграл»:

♦ 60 лет опыта;

♦ 3500 типов продукции;

♦ 1000 областей применения;

♦ крупнейший производитель интегральных микросхем и полупроводниковых приборов в Центральной и Восточной Европе (более 1 млрд шт. ИМС и 1 млрд шт. полупроводниковых приборов в год).

«Планар» — это научно-технический комплекс частной формы собственности, который на базе самых современных технологий и синтеза последних достижений науки и техники в различных областях знаний занимается разработкой и поставкой специализированного технологического оборудования для реализации технологий в микроэлектронике.