Микроэлектроника в России до и после 24.02.2022
В свете последних событий (для потомков: гуглим Россия, Украина, 24 февраля 2022), приведших к введению санкций против России в сфере высоких технологий и, в частности, микроэлектроники, я часто слышу вопрос: а что дальше? В каком сейчас состоянии российское микроэлектронное производство? Россия сможет создать полностью локальное производство чипов?
Сразу оговорюсь, что данная статья не претендует на всесторонний независимый анализ ситуации, а отражает мою личную точку зрения, основанную во многом не на открытых источниках, а на опыте: более 20 лет в индустрии, 15 лет за границей, как в R&D (IMEC), так и на массовом производстве (Global Foundries) плюс 8 лет в России (запуск с нуля завода по производству МЭМС ), личном общении, мнении других специалистов; в общем всём том, доказательств чему найти нельзя или очень сложно. Поэтому пруфов предоставлять не буду – каждый имеет собственную точку зрения и право ее высказывать (по крайней мере пока).
Говорить я буду только про технологии производства, так как сам я бывший технолог, к дизайну отношения никогда не имел и фразы типа «лицензирование ядер процессора» для меня темны и непонятны.
Статья состоит из трех частей:
Анализ текущих производителей
Размышления на тему полностью локального производства микроэлектроники
Попытка заглянуть в будущее
Анализ текущей ситуации
Для начала давайте посмотрим на текущих производителей микроэлектроники. Я буду говорить только о более-менее современных фабриках, способных выпускать микросхемы по техпроцессу 180 нм и ниже. Чтобы было понятно, я буду приводить примеры процессоров, произведенных по определенной технологии, данные взяты из Википедии там в статье есть справа колоночка со всеми техпроцессами, можно кликнуть и посмотреть, что по этому техпроцессу (и когда) производилось. Так вот, 180 нм – это начало 2000-x, процессоры типа Intel Celeron и PlayStation 2. Всякие старые советские заводы (типа НЗПП ), работающие по технологиям больше микрона, рассматривать не будем (например, Intel 80286 был сделан по технологии 1.5 мкм).
Небольшая оговорка про размер пластин. Современное производство работает либо на 200 мм (до 90 нм), либо на 300 мм (65 нм и ниже) кремниевых пластинах. Наиболее продвинутое оборудование для технологий меньше 65 нм существует только в варианте 300 мм. Поэтому сделать высокие технологии на 200 мм пластинах не получится. А оборудование для 300 мм пластин существенно (в разы) дороже оборудования для 200 мм пластин.
Итак, что мы имеем на сегодняшний момент.
Микрон
Микрон — это наиболее живое микроэлектронное производство в России. Работают на 200 мм пластинах, обладают технологией 180 нм (в массовом производстве), 90 нм (не уверен, что в сильно массовом, но могу ошибаться; 90 нм – это Intel Celeron M/D, AMD Athlon 64), 65 нм (тут у меня большие сомнения что там есть массовое производство; 65 нм — это AMD Turion 64 X2, Microsoft Xbox 360 «Falcon»). Я в свое время участвовал в попытках разработки технологии 65 нм на 200 мм пластинах (IMEC, Бельгия), но оборудование не тянуло, поэтому 65 нм техпроцесс был перенесен на 300 мм оборудование.
Производит Микрон в больших объемах в основном чипы для банковских карт, паспортов, билетов в метро и т.д. В небольших объемах производят то, за что попали под санкции. Находятся под санкциями довольно давно, так что уже как-то научились с этим справляться. Оборот более 6 млрд рублей, из них примерно половину они зарабатывают сами, остальное докидывает государство (например, в виде субсидий по 109 постановлению Минпромторга – Микрон там всегда среди получателей субсидий).
Ангстрем-Т
Не путайте с просто Ангстремом (без Т) – Ангстрем это как раз старое советское производство, они делали чипы для советских калькуляторов и игры «Ну погоди» — если кто настолько стар, чтобы ее помнить, там волк яйца из-под куриц ловил. Ангстрем до сих пор жив и производит продукцию (понятное дело, не для калькуляторов).
История Ангстрема-Т началась в 2007 году, когда Global Foundries (тогда это был еще завод AMD – Fab36, Дрезден), начал переход на 300 мм пластины и продал все оборудование и технологии на 200 мм Ангстрему-Т: 130 нм (уровень AMD Athlon MP Thoroughbred) полная документация на техпроцесс с гарантией выхода годных и 90 нм – разработана, но еще не в массовом производстве. На тот момент это были довольно свежие технологии. Но дальше что-то пошло не так. Оборудование застряло на складе в Роттердаме, и когда я пришел работать на Global Foundries в 2011 году, это было уже притчей во языцех – как они продали оборудование в российскую компанию, но оно, вместо того, чтобы использоваться, уже 4 года гниет на складе. Гнило оно еще где-то до 2014, после чего все-таки приехало в Россию. В Зеленограде был построен завод, практически точная копия дрезденского, они даже построили собственную электростанцию, чтобы покупать не электричество, а газ и вырабатывать электроэнергию своими силами, чтобы не зависеть от перебоев с электроэнергией. Так же сделано в Дрездене, правда, немцы ухитрились сами себе отключить электричество на заводе (как раз в мое дежурство) – но это уже другая история.
Так вот, завод был построен, оборудование завезено, я там был и испытывал дежавю после Дрездена – все точно так же, установки на тех же местах, с теми же кодовыми названиями.
То есть, выглядело там все более-менее нормально, но вот с руководством там какая-то странная история. У меня есть целая коллекция визиток генеральных директоров Ангстрема –Т одинакового дизайна, только фамилии разные – они там менялись постоянно (вместе со всей командой). Как-то раз общался с одним из замов, он меня спросил, как у нас устроен контроль качества, я рассказал, он начал смеяться и сказал, что я ничего не понимаю в контроле качества. Ну, у нас контроль качества устроен по тем же принципам, по которым я в Германии делал чипы модемов для Qualcomm для пятых айфонов, Эппл вроде на качество не жаловался. Так что я пожал плечами, но спорить не стал. Еще как-то раз я беседовал с VP sales ASML, он интересовался, как там дела у Ангстрема-Т и сказал, что так как их сканеры простояли 7 лет на складе, запустить их будет очень сложно и предложил сдать старые сканеры в трейд-ин, а в Ангстрем-Т поставить более новые с доплатой. Я пересказал этот разговор руководству Ангстрема-Т и сказал, что по моему мнению это неплохая опция – они получат быстрый результат лучшего качества, пусть и за дополнительные деньги. Руководство Ангстрема-Т сказало, что оно ничего про это предложение не знает. Странно, подумал я, какой-то левый чувак вроде меня знает, а те, кому это предлагали и для кого это должно быть важно – нет.
Итог – с момента покупки линии прошло уже 15 лет, производство до сих пор не работает. Заработает ли когда-нибудь, мне не ведомо. На данный момент предприятие обанкротилось.
Крокус наноэлектроника
Но, до того, как это стало ясно, Роснано решило проинвестировать в фабрику 300 мм по техпроцессу 65 нм на территории России. Вы можете как угодно иронизировать над Роснано, но на данный момент это единственная в России фабрика на 300 мм пластинах с работающей технологией 65 нм. Правда, есть нюанс.
В исходной модели предполагалось, что MRAM ячейки будут изготавливаться на уровнях металлизации (так называемый back end). Так как сами транзисторы (front end) можно изготовить на любой фабрике, это легко доступный товар, было решено не тратиться на фабрику полного цикла, а построить часть фабрики, которая будет содержать только know-how по изготовлению MRAM. Замечу, кстати, что оборудование для front end стоит гораздо дороже (его там просто больше всякого разного, а для back end много, в принципе, не нужно). Так что исходная модель выглядела так:
Строим полу-фабрику (только back-end) за разумные деньги
Покупаем пластины c front end за небольшие деньги на мировом рынке
Добавляем MRAM back-end
Продаём за большие деньги на мировом рынке
Если бы MRAM технология заработала, это было бы очень красивое решение. Но она не заработала (причем не только у Крокуса), и Крокус превратился в эдакий чемодан без ручки.
С одной стороны, он не является полноценной фабрикой, так как не делает транзисторы (front end), а заказывать на иностранной фабрике front end а потом доделывать у себя бессмысленно, проще сразу заказать на иностранной фабрике полный цикл. Если же тебе откажут в полном цикле, то откажут и в половине цикла.
С другой стороны, это единственное в России работающее производство на 300 мм пластинах по 65 нм техпроцессу, с возможностью дальнейшей модернизации до 45 нм и, может быть, до 32 нм.
То есть, и убить жалко, и что дальше делать – непонятно. Достроить до полной фабрики? Но это огромные инвестиции, да и место там физически не особо есть под полную фабрику. То есть, надо переносить. А если переносить – не проще ли с нуля тогда построить? (обычно проще). А обанкротить – рука не поднимается.
Годовой оборот Крокуса – это где-то миллиард рублей, сами они зарабатывали процентов десять (в основном разовые заказы на напыление магнитных материалов для иностранных заказчиков – российских нет, так как в России нет 300 мм фабрик).
Новый завод в Зеленограде
Про него мало что известно. Размер пластин 300 мм, техпроцесс 65 нм – 45 нм (First generation Intel Core i3, i5 and i7). Строить его планировали уже давно, вот например, новость (неизвестной датировки), что к 2014 году должны построить. Строить собиралась компания Ситроникс, но ничего внятного нагуглить не удается. Несколько лет назад мне из правительства присылали на экспертизу техзадание на завод, я почитал – написано было грамотно, явно писали люди, которые знали, что они делали. По слухам, строительство идет, с привлечением китайских подрядчиков (вроде как UMC — правда, это Тайвань). Больше ничего сказать не могу. Что из этого получится, тоже не понятно.
На Микроне теоретически можно производить что-то уровня Intel Celeron/AMD Athlon 64 (техпроцесс 90 нм, середина 2000-х). Чтобы двигаться дальше, нужен завод на 300 мм, а его в полностью функциональном состоянии нет.
Можно ли полностью локализовать производство микроэлектроники по современному техпроцессу?
Короткий ответ: нет.
Более подробный ответ: Ни одна страна в мире не сможет локализовать производство микроэлектроники по техпроцессу меньше 90 нм. Наладить что-то вроде микронной технологии (контактная литография, жидкостное травление, ручные операции) на коленке еще как-то можно, но это будет уровень 8086/80286 или ZX Spectrum.
Развернутый ответ. Для успешного микроэлектронного производства необходимы следующие факторы:
Наличие рынка сбыта
Наличие производственного оборудования
Наличие компетентного персонала
Наличие сырья, материалов и расходников
Давайте разберем каждый аспект подробнее.
Рынки сбыта
Казалось бы, какие рынки сбыта – если надо сделать, значит надо, не считаясь с затратами. Проблема в том, что сам полупроводниковый завод – это только верхушка айсберга. И не считаясь с затратами придется пилить весь айсберг, а это очень и очень много денег.
Все привыкли к тому, что полупроводниковые чипы очень дёшевы. Почему они получаются дешевыми, я писал в другой статье. Многие ошибочно полагают, что достаточно поставить завод на территории России и мы получим такие же дешевые чипы, только произведенные дома. К сожалению, это не так. Полупроводниковый завод сжирает огромное количество денег, независимо от того, производит он что-то или нет. То есть, чтобы один чип был дешевым, нужно это огромное количество денег разделить на огромное количество чипов (десятки миллионов для завода средней руки). А их надо куда-то сбывать. Если сбыть их некуда (российский рынок не такой большой), то завод будет нести убытки, которые либо должно покрыть государство субсидиями (тогда чипы будут дешевыми для потребителя), либо сами потребители (тогда чипы будут очень дорогими). То есть, если вы хотите делать по настоящему дешевые чипы, вам нужно их продавать всему миру.
Следующий слой айсберга – это оборудование. Заводу нужно примерно десяток установок одного типа (например, литографии, или травления), а типов таких десятки (если не сотни). Производителю оборудования одного типа не интересен рынок из десяти штук – опять, либо оборудование будет золотым для завода, либо производителя оборудования должно субсидировать государство. Либо фабрик должно быть много, тогда у производителя оборудования появляется рынок сбыта и его продукция дешевеет. Но много фабрик нам не нужно – мы с одной то не знаем, куда чипы девать. То есть, если вы хотите сделать относительно недорогое оборудование (относительно недорогое – это значит что, например, установка фотолитографии стоит примерно как Боинг), его нужно продавать по всему миру.
Следующий слой айсберга – комплектующие для оборудования – электроника, насосы, роботы и т.д. Тут та же история – для десятков/сотен единиц оборудования много насосов не нужно, и мы опять утыкаемся либо в высокую стоимость, либо в необходимость продавать на мировом рынке.
И такая же история будет со всем остальным: с кремниевыми пластинами, химикатами, системой водоподготовки. Все, что будет уникальным для нашего производства, будет дико дорогим, так как больше мы это никому не продадим (ну либо мы торгуем со всем миром).
Еще один момент. Один завод не может производить всю микроэлектронную номенклатуру. То есть и процессоры, и оперативную память, и флеш-память, и микроконтроллеры и радиомодемы и т.д. и т.п. в один завод не втиснуть. Производство оперативной памяти – это вообще отдельная отрасль микроэлектроники с отдельными заводами, техпроцессами и игроками. В свое время немцы пытались сыграть в эту игру, Infineon отпочковал компанию Qimonda, которая должна была заняться производством оперативной памяти. Не получилось. Себестоимость чипа памяти, произведенной на Qimonda была равна стоимости чипа памяти Samsung на прилавке в магазине. Qimonda обанкротилась.
То есть, чтобы иметь полностью локализованное производство, нужно иметь несколько заводов. И куда-то продавать продукцию этих заводов. Либо содержать эти заводы, работающие с минимальной загрузкой. Справедливости ради отмечу, что много заводов создадут хоть какой-то спрос на оборудование и сырье.
Давайте примерно прикинем, сколько это стоит. Для примера, Интел строит новый завод в Германии за 17 млрд долларов. Нужно несколько заводов, допустим это будет $50-60 млрд. Для сравнения, это расходы на оборону в России в 2020 г. Вся экосистема, я думаю, будет стоить как минимум на порядок больше, то есть $500-600 млрд. Это уже треть ВВП России. А ведь такая экосистема может обойтись и дороже, чем на порядок.
В итоге, создать и содержать полностью локализованное производство – это ОЧЕНЬ дорого.
Производственное оборудование
Допустим, мы где-то нашли квадрилиарды денег и можем себе позволить все. Первое что нужно – это оборудование. Замечу, что на данный момент нет ни одной страны в мире, которая производила бы все оборудование, необходимое для микроэлектронного производства по технологиям 45 нм и ниже. Даже США, которые производят львиную долю полупроводникового оборудования, не производят машины фотолитографии. Их производят либо Нидерланды (ASML), либо Япония (Nikon, Canon). Applied Materials (США), один из крупнейших (а может и крупнейший) производитель оборудования, обычно хвастается, что может поставить полную линейку оборудования только из своих машин, но всегда добавляет: кроме фотолитографии.
Сделать оборудование для современного полупроводникового производства очень трудно, а самому с нуля – невозможно. Тут есть два момента.
Во-вторых, современное оборудование – это фактически конструктор лего, в котором 90% блоков стандартных (роботы, вакуумные насосы, котроллеры газовых потоков и т.д. и т.п.) и 10% — это ноу-хау компании, на которое и тратится основное время и деньги при разработке. Насколько мне известно, компоненты полупроводникового оборудования необходимого качества в России не производятся.
Можно, конечно, попробовать все сделать самому – но это как раз одна из причин, почему прогорела наша родительская компания Mapper Lithography: они все пытались сделать сами: блоки питания, ВЧ генераторы, написать свой софт и т.д. В итоге машина работала час, потом ломалась и ее неделю чинили.
Также нужно не забыть, что помимо производственного оборудования необходимо вспомогательное: системы водоподготовки (и это не на кухне фильтр поставить), компрессоры для сжатого воздуха, генераторы азота и т.д. и т.п. Это все тоже нужно где-то брать, сейчас эта техника вся импортная.
Вывод: можно что-то попытаться сделать, если есть доступ к стандартным комплектующим высокого качества, если еще и комплектующие самому делать, то на мой взгляд, это невозможно. Плюс к этому то, что я писал в разделе про рынки сбыта, даже если сделать оборудование, то кому продавать, одному заводу? Но, хотя можно попытаться продавать в Китай – там фабрик много.
Компетентный персонал
Это видится наименьшей из проблем, но есть нюанс. В принципе, российские ВУЗы выпускают достаточное количество специалистов, которые после нескольких лет обучения вполне способны работать на современном производстве. Это подтверждается и опытом нашей компании и тем фактом, что многие специалисты российского происхождения работают на зарубежных полупроводниковых производствах (я и сам там работал, и многих русских знаю, кто работает).
Теперь про нюансы: во-первых, специалистов нужно обучить, доморощенные специалисты получаются плохо, особенно в области культуры производства и менеджмента качества. По моему опыту, качество – это головная боль российских компаний. Все могут наклепать аналоговнетов в единственном экземпляре, но вот поставлять продукцию устойчивого качества получается мало у кого. При наличии руководства/ведущих инженеров имеющих зарубежный опыт работы поставить менеджмент качества не составляет большого труда, но у чисто российских компаний это получается плохо. Помните, как я писал выше что производственное руководство Ангстрем-Т посмеялось над нашей системой менеджмента качества? Вот это как раз про то. В общем, иностранные (либо экспаты, либо россияне с зарубежным опытом, вроде меня) специалисты могут приехать и научить, вопрос, как их теперь заманить?
Второй нюанс: как только инженеры-технологи становятся более-менее опытными специалистами (несколько лет опыта на нормальном производстве), они тут же начинают смотреть за рубеж. Инженер-технолог на полупроводниковом производстве в Европе получает 3-4 тыс евро на руки (для понимания уровня расходов приведу в пример Дрезден: съем 3-комнатной квартиры 700-800 евро, питание 200-250 евро на человека, одежда раза в полтора дешевле, чем в Москве). В итоге происходит постоянная утечка кадров, так как за рубежом инженеры-технологи нужны всегда (хоть и не так остро, как IT специалисты), а платить как за рубежом мы, к сожалению, себе позволить не можем.
В итоге, для нашего гипотетического завода мы должны пригласить иностранных специалистов с их технологиями управления, а потом удержать своих специалистов от эмиграции.
Сырьё и материалы
Для работы завода нам понадобятся кремниевые пластины, жидкая химия (особенно фоторезист), газы, всякая мелочевка (типа перчаток, масок, пинцетов и т.д.). Причем все это не абы какого качества, а очень высокой степени очистки, мелочевка совместимая с чистыми помещениями и т.д. Со всем этим ситуация в России не то, чтобы очень радужная. Интересный пример с масками. Когда начался ковид, наш поставщик масок (специальных для чистых комнат, обычные медицинские там не подходят) сказал, что они все мощности бросили на медицинские маски и специальных теперь не будет. Пришлось изобретать многоразовые и стирать. В России такие маски не производят.
Пытались работать с отечественным фоторезистом. То пузыри, то мусор, то к пластине не липнет. Каждая партия отличается от предыдущей, приходилось каждый раз подстраивать параметры процесса для новой партии. Приходил в негодность за два месяца до срока годности (иногда, а иногда даже после истечения срока годности был нормальный). В общем, поиграли в рулетку где-то годик, перешли на американский. Настроили процесс один раз и забыли про проблемы. И это был фоторезист на микронные размеры. Как обстоят дела с российским фоторезистом на технологии менее 65 нм – я не знаю.
Кремниевые пластины. Есть прекрасная российская компания, которая их производит. Номенклатура не очень большая, но самые ходовые размеры есть. Качество хорошее. Но, как обычно, есть нюанс. Пластины нарезаются из импортных кремниевых слитков, на импортном оборудовании с использованием импортных расходников (запас которых, как нам сообщили на два месяца, новых поставок пока нет). То есть, если мы хотим полностью локализованное производство нам нужно наладить еще производство слитков (для этого тоже нужно оборудование разработать и произвести), производство машин для резки, шлифовки и полировки и расходников к ним.
Фотошаблоны. В России есть производство фотошаблонов на более старые технологии (точно не на 45 нм и ниже), ну и, естественно, на импортных стеклах и импортном оборудовании. Производство современных фотошаблонов – это тоже целая индустрия, производителей в мире не так много (один из примеров компания AMTC в Дрездене). Там тоже нужно оборудование, сырье и материалы и т.д. и т.п.
Выводы
Нельзя просто взять и построить завод по производству микроэлектроники. Для такого завода нужна огромная экосистема (потребители (много потребителей), оборудование, сырье и материалы, кадры). Недавно была переводная статья про такую экосистему Причем экосистема эта очень хрупкая, при исчезновении хотя бы одного компонента вся система рушится. Создать такую экосистему полностью изолированную от внешнего мира на мой взгляд, невозможно.
И что дальше?
Короткий ответ: я не знаю.
Как это могло бы выглядеть? При интеграции в мировую микроэлектронную экосистему (имея возможность покупать оборудование, сырье и материалы и возможность продавать продукцию) выбрать нишу, в которой нет жесточайшей конкуренции (как в производстве памяти и процессоров) и пытаться занять там свою долю играя на более низкой стоимости труда и уникальных системных решениях толковых местных инженеров. Например, в области ВЧ микроэлектроники. Насколько я знаю, в уже упоминавшемся Ангстреме-Т есть (были?) неплохие наработки по таким направлениям, а они могли бы быть востребованы в IoT, который растет довольно быстрыми темпами. Ну или какую-нибудь силовую интегральную электронику. Или интегральную фотонику. Имея пару высокотехнологичных заводов, встроенных в мировую экосистему, можно уже и какие-то вещи делать, которые не хочется, чтобы другие видели.
За железным занавесом (имеется в виду полная локализация от начала до конца) можно делать только что-то вроде 80286 процессоров за огромные деньги, не более того. Я думаю, глобализация потому и происходит, что в одиночку выше определенного технологического предела продвинуться невозможно – ни одна страна не потянет, только всем миром. Будем ли мы частью этого мира – это отдельный вопрос.
В России появится ещё один разработчик процессоров. Компания «Аквариус» планирует начать выпуск CPU на архитектуре RISC-V
На фоне усиливающихся технологических санкций, которые осложняют производство отечественной микроэлектроники, российские компании переключаются на разработку процессоров на открытой архитектуре RISC-V. Производитель вычислительной техники «Аквариус» планирует начать выпуск микроэлектроники на этой архитектуре и рассчитывает получить на проект субсидию Минпромторга. Об этом пишет издание «Коммерсантъ» со ссылкой на собеседника на профильном рынке и топ-менеджера крупного российского производителя электроники.
По словам одного из источников, «Аквариус» ещё в 2021 году проводил переговоры с российскими поставщиками IP-блоков для RISC-V и набирал команду разработчиков. Потенциально, уточняет источник, выпускать процессоры «Аквариус» сможет на «Микроне».
Прямо сейчас в работе два проекта, они связаны с разработкой сервисных микросхем, в которых действительно может быть использована архитектура RSIC-V, подтвердили в «Аквариусе»: «Что касается "Микрона", то, как только завод будет готов взаимодействовать по выпуску продукции на технологии 90 нм, мы это учтём в наших планах и будем с ними сотрудничать». На «Микроне» отказались от комментариев.
Архитектурой RISC-V уже интересуются и другие российские компании. О планах разрабатывать процессоры на RISC-V заявляла Yadro (входит в «ИКС Холдинг»): ещё в 2019 году компания приобрела 51% разработчика процессоров Syntacore. По аналогичному пути пошли и другие «чипмейкеры»: в сентябре 2021 года «Инвестиционная компания Вартон» (контролирует «Байкал Электроникс») приобрела 34% в российском разработчике IP-блоков для RISC-V процессоров CloudBear. Сделка укладывается в продуктовую стратегию компании, которая намерена в 2024 году выпустить ИИ-ускорители на этой архитектуре. Разработкой и выпуском микроконтроллеров на RISC-V уже занимается производитель электроники «Миландр».
Источники на российском рынке электроники говорят, что из-за технологических санкций интерес к открытой архитектуре вырос у многих российских разработчиков микроэлектроники.
22 сентября была учреждена ассоциация «Альянс Риск 5» (её возглавила президент Ассоциации больших данных Анна Серебряникова), перспективы RISC-V сейчас также изучает F+ tech (структура «Марвел Дистрибуции», производит смартфоны).
К тому же, говорят собеседники, в адаптации софта под процессоры этой архитектуры заинтересована «Открытая мобильная платформа» (разработчик операционной системы «Аврора»). Гендиректор ОМП Павел Эйгес сказал, что компания «с большим интересом смотрит на намерения ряда компаний разрабатывать процессоры на архитектуре RISC-V и готова участвовать в таких проектах».
Предприятия российской микроэлектроники
© habr.com
Пластина с изготовленными по нормам 90 нм процессорами «Эльбрус», стоящая в фойе АО «НИИМЭ»
Объем российского рынка микроэлектроники составляет 0.7% от мирового, и большую часть этого объема обеспечивают предприятия ВПК. Крупнейший производитель микросхем («Микрон») по итогам 2019 года имел выручку около 10 миллиардов рублей (160 миллионов долларов или 0.5% от TSMC) и впервые за десять лет (!) не оказался убыточным. Для сравнения, выручка «Яндекса» за 2018 год — 126 миллиардов рублей.
В 2007 году «Микрон» лицензировал техпроцессы 180 и 90 нм у франко-итальянской компании ST Microelectronics. Процессы «Микрона» с нормами 180 нм заточены под производство радиочастотных меток (RFID), которые вы уже можете встретить в билетах на общественный транспорт, а в будущем — вообще во всем, что можно пометить — шубах, паспортах и даже умных стаканах. По 90 нм есть только опытное и мелкосерийное производство. Параллельно «Микрон» работает как фаундри (по нормам 180 и 240 нм) для множества российских fabless-компаний, являясь одним из главных центров импортозамещения попавших под санкции микросхем двойного назначения. При этом номенклатура производимых чипов двойного назначения очень широкая, а тиражи маленькие, поэтому для поддержания фабрики ей обязательно нужны гражданские крупносерийные заказы — которые и обеспечивают билеты на метро.
Второе по размерам микроэлектронное производство в России — это… нет, не зеленоградский «Ангстрем», как многие могли бы подумать, а брянская «Группа Кремний Эл», обладающая производством с проектными нормами 700 нм (и недавно объявившая об освоении 500 нм и планах на 350 нм). Выручка компании в 2017 году — 3 миллиарда рублей, в 2018 — 2.6 миллиарда рублей, продукция — дискретные компоненты (транзисторы и диоды), силовые модули на их основе, а также аналоговые и силовые чипы небольшой сложности, почти полностью ориентированные на нужды ВПК. А еще у них на сайте вывешиваются свежие номера заводской газеты «Кристалл», на производстве регулярно проходят «недели без турникетов» и ведется активное сотрудничество с местным университетом. В общем, со всех сторон молодцы.
© habr.com
Пластина производства «Кремний Эл» под микроскопом
Находящийся на почетном третьем месте «Ангстрем» — извечный конкурент «Микрона» — в 2018 году показал выручку от производства 2.17 миллиарда рублей (и ещё 600 миллионов дали НИОКР) — и, впервые за несколько лет болтания около нуля, убытки. Современными проектными нормами «Ангстрем» не обладает, поэтому интересные новости с предприятия в последнее время в основном касаются дискретных мощных приборов — разработана линейка радиационностойких силовых транзисторов, проводится диверсификация на гражданские рынки, в конце 2018 года подписано соглашение с японцами об освоении карбида кремния для крайне перспективного направления высоковольтных силовых приборов.
© habr.com
Мощный IGBT-модуль производства «Ангстрема». Обратите внимание, что компания создает не только сами приборы, но и конечную продукцию на их основе
«Ангстрем-Т», не являющийся частью «Ангстрема», и обещавший запуск производства по нормам 90 и 130 нм на купленном у дрезденской фабрики AMD оборудовании, всю свою историю фигурирует в основном в новостях про кредиты и суды о банкротстве. И про то, что «Микрон» предлагал построить в его здании фабрику с нормами 28 нм. Из условно хороших новостей был только мизерный для такого предприятия контракт с китайцами на производство по нормам 250 нм, представляющих собой, видимо, отрезанные от 130 нм технологии транзисторы для схем ввода-вывода.
Ещё какое-то серийное производство есть Воронеже («ВЗПП-Микрон», учтенный в результатах материнского предприятия), а остальное — опытные и мелкосерийные фабрики, ориентированные на ВПК, многие из которых фактически не обновлялись ещё с советских времён. Отдельно еще стоит упомянуть работающий почти полностью на российский рынок белорусский «Интеграл» с его выручкой в примерно шесть миллиардов российских рублей, минимальными проектными нормами 800 нм и возможностью делать приборы с рабочим напряжением до 600 В.С Fabless-разработкой ситуация несколько лучше, чем с производством. Дизайн-центров с миллиардными (разумеется, в рублях) значениями выручки в России с десяток, ими успешно налажена кооперация как с зарубежными кремниевыми фабриками на нормах до 28-16 нм (в основном с той же TSMC), так и с поставщиками популярных IP-блоков и ядер. Есть также несколько филиалов больших зарубежных компаний, например Intel в Нижнем Новгороде, где работает больше тысячи человек. Проблема российской микроэлектроники в целом состоит в том, что, как и в производстве, в разработке тоже правит бал ВПК, и большинство разрабатываемых чипов, хоть и обладают важными достоинствами типа радиационной стойкости или расширенного температурного диапазона, в принципе не предполагаются к крупносерийному производству. У ряда компаний есть коммерческие амбиции (например, у МЦСТ, «Байкала», «Миландра» и «Модуля»), но все они находятся на ранних стадиях и все равно ориентированы на госзаказ, пусть и не военный.
Большие надежды отрасль возлагает на только что принятую государственную «Стратегию развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года», которая предполагает значительный рывок вперед, преодоление многолетнего отставания от остального мира и переориентацию российской электроники на коммерческие рельсы.
© habr.com
Мировое производство полупроводников по регионам, в тысячах эквивалентных двухсотмиллиметровых пластин в месяц
Кто в России производит процессоры, платы и микрочипы. Есть надежда?
В закладки
В феврале этого года компания TSMC остановила производство российских заказов. Ранее там выпускались чипы “Байкал”, “Эльбрус” и другая микроэлектроника отечественной разработки. Прекратились отгрузки уже произведенных чипов для всех заказчиков из России.
Это стало сильным ударом по всей сфере микроэлектроники, оправиться от которого будет очень сложно. Все это совпало с мировым кризисом полупроводников.
На данный момент менее десяти российских предприятий занимаются разработкой и производством микропроцессоров. Некоторые имеют собственное производство, а другие занимаются лишь проектированием и выпуском сопутствующей документации.
Сейчас разберемся с самыми крупными производителями микроэлектроники в нашей стране и перспективами их дальнейшего существования.
�� АО «ПКК Миландр», Зеленоград
Это один из самых крупных в России производителей интегральных микросхем. Компания была создана еще в 1993 году.
Предприятие специализируется на разработке и производстве микропроцессоров (8-, 16- и 32-разрядные) и микроконтроллеров, микросхем управления питанием, микросхем памяти (ОЗУ и ПЗУ), микросхем преобразователей, интерфейсных микросхем. Выполняются заказы на выпуск промышленных приборов и модулей коммерческого назначения.
На предприятии числится около 650 сотрудников, производственные мощности расположены на площади свыше 8000 м².
Миландр осуществляет полный цикл производства микросхем и электроники, включая проектирование, тестирование и контроль качества по стандартам ГОСТ ISO 9001-2011. Предприятие выпускает около 500 тыс. микросхем в год. В модельном ряду более 200 типономиналов изделий.
Все высокоточное производство происходило на заграничных предприятиях, в основном на заводах компании TSMC.
�� АО «МЦСТ», Москва
Предприятие основано на базе ТОО «Московский центр SPARC-технологий», которое в свою очередь образовано на базе коллектива сотрудников из проекта «Эльбрус-3». Занимавшиеся созданием советских ПК инженеры и разработчики организовали предприятие по разработке универсальных процессоров.
МЦСТ занимается разработкой архитектуры микропроцессоров, проектированием компьютерных модулей, высокоэффективных оптимизирующих компиляторов, двоичных компиляторов, проектированием компьютеров.
Отдельное направление деятельности – развитие возможностей операционных систем с интерфейсом Unix (POSIX).
Основные производимые линейки продуктов: микропроцессоры архитектуры «Эльбрус» (Е2К) и микропроцессоры архитектуры SPARC.
Предприятие не имеет полного цикла производства процессоров и ранее заказывала выполнение литейных работ на заводе TSMC в Тайване. Сейчас отгрузки заграничных компонентов прерваны и выпуск некоторых устройств поставлен на паузу.
�� АО «Микрон», Зеленоград
Одно из старейших предприятий отрасли. Оно базируется на основе НИИ молекулярной электроники (НИИМЭ), который функционирует еще с 1964 года.
Основное направление деятельности завода – создание интегральных микросхем, схем для носителей информации, схем для устройств идентификации и платежных терминалов.
Предприятие входит в госкорпорацию «Ростех», имеет представительства в Китае и Тайване, напрямую сотрудничает со сборочным заводом в Шеньчжене.
Микрон имеет собственное производство в России и обладает линиями для выпуска чипов по 65 нм техпроцессу. С 2018 года в планах компании открытие новых линий для техпроцесса 45-28 нм, но найти инвесторов и произвести модернизацию производства до сих пор не удалось.
�� АО «Байкал Электроникс», Красногорский район МО
Компания занимается проектированием интегральных микросхем с архитектурой MIPS и ARM, разработкой SDK, типовым дизайном материнских плат. Образована компания в начале 2012 года. Сейчас в компании трудится около 120 сотрудников.
Байкал Электроникс не имеет собственного производства, по её проектам на сторонних мощностях осуществляется создание процессоров Baikal и отладочных плат BFK 3.1.
Большинство заказов по проектам Байкал выполнялись тайваньской компанией TSMC, с весны этого года с отечественным предприятием не заключаются новые контракты, а уже произведенные процессоры не отгружаются.
Еще одной проблемой Байкал Электроникс является отзыв лицензии на использование запатентованной архитектуры ARM. Эта уже готовая и общепринятая основа для создаваемых чипов с весны нынешнего года не может быть использована российскими производителями процессоров.
�� АО НПЦ «ЭЛВИС», Зеленоград
Предприятие основано в 1990 году на базе научно-производственного объединения «ЭЛАС». Ранее сотрудники занимались передовыми разработками в области космической электроники.
Компания специализируется на выпуске многоядерных сигнальных микропроцессоров, микросхем типа “система на кристалле”, микропроцессоров для телекоммуникационных модулей и искусственного интеллекта. Кроме этого отдельное подразделение разрабатывает сетевые интерфейсы SpaceWire, GigaSpaceWire и SpaceFibre.
В портфолио ЭЛВИС значится более 50 типономиналов микросхем, с производством по техпроцессу от 16 нм до 250 нм. Самой известной разработкой компании является 28-нанометровый процессор Скиф.
Большинство производимой продукции компания заказывала на тайваньском заводе TSMC. После прекращения отгрузок в Россию руководство активно занялось поиском отечественного производства. На данный момент рассматривается создание совместного предприятия с Ростелеком для производственных нужд компании.
�� АО НТЦ «Модуль», Москва
Компания была основана в 1990 году на базе двух предприятий оборонно-промышленного комплекса: НПО Вымпел и НИИ Радиоприборостроение.
Основной сферой деятельности является производство вычислительных модулей, систем управления и проектирование интегральных микросхем. Выпускаемые устройства применяются в основном в авиации и навигации.
Кроме этого ведутся разработки в области распознавания и анализа видеоизображения и внедрения нейросетей в автоматизированные комплексы.
Благодаря наличию собственных производственных и испытательных мощностей, компания частично не зависит от поставок компонентов или сборки на заграничных предприятиях.
Где применяются наши процессоры
Основным заказчиком и покупателем российских микропроцессоров являются государственные предприятия и организации. Чипы Эльбрус и Байкал важны для критической информационной инфраструктуры.
В последние годы на них переводили сервера, рабочие станции и терминалы госучреждений и компаний. Темпы импортозамещения были достаточно медленными и на данный момент в критической информационной инфраструктуре все равно преобладают решения от Intel и AMD, а в сфере хранения данных большинство используемого оборудования произведено компанией IBM.
Временная или полная остановка производства российских процессоров хоть и остановит импортозамещение в информационной инфраструктуре, но полностью не остановит эту сферу. Куда важнее сейчас импорт комплектующих для поддержания работоспособности и модернизации текущих узлов.
Как российское производство процессоров зависит от тайваньского TSMC
Хоть некоторые из указанных предприятий и имеют собственное производство, их мощностей недостаточно для создания самых технологичных и высокопроизводительных моделей чипов.
На данный момент в России есть возможность массового выпуска лишь чипов с техпроцессом 65-130 нм. Такие линии есть на заводе Микрон в Зеленограде.
Однако, у наших разработчиков уже был негативный опыт, связанных с этим заводом. В период с 2005 по 2013 годы на заводе производились опытные партии первого поколения процессора Эльбрус по технологии 130 нм. После устранения выявленных проблем в самом чипе и доработки производства была выпущена партия чипов второго поколения по 90 нм техпроцессу.
Процессор показал недостаточную производительность, а количество брака было слишком большим. По мнению специалистов, завод был плохо приспособлен для такого производства и требовал модернизацию оборудования.
В итоге с третьего поколения производство процессоров Эльбрус заказывалось за границей. В основном это были контракты с тайваньским TSMC.
После модернизации и усовершенствования производственных мощностей на заводе Микрон производилась тестовая партия чипов Эльбрус-4СМ (65 нм).
Все более технологичные разработки российских компаний до весны 2022 года производились на иностранных заводах. Наши специалисты разрабатывали архитектуру и дизайн процессора, но выпуск производился в основном в Тайване и Китае.
Это распространенная мировая практика для многих fabless-компаний. Российские предприятия чаще всего заключали договоренности с лидером рынка – компанией TSMC.
Где и как теперь производить российские процессоры
Самое технологичное производство в России на данный момент позволяет производить лишь чипы по 65 нм техпроцессу. Даже такие линии не способны полностью перекрыть потребности российских заводов и восполнить прекратившиеся отгрузки из Тайваня.
На данный момент ведется строительство нового производства НМ-Тех в Зеленограде, которое позволит выпускать чипы по 28 нм техпроцессу. Об этапах строительства и приблизительных сроках начала производства пока не сообщается.
Обанкротившееся предприятие «Ангстрем-Т» может быть восстановлено «НМ-Тех»
Были попытки у отечественных разработчиков найти других поставщиков, не поддерживающих введенные санкции. На данный момент в мире существует более 400 заводов по производству микропроцессоров. Однако, высокопроизводительные чипы 16 нм могут предложить лишь десять из них.
Масштабное производство по 5 нм техпроцессу освоили лишь TSMC, Samsung и Intel, но последние не принимают внешние контрактные заказы.
Получается, если речь идет об относительно мощном и современном оборудовании, альтернативы тайваньским или южно-корейским компаниям на данный момент нет.
В таких условиях российским производителям остается выпускать процессоры средней производительности и искать им применение в сферах без жестких требований к быстродействию. Им найдется применение в оборонной и авиакосмической сферах.
Пытаться создать конкурентную альтернативу для рынка мобильных гаджетов или высокопроизводительных решений, к сожалению, пока невозможно.
В закладки