Как ответить микросхемами на макровызовы? Фабрика чипов в Зеленограде. Уникальные съемки из секретных лабораторий.
Одним из важнейших направлений импортозамещения сейчас, в эпоху стремительной цифровизации, становится производство микрочипов. Ни один гаджет, что мы держим в руках ежедневно, невозможен без этой маленькой, но очень важной детали. Сейчас лидерами в производстве микрочипов являются США, Китай и Южная Корея. Но у и России в этой области есть свой опыт. О корреспонденту ВГТРК Алене Рогозиной рассказал и показал один из самых авторитетных наших специалистов в разработке микросхем – академик РАН, руководитель завода "Микрон" Геннадий Красников.
Я одновременно похожа на космонавта, водолаза и доктора. Нас переодели – впереди абсолютно чистые помещения. Ходить неудобно, а как люди по 8 часов работают, вообще непонятно. Слышите? Дует. Это пылинки сдувают, когда загорится зеленый, идем дальше.
Сотрудники, то, что они производят и предприятие, – все засекречено. Приходится рассказывать своими словами. Это кластерная установка отечественного производства, на которой отрабатываются разные процессы создания новейших интегральных схем. Коллектив молодых ученых (многие пришли сюда техниками, отучились, защитились) сражается в мировой гонке идей по созданию энергонезависимой памяти.
Магия создания процессоров начинается с чистой кремниевой пластины. Пустые или, как здесь говорят, голые кремневые диски приходят на предприятие в белых контейнерах. Потом их перекладывают в желтые с чистой средой внутри. 400 с лишним операций. Если сегодня его запустят в производство, то пройдет примерно 3,5-4 месяца, прежде чем появится чип.
Быстрые устройства с большим ресурсом связаны с новым типом транзисторов. Производство полупроводниковых пластин по самой передовой для России технологии уровня 90 и 65 нанометров на заводе "Микрон". Нас просят выключить накамерный свет. Помните времена пленочных фотоаппаратов? Так вот здесь происходят процессы, похожие на проявление пленки. Пластины нагревают, чтобы создать на поверхности тонкий слой диоксида кремния. Наносят светочувствительный фоторезистивный полимер.
Транзистор – сложная слоистая структура – напоминает бутерброд из разных материалов. То, что мы по привычке называем микроэлектроникой, по сути, является уже наноэлектроникой. Современные транзисторы содержат по 10-12 слоев диэлектрика толщиной в ангстремы – десятые доли нанометра.
На отдельных этапах невидимого глазу производства материалы греют сфокусированным лучом электронов, проводят ионную бомбардировку поверхности, создают очень глубокий вакуум, иногда даже больше, чем в космосе, при безумно высоких температурах получают металлический пар из Вольфрама – самого тугоплавкого металла в мире. Современное производство процессоров – настоящее произведение технологического искусства.
В каждом чипе миллиарды транзисторов. Специальное математическое подразделение совместно с дизайнерами интегральных схем ведут огромную работу по моделированию. Создали на технологии 180 нанометров чипы с собственной архитектурой для транспортных карт, биометрического заграничного паспорта, универсальных электронных карт – все то, что обеспечило безопасность страны, когда грянули санкции.
Если взять знаменитый закон Мура, который определяет прогресс микросхем, во времена СССР микроэлектроника была нашей гордостью, символом общепризнанного мирового лидерства. Тогда наряду с США и Японией мы безоговорочно входили в тройку ведущих стран. Мало кто знает, но основа микроэлектроники – химическая сборка – была создана нашей ленинградской химической школой. Технологический уровень позволял делать не только лучшие в мире ракеты, самолеты, подводные лодки, но и бытовые электронные приборы.
В 1974-м появился первый микропроцессор, в 1979-м ― микроЭВМ, в 1985-м ― персональный компьютер "Электроника-85". Легендарный советский шаттл "Буран" — вершина развития отечественной космонавтики и мокроэлектроники.
После разрушительных 1990-х отставание увеличилось до семи технологических поколений. Это было очень много, но не навсегда. В последние годы отрасль на подъеме, и сегодня, уверен главный российский специалист по электронной компонентной базе академик Геннадий Красников, фора сократилась до двух поколений.
"Здесь наше все – наша технология, это наш дизайн, это наша математика. Естественно, на каждом этапе заложено ноу-хау. Если мы возьмем такое направление, как ID-документы или так технологии МБД-флэш, то меньше 45 нет. А массовые производства в 90-х нанометрах, где мы конкурентоспособны", – рассказывает Геннадий Красников, генеральный директор НИИ молекулярной электроники и завода "Микрон".
Сохранять положительную динамику и развивать научно-исследовательскую базу в турбулентных условиях экономических кризисов и санкций удается во многом благодаря именно Красникову. Прошел путь от инженера до генерального директора "Микрона". Ровесник Зеленограда. Руководит разработкой микроэлектронных технологий, критически важных для обеспечения государственной безопасности и запрещенных к экспорту в Россию. Курирует весь сегмент – от фундаментальной разработки до отраслевых институтов и освоения промышленностью.
"Мы должны в первую очередь создать такую технологическую независимость, чтобы страна могла спокойно жить и иметь устойчивую банковскую систему, транспортную, связь, а это в первую очередь связано с развитием микроэлектронных технологий", – уверен Красников.
Конечно, сразу пересесть на все собственное трудно. Идет постепенное замещение. Например, были проблемы с анализом качества компонентов – газы и жидкости на производство чипов должны подаваться сверхчистыми – на "Микроне" создана своя мощная лабораторная база. Вообще многие материалы, необходимые для мирового производства микроэлектроники, поставляются из России. Например, сапфировые подложки, сверхчистая химия, редкоземельные элементы. Без российских компонентов мировое производство микросхем встанет.
Ответом на санкционное давление стал рост производства собственной микроэлектроники в несколько раз. На этом заводе в Черноземье выращивают на кремниевой пластине кристаллы с заданными параметрами. Кристальное производство – первооснова микроэлектроники. Выпускают около 3 миллиардов кристаллов в год, из них только 300 миллионов штук остаются в России, остальные – на экспорт.
Сибирские разработчики микросхем нацелены на гражданский рынок. Заметным спросом сейчас пользуются микросхемы микронных размеров. Их производство после введения санкций на этом предприятии выросло в несколько раз. Ведутся работы по выпуску и микросхем субмикронных размеров.
Разрабатывают технологии проектирования и производства полупроводниковых соединений, необходимых для СВЧ-транзисторов, а также создают новое технологическое оборудование для полупроводниковых производств. Предприятие получило сейчас серьезный импульс к развитию – высокая потребность в отечественных электронных компонентах уже сказалась на росте выручки.
"Наши технологии востребованы во множестве областей гражданского народного хозяйства. Это и промышленная безопасность, это и разнообразные системы передачи данных, в том числе и забота о здоровье человека и животных", – отметил заместитель генерального директора по развитию компании.
Микроэлектронное производство требует специалистов очень высокой квалификации, имеющих глубокие знания в таких "тяжелых" дисциплинах, как физика, химия, автоматическое проектирование. Требуются тысячи молодых специалистов. Кадры готовят ведущие вузы.
Аспирантка Виктория Глухенькая участвует в разработке новейшего оптического транзистора, он ускоряет вычисления в 1000 раз.
В лаборатории МФТИ отечественный 3D-принтер печатает электрические схемы частицами материала, испаряющегося во время синтеза. Задача – создать оборудование, которое будет позволять формировать электронные устройства дешево и быстро,
На кафедрах МФТИ специалистов-микроэлектронщиков готовят со школы. Энергия и задор на профессиональном языке педагогов называются человеческий капитал, использовать его и потенциал академической отечественной науки – задача технологической независимости.
В финале – снова Зеленоград. Здесь на каждой улице вместо рекламных плакатов – постеры с героями микроэлектроники. Смотрите, какие жизнерадостные. И нашими новейшими разработками. Я, конечно, не специалист и могу только поделиться своим взглядом: мы создаем новую отрасль, развиваем машиностроение и приборостроение, расширяем наукограды, трансформируем систему образования и создаем свои чипы, чтобы развиваться самим и делиться технологиями с миром. Путь непростой, задач сложных много. Но ощущение уже очень приятное, и вектор в целом понятен.