На июньской конференции SEMICON Russia 2013, посвященной рынку микроэлектроники и прошедшей в Зеленограде, ключевые игроки этого рынка, среди которых были представители госструктур, науки, промышленности и инновационного бизнеса, обсуждали острые проблемы, стоящие перед отраслью, и пути их решения.

Новая госпрограмма

Павел Куцко, замдиректора департамента РЭП Минпромторга РФ, представил новую программу развития радиоэлектронной промышленности (РЭП) на 2013—2025 гг., целью которой является повышение конкурентоспособности отрасли посредством создания инфраструктуры для развития приоритетных направлений, интеграции в международный рынок и реализации инновационного потенциала.

Он с оптимизмом заявил, что после продолжительного кризиса российская микроэлектроника снова возрождается, чему способствуют ключевые тенденции, затрагивающие отрасль: динамичный рост РЭП, высокие темпы роста радиоэлектроники в структуре экономики страны, рост цен на обрабатывающее производство, которое может стать источником рабочих мест с наибольшей производительностью труда. При этом сегмент микроэлектроники определяет эффективность других отраслей промышленности и решения социальных задач.

В госпрограмме развития РЭП выделены три этапа. На первом этапе (2013—2015 гг.) предусматривается создание условий для развития отрасли; на втором (2016—2020 гг.) — начинается активное содействие запуску новых проектов; на третьем (2021—2025 гг.) — осуществляется переход к поддержке роста производства. Реализация всех трех этапов предусматривает координацию с национальными инновационными центрами развития: Сколково, Роснано, ВЭБ.

В программу заложены такие тренды, как последовательное снижение госфинансирования, увеличение частных инвестиций, проведение кластерной политики, ориентация на малые и средние предприятия, создание конкурентной среды. В стратегии развития отрасли, которая, по словам Павла Куцко, находится на утверждении в правительстве, учтены тенденции мировой микроэлектроники и условия в России, ее интеллектуальный потенциал.

Общий бюджет финансирования госпрограммы РЭП на 2013—25 гг. составит 517 млрд. руб. (без ОПК), из федерального бюджета выделяется 178 млрд. руб. В сегменте микроэлектроники планируется снижение госфинансирования с 19 млрд. руб. в 2013 г. до 11 млрд. руб. в 2025-м. В то же время, как ожидается, объем производства микроэлектроники вырастет за счет частных инвестиций с 30 млрд. руб. в следующем году до 45 млрд. руб. в 2025-м.

Николай Лисай, директор по развитию бизнеса компании “Ангстрем”, полагает, что “микроэлектронная индустрия — очень чувствительная отрасль, тесно связанная с интересами государства — политики, стратегии, соответствующих программ, что в целом важно для развития России”. Поэтому столь значимую роль играет представленная госпрограмма и затронутая в выступлении представителя Минпромторга тема стратегии развития. По его словам, “это очень наболевший вопрос, ибо не имея четкого плана и стратегии, непонятно, как и куда двигаться”.

По оценке Frost & Sullivan, объем мирового рынка полупроводников в прошлом году составлял 320,4 млрд. долл. Согласно отчету IHS iSuppli, в 2012 г. мировой рынок полупроводников сократился на 2,3% до 303 млрд. долл. из-за нестабильной экономической обстановки в некоторых регионах и в результате ослабления потребительского спроса на электронику. По прогнозу аналитиков, в текущем году ситуация стабилизируется; ожидается, что объем этого рынка возрастет до 322 млрд. долл. — на 6,4%.

“Сегодня мировая электронная промышленность достигла практически дна продолжающегося трехлетнего спада. Принимая во внимание цикличность отрасли примерно в пять-восемь лет, можно с определенной долей уверенности сказать, что уже ближайшие два года станут наиболее благоприятными для начала ее возрождения в России”, — отметил Анкит Шукла, директор практики технологических исследований Frost & Sullivan.

Рынок

Николай Лисай полагает, что отсутствие в открытом доступе статистики по темпам развития отечественного рынка микроэлектроники является одной из проблем, оказывающих отрицательное влияние на его развитие. Со времен СССР он остается, по его мнению, закрытым: получить достоверную информацию по нему, узнать о выпускаемой продукции и т. д. достаточно сложно. Не все фирмы публикуют данные о своей деятельности, ограничиваясь общими словами, в то время как по западному рынку имеется множество открытых публикаций на эту тему. “Для меня каждый раз понять, что такое российский рынок, это сплошные мучения. Так, находясь в Москве, мне удалось найти некоторые официальные данные по этой теме только в Интернете во Всемирной книге фактов ЦРУ (The World Factbook — ежегодно издаваемая Центральным разведывательным управлением США книга в стиле альманаха о странах мира), а в нашей стране это оказалось невозможным”, — пояснил он.

Большинство участников форума уверено, что ключевой проблемой, сдерживающей развитие отечественной микроэлектроники, является узкий внутренний рынок страны, к тому же в течение десятилетий занятый зарубежными электронными гигантами, вытеснить которых совсем непросто.

“Без выхода на внешний рынок решить вопросы привлечения частного капитала будет тяжело. В этих направлениях работает Минпромторг, правительство РФ”, — заявил Павел Куцко.

Алан Астье, вице-президент STMicroelectronics, полагает, что рынок в России слишком мал, но имеется потенциал для его развития, реализовать который сложно, поскольку в России отсутствует общая стратегия реализации инновационных решений. Это является сдерживающим фактором для развития микроэлектроники.

Николай Лисай согласен с коллегами в том, что микроэлектроника страны должна выходить на мировые рынки, поскольку внутренний мал. И здесь главное — найти нишу, обеспечить качество, ритмичность поставок продукции и т. п. “Но мы очень далеки от понимания, как выходить на мировые рынки и как они устроены, — считает он, — как представить бренд, гарантировать качество, своевременность поставок и т. п. — задача непростая. Это одно из направлений для возрождающейся микроэлектроники России, которое необходимо освоить”.

Алан Астье полагает, что рынок в России не только очень мал, но и плотно занят поставщиками зарубежных компонентов, которые присутствуют здесь уже десятки лет.

Николай Шелепин, заместитель генерального конструктора “Микрон и НИИМЭ”, уверен, что отечественного производителя электронных компонентов (ЭК) при попытке выйти на этот небольшой рынок ожидает жесткая конкуренция. Например, при поставке транспортных электронных компонентов метрополитену “нас ожидает жесточайшая конкуренция, притом не всегда честная”. Он считает, что отрасли надо прежде всего сделать отечественные электронные компоненты конкурентными, сократив издержки их производства (имея в виду, что цены на кремниевые пластины во всем мире одинаковы), а для улучшения технических характеристик ЭК — задействовать интеллектуальный потенциал специалистов.

Участники форума отмечали, что инвестиции в Россию слишком малы. А Николай Шелепин высказался более жестко: “В каких условиях мы хотим развивать наш рынок? Все компании хотят сотрудничать с нами, но… за наши деньги. Зарубежных инвестиций в нашу электронику мы не видим”.

По его мнению, здесь можно привести лишь один прецедент: очень давно “Филипс” построил в Воронеже завод по производству кинескопов и телевизоров и потом оттуда ушел, так как бизнес в стране не состоялся.

Приоритетные сегменты

В Минпромторге считают, что при реализации госпрограммы развития РЭП придется сфокусироваться на приоритетных сегментах: энергоэффективные системы, автомобильная отрасль, медицина, безопасность, промышленная электроника. У российских предприятий в этих сегментах есть задел технологий, производственный и интеллектуальный потенциал, полагает г-н Куцко. Планируется производство ключевых электронных компонентов (ЭК).

По данным Frost & Sullivan, в ближайшие три года продукты российского рынка микроэлектроники будут наиболее востребованы в аэрокосмической, оборонной отраслях, а также в телекоме и на транспорте.

Алан Астье отметил, что в каждом регионе свои особенности, и хотя “Россия — очень богатая страна с богатым населением, в ней не решены такие проблемы. как транспорт, безопасность, медицина”, где активно используются продукты микроэлектроники.

С ним согласен Николай Шелепин: в нашей стране с точки зрения электроники приоритетными являются именно эти сегменты. При наличии сквозных госпрограмм по созданию аппаратуры они могли бы стать “мощным драйвером развития российской электроники, о которой мы мечтаем”. Так, зарубежные микросхемы с криптозащитой не должны составить конкуренцию отечественным, в том числе в связи со вступлением в ВТО. “Но России требуются еще компоненты для космоса, которые сложны и не дают заказов больших серий для загрузки предприятий”, — добавил он и высказал уверенность в том, что “если догонять, то никогда не догнать. Надо развивать те области, в которых есть компетенции и в которых по технологии разработок мы можем конкурировать с миром”.

Вместе с тем при освоении новой ниши встают неожиданные проблемы, для решения которых требуется профессионализм и интеллект. Так, при запуске в “Микроне” проекта УЭК (универсальная электронная карта) считалось, что она должна быть рассчитана на отечественную платежную систему. Но Сбербанк настоял на необходимости соответствия УЭК международным стандартам. В то время отечественные специалисты не обладали компетенцией в этой сфере, но благодаря интеллекту им удалось разобраться в проблеме и решить эту задачу за два года: уже в 2012 г. были получены международные сертификаты мастер-карт и безопасности. “В списке сертифицированных международных производителей мы (“Микрон”) оказались на восьмом месте”, — с удовлетворением отметил Николай Шелепин.

Павел Куцко полагает, что государство должно поддержать эти направления: отечественная микроэлектроника должна заменить зарубежную в тех отраслях, где необходимо и разрешено соглашениями с ВТО. Так, создание баз микроэлектронных компонентов для космоса, паспортно-визовых документов и специального назначения нужно решать за счет госфинансирования. По его словам, в определении статуса отечественной микроэлектроники за последний год проведена большая работа, в частности в определении преференций при поставках продукции.

Господдержка

Павел Куцко сообщил, что благодаря господдержке, которая будет снижаться, удалось решить важные задачи, позволяющие отрасли двигаться вперед: сохранили структуру предприятий, создали основу для развития производства микроэлектроники, сформировали структуру дизайн-центров, способных работать на современном оборудовании. “За последние годы у нас произошел скачок в микроэлектронике. В первую очередь успехи связаны с предприятиями Зеленограда. НИОКР финансируются на небывалом ранее уровне”, — сказал он.

Николай Шелепин подтвердил, что в последние три года в части госфинансирования отрасли стали делаться конкретные шаги. По его мнению, в представленной госпрограмме развития РЭП, хорошим признаком является свертывание правительством программы прямой поддержки предприятий отрасли: будут финансироваться только предприятия с реальными инвестпроектами, позволяющими выйти на рынок с реальной продукцией.

При реализации госпроектов их поддержка со стороны государства совершенно необходима. “Например, когда мы разработали отечественные микросхемы нового поколения для паспортно-визовых документов, — пояснил он, — денег (15 млн. руб.) на их межведомственные испытания в Минкомсвязи не нашлось. Потребовались большие усилия, с тем чтобы их провести, причем за счет разработчиков — “Микрона” и “Ангстрема””.

Николай Лисай выразил сомнение в том, что отрасли вообще требуется господдержка, сославшись на данные консалтинговой компании McKinsey по исследованию господдержки в Китае, Израиле, Тайване и США, которая там, якобы, практически отсутствует. Что касается поддержки инноваций в нашей стране за счет снижения налогов, то в западных странах налоговая нагрузка значительно больше, напомнил он.

У Алана Астье иное видение: все крупные страны — развитые или развивающиеся — стремятся поддерживать полупроводниковую отрасль, рассматривая ее в качестве ключевого драйвера инноваций и социального прогресса. Так, правительства Франции, Германии и др. поддерживают инициативы в области микроэлектроники, если они направлены на решение проблем в стране. В ближайшей и среднесрочной перспективе этот тренд сохранится. По его словам, в настоящее время 90% инновационных решений построено на микроэлектронике.

По данным исследования Frost & Sullivan на основе опроса (проведенного в апреле — мае этого года среди примерно ста экспертов и топ-менеджеров российских и зарубежных компаний), 92% респондентов считают, что меры, предпринимаемые сегодня правительством по поддержке конкурентоспособности российской микроэлектроники, недостаточны.

Хайнц Кундерт, президент SEMI Europe, также уверен, что господдержка такой отрасли, как микроэлектроника, играет важную роль во всех странах, например в Китае, США, Японии.

Он сообщил, что в мае Комиссия Евросоюза выступила с инициативой инвестировать в течение следующих семи лет около 100 млрд. евро в европейскую микро- и наноэлектронику, с тем чтобы к 2020 г. довести долю европейских стран на мировом рынке этой отрасли с 10 до 20%. Для достижения этой цели следует создать новые технологии. Восемь крупных фирм поддержали эту инициативу. Примерно 10 млрд. евро от частных, региональных, национальных источников и Евросоюза будут направлены на НИОКР, включая 5 млрд. евро — через государственно-частное партнерство.

Для сравнения: объем отечественного рынка микроэлектроники находится на уровне менее 1%.

По мнению г-на Кюндерта, российское правительство так же, как и Евросоюз, может оказать господдержку собственной отрасли, с тем чтобы значимо увеличить долю страны на мировом рынке микроэлектроники.

Кластеры

Николай Шелепин полагает, что разработки российских компаний конкурентоспособны, однако до производства и рынка доходят очень немногие. Кроме того, в России отсутствуют или не развиты важные элементы цепочки производства электроники (например, САПР, оборудование и сырье, сборка электроники и др.). Все эти насущные проблемы отечественной отрасли могут эффективно решаться с помощью кластерной политики, заложенной в новой программе развития РЭП.

Он уверен, что сегодня ни одна фирма не в состоянии изолированно решить весь пласт проблем современной микроэлектроники. Для развития и успешной конкуренции необходима консолидация ресурсов многих организаций, объединяющихся в кластер, с целью выстраивания полной цепочки от разработки до производства, идентификации и устранения пробелов в производственной цепочке.

По его словам, таким кластером, включающим 150 компаний, де-факто выступает Зеленоград с “якорным” центром из двух фирм “Микрон” и “Ангстрем”. Созданная на “Микроне” за это время школа разработчиков программного обеспечения, схемотехников, дизайнеров, а также собственное производство, позволят, как утверждается, оперативно реагировать на новые требования государственных органов.

Создание инновационных кластеров предусмотрено госпрограммой развития РЭП. По словам Павла Куцко, прорабатывается вопрос о создании 20 таких кластеров. Однако при создании кластеров, считает Николай Шелепин, необходимо обеспечить ряд мер регулирования рынка и господдержки по примеру мировых технопарков: развитие инфраструктур (телеком, жилье, образование и др.), дешевые кредитные деньги, экономические и административные свободы, политику интеграции предприятий кластера с якорной компанией.

На форуме были представлены результаты отдельных достижений, которые доказывают, что при адекватной политике инвестирования государством российская микроэлектроника начала выходить из затяжного кризиса. Вместе с тем складывается впечатление, что наращивание объемов производства ЭК, темпы выхода из кризиса и сроки реанимации отечественной отрасли вряд ли можно назвать сколько-нибудь приемлемыми для такой страны, как Россия, в сравнении с аналогичными показателями зарубежных конкурентов, которые вовсе не намерены ни инвестировать в нашу отрасль, ни тем более сдавать свои позиции как на своем, так и на российском рынке микроэлектроники.

Перспективы микроэлектроники

Современный этап научно-технической революции характеризуется исключительно быстрым ростом сложности радиоэлектронной аппаратуры. В связи с этим традиционные методы ее производства путем последовательной сборки из дискретных элементов стали неприемлемы, поскольку не могут обеспечить требуемых надежности, экономичности, энергоемкости, габаритов и времени изготовления. Возникла необходимость поиска принципиально новых путей создания электронной аппаратуры. На этом фоне и родилась микроэлектроника - новое направление электроники, решающее с помощью сложного комплекса физических, химических, схемотехнических, технологических и других методов и приемов проблему создания высоконадежных и экономичных миниатюрных электронных блоков и устройств.

Любой радиоэлектронный прибор - это своеобразный электрический мир. И все чудеса, которые может совершать радиоэлектроника, в итоге сводятся к сравнительно простым операциям с электрическими зарядами и электромагнитными полями. В радиоприемнике, например, это в основном превращение электромагнитных волн в электрический ток, усиление и превращение его в звук. В телевизоре процессы почти те же, но только к ним добавляется еще преобразование электрического тока в изображение.

Если перевести существующие телевизоры д радиоприемники на транзисторы, будет сэкономлена электроэнергия, вырабатываемая несколькими ГЭС мощностью с Днепровскую. Не следует забывать и о микроминиатюризации. Она играет особо важную роль в создании радиоэлектронной аппаратуры для космических исследований и в других областях техники.

Дальнейшее развитие и совершенствование полупроводниковых приборов характеризовалось созданием микроминиатюрных (микроэлектронных) схем. Микроэлектроника позволила увеличить плотность монтажа сразу в сто и более раз - в одном кубическом сантиметре объема микромодуля размещается несколько десятков сверхминиатюрных деталей. Примером может служить радиовещательный приемник "Микро" величиной со спичечную коробку, впервые появившийся в нашей стране. Вместе с источником питания он весит всего 28 г. Завтра подобный приемник будет не больше спичечной головки.

Еще более поразительные результаты получены после появления интегральных схем. Кристаллики этих схем, пришедшие на смену транзисторам, решают многие проблемы миниатюризации современной радиоаппаратуры.

Сравнительно недавно лампы уступили место транзисторам, с появлением которых радиолюбители перестали корпеть над пайкой бесчисленных проводов - в продажу поступили печатные схемы. Достаточно было припаять деталь в указанном месте - и схема готова. Интегральные схемы еще больше упрощают дело. Теоретически все элементы схемы, за исключением антенны и динамика, теперь можно разместить в кристаллике, например, кремния. При соответствующей обработке в кремниевый кристалл прочно врезаются транзисторы, диоды, сопротивления.

Интегральная схема - это микроминиатюрная структура, в которой многочисленные радиоэлементы соединяются на поверхности или внутри основы. В отличие от старых схем, в которых детали соединялись пайкой, интегральная схема - неразрывное соединение, что почти исключает неисправности.

Интегральные схемы на одной монокристаллической полупроводниковой пластине, созданные путем локального воздействия на микроучастки полупроводникового кристалла, со свойствами, соответствующими функциям микродеталей (полупроводниковые интегральные схемы), являются естественным развитием отработанных в течение последних десятилетий технологических принципов массового производства дискретных полупроводниковых приборов.

Интегральные схемы на некристаллической^ (изоляционной) подложке, создаваемые обычно из стекла или стеклокерамического материала путем послойного нанесения одна на другую пленок различных материалов с одновременным формированием из них микродеталей и их соединений (пленочные интегральные схемы), создаются в результате развития вакуумных методов нанесения тонкопленочных покрытий.

Исключительно широко интегральные схемы применяются в электронно-вычислительной технике. За последние 20 лет произошло несколько смен поколений ЭВМ. Первое поколение (1955-1960 гг.) - это машины на электронных лампах с быстродействием от 500 до 3 тыс. арифметических операций в секунду, второе поколение (1960-1965 гг.) - машины на полупроводниковых элементах с быстродействием их от 30 тыс. до 100 тыс. операций в секунду. Третье поколение (1965-1970 гг.) - машины на микроэлектронике. Быстродействие их достигает миллиона арифметических операций в секунду. В машинах четвертого поколения (1970-1975 гг.) используют интегральные схемы микроэлементов. Быстродействие их составляет сотни миллионов операций в секунду. Широкое распространение получают экранные пульты для ввода и вывода информации при осуществлении диалога человека с машиной.

Благодаря малым размерам и высокой надежности интегральных схем стало возможным создание очень сложных радиоэлектронных систем, таких, как электронно-вычислительные машины искусственных спутников Земли. А ведь первая ЭВМ была тридцатитонным сооружением. Подобная машина на интегральных схемах умещается на письменном столе.

До каких пределов можно уменьшать радиоэлектронную аппаратуру? На этот вопрос нельзя ответить однозначно. Сейчас успешно развивается и совершенствуется новое направление в электронике - молектроника (молекулярная электроника). Здесь детали конструкций по размерам приближаются к молекулам. Когда задачи молектроники будут решены практически, электронно-вычислительные машины станут не больше карманного транзисторного приемника или записной книжки.

Огромные возможности в решении проблем микроэлектроники сулит голография. Уже сейчас с помощью голограмм удается фиксировать положение объекта с точностью до длины световой волны, т. е. до тысячных долей микрона. В недалеком будущем при нанесении полупроводникового рисунка на интегральные схемы вместо неудобных шаблонов будут пользоваться голограммами. Отпадет надобность в сложнейших дорогостоящих системах линз, появится возможность механизации процесса. Голография станет верным помощником микроэлектроники.

Электронная эмиссия

В связи с требованиями миниатюризации и надежности электронных устройств огромное значение для современной электронной техники приобретают твердотельные пленки. В последние годы широко исследуются их электрические, в том числе сверхпроводящие, оптические, магнитные свойства. Особый интерес вызывают очень тонкие пленки, которые нельзя получить из толстых образцов путем их обработки, а можно лишь вырастить на подложках, например распространенным методом вакуумного напыления.

При постепенном напылении пленки становятся сплошными после достижения ими толщины более миллионных долей сантиметра. До этого они состоят из раздельных микроостровков и поэтому называются островковыми, или диспергированными, пленками. Такие пленки представляют для науки особый интерес. Поскольку их островки обладают чрезвычайно малыми размерами, они становятся квантовомеханическими объектами. У них проявляются свойства, отсутствующие у толстых пленок, что открывает новые возможности их применения, особенно в связи с микроминиатюризацией.

Именно в таких пленках и было обнаружено явление эмиссии электронов (речь идет о пленках золота в несколько десятков ангстрем) при пропускании через них тока. Его открыли ученые Института физики АН УССР член-корреспондент АН УССР П. Г. Борзяк, кандидат физико-математических наук О. Г. Сарбей и научный сотрудник Р. Д. Федорович, Позже были испробованы многие подложки и разные металлы для пленок. Во всех случаях явление повторялось. Оказалось, что оно свойственно всем металлическим диспергированным пленкам определенной толщины.

Последующие теоретические исследования показали, что установленное явление объясняется сильным разогревом электронов, осуществляющих проводимость в диспергированной пленке, без сильного нагрева самой пленки в электрическом поле. Такой разогрев невозможен ни в массивном металле, ни в сплошной металлической пленке, так как в них нельзя создать сильное электрическое поле. Кроме того, установлено, что в диспергированную пленку можно ввести большую по сравнению с массивным металлом удельную электрическую мощность (мощность на единицу массы вещества), за счет которой тоже идет разогрев электронов. Наиболее "горячие" из них, т. е. наиболее быстрые, и принимают участие в эмиссии.

Явление электронной эмиссии было обнаружено очень своевременно. Именно в начале 60-х гг. стала популярной идея создания ненакаливаемых, или холодных, катодов. В принципе металлические диспергированные пленки и являются такими катодами. В настоящее время получают катоды, выдерживающие испытания на протяжении 10 тыс. ч. Возможность получения микроминиатюрных катодов очень важна для микроэлектроники.

Катоды на основе диспергированных пленок оказались радиационно устойчивыми. Это открывает им путь в космическую электронику. Появилась идея создания вакуумных интегральных схем для космической электроники. В качестве элементов для таких схем предполагается использовать и катоды на основе диспергированных пленок. В Институте физики АН УССР продолжаются исследования, направленные на получение катодов с улучшенными показателями, в том числе не только из золотых пленок, но и из пленок других материалов. Найдены пленки, которые при хорошей стабильности обладают очень большой эффективностью электронной эмиссии - до 30 %.

В диспергированных металлических пленках электронной эмиссии сопутствует другое интересное и важное явление - электролюминесценция, т. е. излучение холодной пленкой света за счет потребляемой электрической энергии. Такое излучение было обнаружено в полупроводниках, но о его присутствии в металлах не было известно. Оно объясняется авторами открытия наличием в диспергированных пленках "горячих" электронов. Это подтверждается тем обстоятельством, что, запирая эмиссионный ток, т. е. увеличивая концентрацию "горячих" электронов в пленке, мы усиливаем яркость ее свечения. В Институте физики АН УССР разрабатывается теория механизма этого явления. Оно получит практическое применение в оптоэлектронике, для которой как раз нужны пленочные электролюминесцентные источники света.

В 1965 г. в журнале "Евро-нуклеар", освещающем проблемы развития европейских ядерных исследований, сообщалось: "Три украинских научных работника - П. Г. Борзяк, О. Г. Сарбей, Р. Д. Федорович открыли два явления металлов, которые получат практическое применение в области микроэлектроники. Их эксперименты установили, что холодный металл может эмитировать электроны, когда через него проходит ток, и начинает люминесцировать при этих условиях. Это открытия первостепенной важности, ибо они приближают создателей электронного оборудования к осуществлению их мечты- холодному металлическому катоду, т. е. источнику электронов, который сам не нагревается и потому не производит тепла..."

Описанное открытие зарегистрировано под № 31 с приоритетом от 26 июня 1963 г. Формула открытия следующая:

"Установлено ранее неизвестное явление, заключающееся в том, что при прохождении электрического тока через тонкие металлические пленки с островной структурой толщиной в несколько десятков (от 40 до 80 для золота) ангстрем возникает эмиссионный ток, обусловленный тем, что часть электронов, осуществляющих перенос заряда между металлическими островками в пленке, имеет компоненту скорости, нормальную к поверхности пленки" .

Микроэлектроника. Новая быстро развивающаяся технология

2.1 Перспективы развития микроэлектроники

Основные усилия разработчиков ИМС направлены на усовершенствование уже сложившихся принципов создания ИМС, на улучшение их электрических и эксплуатационных характеристик. Работы ведутся, главным образом, в направлении повышения быстродействия схем (уменьшения энергии, расходуемой внешним источником на одно переключение логического устройства) и их степени интеграции. Решение этих проблем связывают с усовершенствованием технологии получения микроэлектронных структур минимально возможных размеров .

Дальнейшее развития микроэлектроники связано с принципиально новым подходом, позволяющим реализовать определенную функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, используя различные физические эффекты в твердом теле. Такое направление получило название "функциональная микроэлектроника". Используются оптические явления (оптоэлектроника), взаимодействие электронов с акустическими волнами в твердом теле (акустоэлектроника), эффекты в новых магнитных материалах (магнетоэлектроника), электрические неоднородности в однородных полупроводниках, явление холодной эмиссии в пленочных структурах, явления живой природы на молекулярном уровне (бионика, биоэлектроника, нейристорная электроника) .

Микроэлектроника стремительно меняет нашу повседневную жизнь. Еще 10-15 лет назад было сложно представить появление многих современных цифровых устройств. Среди неспециалистов мало кто понимал перспективы и скорость развития технологических новинок. Сегодня цифровые камеры заменили пленочные, IP-телефония - проводную связь, навигаторы - дорожные карты, а на смену бумажным письмам и книгам пришли электронные. Все это стало возможным благодаря развитию микроэлектроники и падению цен на чипы.

Прогресс, достигнутый сегодня в полупроводниковой промышленности, позволяет осваивать все новые и новые области применения. Думаю, еще лет через десять у каждого вместо персональных компьютеров появятся персональные роботы-помощники, которые возьмут на себя большинство рутинных функций, а через 20 лет будет создана виртуальная реальность и человек сможет уходить в трехмерное пространство.

Вообще, с точки зрения техпроцессов, микроэлектроника - это вершина высоких технологий. Микроэлектронные предприятия устроены крайне сложно, и сегодня ни одна фирма в одиночку не способна поднять и решить весь пласт проблем, который встает перед современной микроэлектроникой. Поэтому вокруг производства формируется целый кластер научно-производственных компаний, R&D-центров, лабораторий. В него входят компании, занимающиеся разработкой, синтезом и производством новых материалов, производители высокотехнологичного оборудования, компании-специалисты в области дизайна чипов и высококвалифицированные аналитики, специалисты по исследованию состава и структуры вещества. То есть микроэлектронный кластер - это сотни высокотехнологичных компаний самого разного профиля.

В последние годы микроэлектроника в России развивается довольно успешно. Наше направление включено в программу исследований в проекте "Сколково", информатика названа одной из приоритетных областей высоких технологий в России

Сейчас формирование микроэлектронного кластера ведется в Зеленограде фактически заново. Зеленоград - колыбель высоких технологий. Но в трудный переходный этап после распада страны многое здесь было упущено. Сейчас то, что мы по привычке называем микроэлектроникой, по сути, является уже наноэлектроникой. Лишь благодаря крупным инвестициям с использованием инструментов частно-государственного партнерства и целенаправленной работе по модернизации за последние 5 лет "Микрону" удалось сократить технологическое отставание от переднего края мировой микроэлектроники до 2-3 технологических поколений, сейчас реализовывается проект по запуску производства уровня 90 нанометров.

В мире есть микросхемы и меньших размеров - до 32 нанометров, они используются для производства мощных микропроцессоров и ячеек памяти. Но именно топологический уровень в 90 нм наиболее востребован в автомобильной и промышленной электронике, электронных документах, банковских и смарт-картах. Наряду с топологией 65 нм это - самая используемая технологическая норма в мире.

С переносом технологии производства чипов с топологическими нормами 180-90 нм в Зеленограде началось формирование экосистемы современного микроэлектронного кластера. Сейчас мы работаем над тем, чтобы привлечь к сотрудничеству по разным направлениям как можно больше партнеров здесь, в России. По статистике, создание одного рабочего места на микроэлектронной фабрике ведет к появлению 10-12 новых рабочих мест для квалифицированных специалистов в смежных отраслях. Например, аналитические пробы, которые делались в Германии, перенесены в лабораторию МИЭТ, французский производитель AirLiquide строит газогенерирующую станцию в Зеленограде.

Мы развиваем связи с дизайнерскими центрами в России и за рубежом, в перспективе планируем заказывать в России фотошаблоны для литографии (это ключевой этап микроэлектронного производства). Восстанавливаются связи и с наукой - академические институты берут на себя те или иные исследования, работы по новым материалам и моделям. В частности, мы работаем с Физико-технологическим институтом Российской академии наук, с Институтом физики полупроводников Сибирского отделения РАН, сейчас подключаем другие институты, так как сфера большая, широкая. Развитие микроэлектроники позволяет с оптимизмом смотреть в будущее российских высоких технологий. Глобальная проблема сегодня - отсутствие внутреннего спроса на продукцию отрасли. Бизнес есть бизнес, и без окупаемости проектов требующая постоянных крупных финансовых вливаний полупроводниковая отрасль не может развиваться.

Пример других стран, история развития микроэлектроники в таких регионах, как Китай, Южная Корея, Германия, Франция - а сегодня это ведущие мировые производители полупроводников, - показывает, что в первую очередь спрос на продукцию микроэлектроники формирует само государство. В том числе и с помощью введения различных стандартов. Например, государство может обязать производителей размещать гарантирующие защиту от подделок чипы на всех фармацевтических препаратах, алкогольной продукции, почтовых отправлениях. Сейчас на государственном уровне идет процесс перехода к электронным паспортно-визовым документам, информатизации, вводятся универсальная электронная карта, электронное правительство. Все эти новшества основаны на чипах, которые хранят зашифрованную информацию и обеспечивают национальную безопасность. Ведь чип, произведенный зарубежным партнером и включающий компоненты от массы разных поставщиков, в конечном счете не может гарантировать полную защиту от несанкционированного доступа и полную безопасность ключей. Поэтому в силах правительства регламентировать использование отечественных микросхем при реализации инновационных проектов.

Истории успеха микроэлектронной отрасли в Юго-Восточной Азии и Европе основаны на значительной глобальной поддержке со стороны национальных правительств, связанной с таможенным, тарифным регулированием, гарантийным обслуживанием. Микроэлектроника формирует активы, которые остаются в стране и являются ее интеллектуальным богатством.

микроэлектроника вычислительный техника пленка

Анализ развития робототехники

Информационные технологии и электроника

В настоящее время радиоэлектроника и информационные технологии продолжают активно развиваться. Проводятся исследования биологической обратной связи или управления электроникой с помощью мысли...

Исследование принципов построения и путей совершенствования радионавигационных систем

Изучение СРНС (типа NAVSTAR и ГЛОНАСС) приводит к выводу, что ее использование в целях навигации особенно эффективно. Основной причиной этого является применение в этой системе концепций, которые находятся на переднем крае развития науки и техники...

Микроэлектроника является продолжением развития полупроводниковой электроники, начало которой было положено 7 мая 1895 года, когда полупроводниковые свойства твердого тела были использованы А.С.Поповым для регистрации электромагнитных волн...

Микроэлектроника. Новая быстро развивающаяся технология

Основной тенденцией развития микроэлектроники является повышение степени интеграции микросхем. Согласно знаменитому прогнозу, сделанному в 1965 г. и известному с тех пор как закон Мура...

Морские спутниковые системы, используемые в ГМССБ и радионавигации. Их роль в обеспечении безопасности морского судоходства

В настоящее время на базе системы ГЛОНАСС предполагается создание Единой глобальной системы координатно-временного обеспечение (ЕС КВО). Кроме спутниковой системы...

Основные материалы микроэлектроники, применяемые в процессе ее развития

Современная технология микроэлектроники основана на двух принципах: последовательном формировании тонких слоёв или плёнок при определённых режимах и создании топологических рисунков с помощью микролитографии...

Перспективы развития мобильных технологий в Украине

Обычно высокоскоростными подключениями к Интернету многие из нас пользуются в собственном доме, в офисе или даже в местном Интернет-кафе. Однако в пути эти подключения оказываются не доступными...

Перспективы развития телекоммуникационных систем в России

Стандартное российское телевидение уже давно устарело. Оно вещает в стандарте Secam и обеспечивает 25 кадров в секунду при черезстрочной развёртке изображения. Количество точек в этом формате составляет 720Ч576...

Полевые транзисторы и их применение

Светоизлучающий органический полевой транзистор . Изобретение относится к области оптики, в частности к электролюминесцирующим наноструктурам...

Прямоугольная фазированная антенная решетка с прямоугольной сеткой прямоугольных волноводов

К наиболее важным направлениям дальнейшего развития теории и техники ФАР относятся: 1) широкое внедрение в радиотехнические устройства ФАР с большим числом элементов, разработка элементов новых типов...

Разработка сети передачи данных Нуринского РУТ Карагандинской области на основе создания цифровых РРЛ

Оцифрованные магистрали, на базе которых строятся современные сети передачи информации, должны быть стандарта SDH (Synchronous Digital Hierarchy -это синхронная дискретная иерархия)...

Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод

Ударно-ионизационный волновой пробой и генерация пикосекундных сверхширокополосных и сверхвысокочастотных импульсов в дрейфовых диодах на основе GaAs с резким восстановлением: Впервые экспериментально подтверждено...

Современные лазерные гироскопы

Сегодня созданы достаточно точные гироскопические системы, удовлетворяющие большой круг потребителей. Сокращение средств, выделяемых для военно-промышленного комплекса в бюджетах ведущих мировых стран...

Фотоэлектрический преобразователь

Высокая цена установок определяется высокой стоимостью солнечных модулей. При производстве монокристаллических кремниевых ФЭП затрачивается такое количество энергии и труда...

Принято считать, что “рашка лапотная” и не производит своей микроэлектроники. Однако это не так. На текущий момент можно считать российскими процессоры и процессор. Однако, оба процессора выпускаются на Тайвани, а в России только проектирование. Пока что в России производить процессоры дорого.

А насколько процессоры стоит производить в России и зачем, ответит “”. Очень структурировано и профессионально рассказал о текущем состоянии микроэлектроники. Для желающих узнать более развернутые ответы, в тексте везде ссылки на все вопросы.

1. Можете рассказатьо своем опыте (текущая деятельность, степени, опыт).

Опыт деятельности – параллельное программирование, операционные системы, компиляторы, моделирование физических процессов,медицинская информатика, программная инженерия, проектирование и архитектурирование распределенных ИТ-систем, управление проектами, системная аналитика и консультирование, преподавание.
Много приятелей по alma mater (МФТИ) с экспертизой по микроэлектронике.

2. На текущий момент в россии организовано производство процессоров по какой технологии? 10 нм, 28 нм, 60 нм, 90 нм?

Освоено промышленное производство 90 нм. Освоили 65 нм., но еще не готовы к массовому производству.

3. Что помешало закончить проекты по производству процессоров по технологии 60 нм?

Нестабильное и небольшое финансирование. Организационная и владельческая неразбериха. Не очень быстрая подготовка и обучение кадров у западных производителей различного вида оборудования производственных линий.

4. Какие процессоры можно считать российскими?

Сейчас? Именно полностью «российские» микропроцессоры всех видов, начиная от самостоятельного производства сверхчистых пластин, масок, корпусов? Названия таких вряд ли будут знакомы. Какие-нибудь FPGA 5576ХС4Т, 5576ХС3Т, (НИИСИ),, (НИИСИ), что-то из продукции белорусского (читай советского) «Интеграла» (по 800 нм), микропроцессоры и микроконтроллеры из (перечень микросхем спецназначения МОП 44 001.01-21).

В 2015 г. Минпромторг разработал проект правительственного постановления, в котором описаны критерии интегральных микросхем российского производства, двух уровней. Первый подразумевает производство радиоэлектроники налоговыми резидентами РФ, более 50% которых принадлежит российскому государству или гражданам без двойного гражданства. У производителей должны быть права на конструкторскую документацию, и они не могут использовать готовые схемотехнические решения иностранного происхождения.

Второй уровень, с оговорками, допускал привлечение к производству компонент партнеров за пределами России. Наиболее жесткие требования к «национальной чистоте» микропроцессорной техники предъявляет ФСБ. Менее строги к критериям «Росатом», МВД.

Микропроцессоры типа, серия «Эльбрусов» и пр. – проходят по второму уровню. «Эльбрус-8С» – не полностью «отечественные» российские микропроцессоры. В «Эльбрус-8С» – российский дизайн/архитектура. Производится эта архитектура на Тайване (TSMC).

Процессоры (800 МГц, 65нм, ) и «Эльбрус-2С+» сначала планировали производить на линиях «Микрон», но опять же, пока «выпекают» на фабриках «партнёров из Юго-Восточной Азии».

При производстве микропроцессоров «на стороне» еще неизвестно что туда дополнительно «заложат», в «подарок».

См. недавнюю историю с

5. В случае. если ВСЕ страны объявят нам санкции и не будут поставлять нам процессоры Чем это грозит в краткосрочной перспективе / в долгосрочной перспективе

Так мы и так под постоянными санкциями. В США/ЕС/Японии постоянно и согласованно (из США) обновляются ограничения на поставки технологий производства микропроцессоров/микросхем другим странам.

Вряд ли соберутся запрещать продавать те микропроцессоры, что уже широко продаются. Бизнес все-таки, немалые доходы и реноме нейтральности в мире.

Хотя, бывают и исключения. При реализации проекта УЭК компании VISA и Mastercard ежегодно теряли бы примерно ~$4 млрд. Из-за рубежа намекнули практически на ультиматум: или снимаете банковско-платежную составляющую проекта, или будет запущен очередной COCOM на технологии, особенно запрет на поставки выбранных для УЭК чипов карт, которые в РФ не производятся. В итоге (2014).

Если вдруг будет запущена вторая и долгосрочная версия COCOM, придется «выкручиваться», по старой русской традиции. Может вместе с китайцами? Может еще как-то?

6. насколько Важно обладать технологиями уменьшения размера технологий в процессоре?

Более высокую скорость вычислений в большей степени обеспечивают более высокие тактовые частоты (ТЧ), больше, чем фактор миниатюризации элементов в микропроцессоре.

Но, более высокие ТЧ дают и более повышенное рассеяние тепла, что является одной из самых больших проблем в увеличении производительности.

Физический предел современных технологий кремниевой начинается примерно с 7 нм. Уменьшение размеров транзисторов до менее 10 нм (окомикроэлектроники ло 20 атомов кремния, см. в) значительно обостряет проблемы удаления тепла из-за проблем с токовыми утечками, вызываемыми туннелированием-просачиванием («пассивные утечки»). Помимо возрастания количества многочисленных наводок, на высоких частотах отражение сигнала от конца более «коротких» линий уже само по себе создаёт значительную .

Есть свои (миниатюризации).

Одно время в развитии была надежда на переход на архитектуры с реализацией троичной логики (включая и технологии хранения данных), но Intel тогда выносил всех конкурентов вперед ногами с «рынков» и ему было и так хорошо. А теперь уже «поезд ушел», и троичная система не эффективна для реализации на столь миниатюрных 2D-полупроводниках, где многое завязано на реализации транзисторов, на топологию микросхем, на переходные процессы в электрических цепях. Еще и накладывается существенная, промышленная на единицу вычислительного потока.

Так что – если и вкладываться в разработки, то уж двигаться сразу в области «новых» технологий элементной базы. Например, в оптоэлектронику (оптронику), где и ТЧ выше (3-4 порядка), и рассеяние тепла меньше и скорости прохождения сигналов выше (в ~80 раз). А еще лучше – в реализацию миниатюрных устройств-3D-кристаллов, с реализацией в них вычислительных процессов на основе использования нелинейной электродинамики (т.н. ).

P.S. Нанотрубки, графен, и «квантовые компьютеры» – это пока «разводилово» конкурентов на отвлекающие исследования.

7. можете сказать, на ваш взгляд, насколько сейчас принципиально догонять производителей процессоров в технологии 10нм, или для военных не принципиально? Ну а для всех бытовых нужд можно покупать за границей?

Догонять, вкладываясь в разработки, именно современных “кремниевых” технологий – мало смысла. Технологии распространения плоских ЭМВ по цепям на кремнии – уже на физическом пределе, правило Мура уже не выполняется. Для «бытовых» нужд можно покупать и за границей, для военных целей – производить у себя, по меньшим нанометрам.

Доклад PITAC (The President’s Information Technology Advisory Committee – Вычислительные науки: обеспечение превосходства (конкурентоспособности) Америки

Я выписал два направления, в которые стоит целенаправленно вкладываться. Вкладываться нужно в режиме закрытых «шарашек», без всякой там открытости (никаких “мир, дружба жвачка”), без вклада в “мировую науку” (она обойдется), с максимальными формами промышленного шпионажа, вплоть до “без сантиментов”.

Для военных (а также и для атомщиков, и для промышленности, включая добывающие отрасли) — потребность в модельных вычислениях просто огромная (например, гиперзвук). Самый большой в стране парк вычислительных машин сейчас в Сарове (РосАтом) — обсчитывает модели физических процессов в различных реакторах, нейтронном материаловедении, прочностные модели и пр. и пр. Газпромгеофизика (Газпром, Роснефть) тоже арендует неслабые компьютерные мощности для вычислительной модельной поддержки различных методов георазведки и жизненного цикла месторождений.

P.S.: «Страна, которая хочет достичь превосходства в конкурентной борьбе, должна превосходить конкурентов в области вычислений»

(The President’s Information Technology Advisory Committee – Вычислительные науки: обеспечение превосходства (конкурентоспособности) Америки

8. То есть, суперкомпьютеры на Ваш взгляд можно делать и на иностранных камнях? Или Вы разделили суперкомьютеры для военных и суперкомпьютеры для гражданских компаний (IMHO тот же Газпром / роснефть по опасней многих армий будет)

Суперкомпьютеры (все в России) и так сейчас реализованы сплошь на заграничных «камнях». Многие .

Поставки процессоров в Саров (и др. военным стркутрам) контролируются американцами по заключенному межправительственному соглашению еще во времена Ельцина.

Напримеры:

и т.д. ……….

9. Насколько для вертолетов и самолётов необходимы процессоры по технологии 10/28/60 нм?

Для бортовых систем самолетов/вертолетов/ракет вполне хватит и 120 нм (при ~800MHz). Вопросы лишь к надежности и «военным параметрам» (см. МО). Для деятельности оборудования самолетов ДРЛО (типа «АВАКС») уже нужны поприличнее вычислительные мощности. Но тоже, вполне можно обойтись и 130, и 65 нм., с «небольшим» распараллеливанием.

10. Многие вопросы производительности можно решить на уровне алгоритма. Насколько необходимы малые микроны в военке? Насколько сложно процессоры для военных производить в РФ?

На алгоритмических уровнях решаются задачи более оптимальной организации потока вычислений. Выигрыш 5-15%.

Причем, нужно осознавать, что разработчики микропроцессоров не про все необходимые особенности работы микропроцессоров сообщают прикладным программистам. Поэтому, кодогенераторы Intel – самые эффективные среди других компиляторов.

Писать на ассемблерах на параллельных системах – и затратно (при высокой изменчивости программ), и полный геморрой с «ручной» балансировкой распараллеливания. Мы разработали систему автоматического распараллеливания (с автоматической же балансировкой) последовательных => в параллельные программы (на языках высокого уровня). Что вполне удовлетворительно решает вышеупомянутые проблемы.

В военке и «малые микроны» иногда и не совсем полезны.

Устойчивости в РЭБ, устойчивости к широкому спектру излучений () и потоков частиц – такихтребований сложнее достигать как раз при «малых микронах».

Микропроцессоры для военных производят в РФ, постоянно.

Насколько «сложно» ? Военным как раз полегче. У них меньше проблем по финансированию – производства, высококлассных кадров, закупок оборудования, организации, которые военные выполняют и своими силами, и заказывают на «гражданской стороне». И ГРУ им может иногда что-нибудь подкидывает интересного …

11. Какие продукты в области микроэлектроники Россия экспортирует?

Очень немного. В основном в составе комплектации военных систем (ПВО, РЭБ, авионика).

12. насколько критичен отъезд молодых специалистов за границу? просто специалистов (для развития микроэлектроники).

Эта более общая проблема – «утечки мозгов». Как описал выше, американцы держат на «кредитных крючках» своих молодых спецов, но организованно «пылесосят» другие страны (в т.ч. и ЕС) под разговоры о демократии и свободе выбора ПМЖ.
Нужно научиться как-то этому «пылесосенью» сопротивляться, ибо затратно же выходит – подготовят «бесплатно» молодых специалистов (включая и стажировки и обучение в ВУЗах/на практике) – и вдруг раз, и они уже в США/ЕС (иногда Израиле) и работают на их экономику и развитие.

Вводить исключительно платное и очень дорогое образование по отдельным специальностям и законодательные «ограничения» по образовательным кредитам, вплоть до выезда за границу? Вряд ли поможет L

Принудительно направлять в научно-технические «шарашки» времен Сталина? Сейчас вроде не открыто-военные времена …

13. Расскажите историю процессора Pentium PRO

Все давно описано в открытой прессе.
Например, Советские корни процессора Intel Pentium
Пентковский умер в США в 2012, после того, как правительство РФ в 2011 выделило ему финансирование мегагрантовой лаборатории в МФТИ.

14. Какой нужный вопрос я не задал. но про это стоит сказать.

А туда ли мы идем в развитии собственной микроэлектроники? Зачем опять повторять “чужое”, постоянно отставая ине имея первенства на мировом рынке? Победитель ведь получает все, не так ли?

Дополнено:

15. Свой рынок есть возможность в первую очередь отвоевать, и Ю. Корейцы так и делали. В начале кто о них знал-никто и не брал, и не покупал. Лет 10 на своем рынке вкалывали, гигантскими, кратными по цене товару, пошлинами обрезав импорт.

Российский (не СССР+СЭВ ) рынок микроэлектроники очень мал. Масштабы рынка влияют на доходность и цены технологий.
“Отвоевать” мировой не дадут. Известна история с критическими , ситуация с , которые из-за них не могут экспортировать продукцию в страны,присоединившиеся к санкциям, а также закупать у этих стран технологии и оборудование.
Также, производственная база мировой микроэлектроники весьма обширна. Надорвешься в одиночку производить весь , при этом не отставая в НИОКР по технологиям.

Мировой рынок микроэлектроники самого начала его развития был открыт Южной Корее (подконтрольны США ). Также не было запретов на импорт технологий, также поступали .
Только в последнее время немного “по-прижимали” Samsung (и , и в ).

16. Когда Китай и Корея пришли когда все рынки были заполнены. Мы почему так не можем?

Только вот и микроэлектронные отрасли массовых производств в них переводили. А потом и компетенции подтянулись. И санкций никогда не было. В отличие от СОСОМ, поправки Джексона-Вейника.

17. Редкоземов в России полно и они не нужны особо.

Производство редкоземов рухнуло со времен СССР. Восстановить и развить такую отрасль - недешево. Очень недешево, при недостатке средств на многое другое.

18. Почему бы не отсечь от прибылей конкурентов, не питать их своими заказами

Российские заказы – достаточно малы в мировом рынке. Зачем играть в украинскую игру — “назло уши отморожу” ?

19. Почему не развивают ключевые отрасли, связанные с авиапромом? На одной военке далеко не уедешь.

И производятся не только на отечественных технологиях. Авионика, двигатели, – весьма существенные компоненты, производимые за рубежом. В возрождение гражданского авиапрома (НИОКР, модернизация производства ) – уже вложили огромные средства. И пока еще не видно – когда и как будет происходить возврат инвестиций, планы производства и продаж не сбываются. Китай тоже вступил в конкурентную борьбу в мировом авиапроме, и свой рынок будет защищать.

20. В СССР так и было, полный цикл, и никто не порвался и не оголодал. Почему в РФ не так?

Примерно треть мирового рынка промпроизводства . Была автаркическая самодостаточная экономика стран социалистической системы, полные циклы многих (но не всех! ) технологичных отраслей.

Сейчас этого нет. ЕвразЭС – это около 7-8% мирового рынка , открытость к перемещению кадров, встроенность в мировые цепочки разделения труда и технологий.

В общем, есть благородные “благие намерения”, и есть трезвые оценки текущей обстановки. Как говорили умные предшественники:

«Есть логика намерений и логика обстоятельств, и логика обстоятельств сильнее логики намерений» ((С) И.В.Сталин)

40 лет назад микроэлектроника пребывала в зачаточном состоянии. Чипов тогда производилось совсем мало, в самой сложной микросхеме компании Fairchild было всего 64 транзистора, о каких-либо достоверных статистических данных в этой отрасли не приходилось и говорить. Остается лишь поражаться, как в таких обстоятельствах Гордон Мур сумел предугадать фантастические темпы развития всей отрасли на несколько десятилетий вперед и предсказать, что количество транзисторов на чипе ежегодно будет удваиваться. Более того, одновременно он сделал провидческий прогноз последствий этого, предсказав, что по мере экспоненциального увеличения числа транзисторов на микросхеме процессоры будут становиться все более дешевыми и быстродействующими, а их производство- все более массовым.

По своей сути является не законом природы, а, скорее, эмпирическим правилом. В своей первоначальной формулировке он действовал до 1975 года, когда, выступая на конференции "International Electron Devices Meeting", Гордон Мур внес в него коррективы, высказав предположение, что при производстве все более сложных чипов удвоение числа транзисторов будет происходить каждые два года. И опять он оказался прав, разве что в последние годы количество транзисторов на микропроцессоре порой удваивается с интервалом в полтора года.

Микропроцессор	Год выпуска	Число транзисторов
4004	1971	2.300
8008	1972	2.500
8080	1974	5.000
8086	1978	29.000
286	1982	120.000
Процессор Intel 386 TM	1985	275.000
Процессор Intel 486 TM	1989	1.180.000
Процессор Intel® Pentium®	1993	3.100.000
Процессор Intel® Pentium® II	1997	7.500.000
Процессор Intel® Pentium® III	1999	24.000.000
Процессор Intel® Pentium® 4	2000	42.000.000
Процессор Intel® Itanium®	2002	220.000.000
Процессор Intel® Itanium® 2	2003	410.000.000

Почему столь простая формулировка закона развития микроэлектроники вот уже сорок лет на все лады цитируется во всем мире, став своеобразным фетишем для тех, кто работает на рынке информационных технологий? И почему закон Мура стал настолько универсальным, что его без колебаний применяют при прогнозировании роста Интернета и пропускной способности каналов связи, для предсказания увеличения емкости жестких дисков и многого другого?

Происходит все это, прежде всего, потому, что закон Мура в на редкость простой, доступной пониманию каждого форме определяет фантастические, недоступные ни одной другой отрасли экономики, темпы развития полупроводниковой индустрии. На ее стремительном росте сегодня зиждется вся мировая экономика, которая уже просто немыслима без компьютеров всех сортов. Некоторые аналитики даже предсказывают, что «конец эпохи закона Мура» приведет к новой великой депрессии, до самых основ потрясшей американскую экономику в 30-е годы прошлого века. Так или иначе, обнаруживая действие закона Мура во все новых сферах высоких технологий, мы лишь подтверждаем наличие постоянного, очень быстрого прогресса технологий, а значит, и всей мировой экономики.

Любопытные факты и цифры

• В 2003 году Гордон Мур подсчитал, что количество транзисторов, ежегодно поставляемых на рынок, достигло 10.000.000.000.000.000.000 (10).
• Разрабатываемый сейчас в Intel метод производства микропроцессоров предусматривает, что расстояние между транзисторами на чипе составит одну десятитысячную толщины человеческого волоса. Это равносильно тому, чтобы провести автомобиль по прямой длиной в 650 км с отклонением от оси менее 2,5 см.
• В 1978 году авиабилет по маршруту Нью-Йорк - Париж стоил около 900 долларов, а перелет длился около 7 часов. Если бы авиаиндустрия развивалась в соответствии с законом Мура, то сегодня авиабилет на тот же маршрут стоил бы менее цента, а перелет занял бы менее одной секунды.
• За время существования корпорации Intel (т.е. с 1968 года) себестоимость производства транзисторов упала до такой степени, что теперь обходится примерно во столько же, сколько стоит напечатать любой типографский знак - например, запятую.
• В процессе разработки микропроцессоров, содержащих один миллиард транзисторов, Intel уменьшила величину транзисторов до такой степени, что теперь на булавочной головке могут разместиться 200 млн транзисторов.
• Современные транзисторы производства корпорации Intel открываются и закрываются со скоростью полтора триллиона раз в секунду. Чтобы включить и выключить электрический выключатель полтора триллиона раз, человеку потребовалось бы 25 тысяч лет.

Что дальше?

За истекшие сорок лет скептики сотни раз предсказывали закону Мура скорую кончину, но ученые и инженеры Intel своими открытиями и неустанным трудом снова и снова подтверждали провидческий дар и безупречность выводов одного из отцов-основателей корпорации.

На весеннем (2002 г.) Форуме Intel для разработчиков (IDF) главный технический директор корпорации Intel Патрик Гелсингер сказал: «Наша задача состоит сегодня не только в том, чтобы продлить жизнь закону Мура, но и в том, чтобы максимально расширить сферу его действия, распространив его и на другие области». Первоначально закон Мура был простым выводом из наблюдений за первыми этапами развития индустрии микропроцессоров, этаким эмпирическим постулатом. Но уже через несколько лет он стал руководящим принципом развития для всей отрасли, а теперь иначе как законом его никто и не называет. «Честно говоря, я часто спрашивал себя, когда же закончится действие закона Мура, как долго мы еще сможем пользоваться его плодами? - говорит П. Гелсингер. - В 1980 году, когда я пришел в Intel, мы ломали голову над тем, как достичь технологической нормы производства микропроцессоров в 1 микрон. В девяностые годы перед нами встала задача внедрить технологическую норму в одну десятую микрона, и опять она казалась нам недостижимой. А сегодня мы думаем о том, как преодолеть барьер в одну сотую микрона. Могу пообещать вам, что до моей пенсии, то есть в течение еще двадцати пяти лет, закон Мура будет действовать. Уверен, что еще не одно десятилетие он будет руководящим принципом развития отрасли».

«Закон Мура - основной лейтмотив нашей деятельности в области конвергенции вычислительных и коммуникационных возможностей, - заявил глава корпорации Intel Крейг Барретт, открывая весенний (этого года) Форум Intel для разрабтчиков. - Приверженность корпорации Intel закону Мура позволяет нам создавать интегрированные платформы, которые предоставляют широкий диапазон возможностей для отдельных людей и организаций, использующих эти технологии. Для эффективной реализации всего потенциала новых возможностей все большее значение приобретают процесс внедрения инноваций и общеотраслевое сотрудничество». Со своей стороны, в своем выступлении на последнем IDF Паоло Джарджини, директор по технологической стратегии корпорации Intel, подтвердил, что закон Мура продолжает действовать и что в полном соответствии с ним корпорация Intel продолжает вводить новые технологические процессы каждые два года. Залогом успешной деятельности Intel на этом направлении служат ежегодные многомиллиардные вложения корпорации в научно-исследовательские разработки, постоянную модернизацию и расширение своих производственных мощностей. Достаточно сказать, что в 2005 году Intel планирует израсходовать на эти цели более 10 млрд долларов.

В 2005 году начнется производство чипов по технологии 65 нанометров, на 2007-й намечен переход на 45-нанометровый процесс, на 2009 год - внедрение 32-нанометрового, а в 2011 году настанет черед технологического процесса 22 нм. Как подчеркнул Паоло Джарджини, в корпорации Intel уже есть конкретные научно-технические разработки, которые позволяют реализовать все эти планы.

Тогда же Паоло Джарджини заявил, что вплоть до 2020 года Intel cможет создавать транзисторы по современной схеме работы - с электродами и затвором между ними. К тому времени, однако, размеры всех элементов транзистора достигнут атомарных размеров, и уменьшать их дальше будет просто невозможно. Следовательно, уже сейчас необходимо искать новые подходы. Один из них - организация передачи сигнала на уровне элементарных частиц, путем спиновых волн .

В лабораториях Intel уже сейчас разрабатываются идеи, которые будут воплощены в чипах только лет через 10. Одна чисто теоретическая идея заключается в многократном использовании электронов . В современных архитектурах электроны перемещаются от истока к стоку, а затем теряются. «При утилизации вы просто переносите электрон в другое место, — пишет Джарджини в одной из своих работ. — Можно производить множество операций, не теряя электронов».

Другая альтернатива — углеродные и кремниевые нанотрубки . Транзисторы, изготовленные из таких материалов, имеют сопоставимые размеры. Диаметр углеродных нанотрубок - 1-2 нм, но в экспериментальных транзисторах исток и сток расположены по их длине. Это позволяет повысить быстродействие и уменьшить потребляемую энергию, однако размер больше не сократится.

«Экзотические структуры, такие как углеродные нанотрубки, могут найти применение в технологии КМОП (комплементарные металл-оксидные полупроводники) не столько для ускорения темпов миниатюризации, сколько для повышения производительности устройств или, возможно, упрощения их изготовления, — пишет Джарджини. — Даже если для цифровой логики будет изобретено принципиально иное средство перемещения электронов, возможности его масштабирования для повышения плотности и производительности не зайдут много дальше пределов, достижимых технологией КМОП, главным образом, из-за ограничений, налагаемых требованием отвода тепла».

Следующая альтернатива — изготавливать чипы больших размеров , наращивая их площадь или строя трехмерные многослойные микросхемы . Такие решения предлагал сам Гордон Мур, а также профессор Стэнфордского университета Том Ли и некоторые другие исследователи. Каким путем пойдет дальнейшее развитие полупроводников - покажет время.