Суверенные чипы в России: обзор проблем, планов и прогнозов
«Советские микросхемы — самые большие микросхемы в мире»
Фото РБК (фото носит иллюстративный характер)
В марте прошлого года в блоге Дениса Шамиряна @CorneliusAgrippa на Хабре вышел пропитанный пессимизмом, но, пожалуй, наиболее аргументированный и детальный пост о состоянии и перспективах российской микроэлектроники, в первую очередь, о КМОП производстве. Пост завершался критикой локализации производства микросхем и коротким, максимально неопределенным ответом на вопрос «что делать?».
С этого момента произошел ряд событий, которые могут снизить неопределенность и оценить усилия, предпринимавшиеся в этой области. Заранее скажу, что победных реляций и турбооптимизма в посте не будет. Это не более чем обзор событий, оценок, прогнозов, а также попыток, которые предпринимаются для создания с нуля полного цикла производства современных полупроводников.
Забегая вперед, уточню, что мне тяжело оценить реалистичность планов по локализации такого производства, но я позволю себе в итоге несколько оценочных прогнозов, сделанных на основании данных из открытых источников и оценок признанных экспертов.
Планы, заявления и оценки
Дорожная карта и техпроцессы
В октябре Минпромторг представил дорожную карту, в соответствии с которой в России планируют освоить серийный выпуск микропроцессоров по топологической норме 28 нм на 300-миллиметровых кремниевых пластинах. А к 2030 запустить серийное производство чипов по 14 нм техпроцесс.
В настоящий момент потолком возможностей производства «суверенной микроэлектроники» является создание чипов по топологическим нормам от 65 нм (серийно 90 нм) на УПП «Микрон». «Ъ» также упоминал, что более современные техпроцессы уже освоены заводом «НМ‑Тех», созданного на площадях ставшего банкротом АО «Ангстрема‑Т», но согласно публичным данным, «Ангстрем-Т» был способен лишь на 600 нм техпроцесс.
Инвестиции
На реализацию программы планируют выделить 100 млрд рублей ($1 млрд). При этом, согласно оценке, сделанной компанией «Яков и Партнеры» (ex-подразделение McKinsey) в 2022 году, успех импортозамещения в области микрочипов в России требует инвестиций 400–500 млрд рублей до 2030 года.
Такая оценка была дана в отчете «Микроэлектроника России: от дефицита к технологической независимости» (публиковался Forbes). При этом, согласно отчету, не менее 50% на ранних этапах должно субсидировать государство, в силу того, что в этот период эти производства будут нерентабельны.
Степень импортозамещения
Вероятно, как минимум на ранних этапах, речь не идёт о полностью импортозамещенном производстве. По данным «Коммерсантъ», согласно презентации Международного научно-технологического центра МИЭТ, российские предприятия будут использовать часть китайского и белорусского оборудования. Вероятно, всё же, также речь идёт о линиях, приобретенных по параллельному импорту, так как ни Китай, ни Республика Беларусь в настоящий момент не производят фотолитографического оборудования для заявленных техпроцессов. А продукты монополиста ASML из Нидерландов не могут быть официально поставлены в Россию.
ОКР текущего года
В июле появилась информация о том, что Минпромторг ищет исполнителей пяти ОКР, которые напрямую связаны с созданием технологий и оборудования для выпуска микросхем с топологией в диапазоне от 250–65 нм. Объём инвестиций оценивается в 9,2 млрд руб.
В фокусе Минпромторга:
«Разработка и освоение в производстве установки лазерного устранения дефектов и постановка технологического процесса устранения недопустимых дефектов на фотошаблонах в обеспечение производства интегральных схем с топологическими нормами 90–65 нм», под шифром «Прогресс-ретушь». Стартовая цена контракта: 1,16 млрд руб.
«Разработка и освоение в производстве установки контроля координат топологических элементов и критических размеров структур на фотошаблонах в обеспечение производства интегральных схем с топологическими нормами 90–65 нм». под шифром: «Прогресс-контроль». со стартовой ценой — 1,41 млрд руб.4
«Разработка и изготовление опытных образцов установок электрохимического осаждения для обеспечения серийного производства микроэлектроники на пластинах 100 мм/4 дюйма и 200 мм/90 нм». С шифром «Горизонт-ЭХО» и ценой — 800 млн руб.
«Разработка технологии и комплексного инструмента проектирования широкой номенклатуры СВЧ-компонентов, изготавливаемых на основе гетероэпитаксиальных структур нитрида галлия на подложках карбида кремния с проектными нормами 0,25 мкм (250 нм прим. автора)». С шифром «Т-НГ-1» и стартовой ценой — 2,71 млрд руб.
«Разработка технологии и комплексного инструмента проектирования широкой номенклатуры СВЧ- и силовых компонентов, изготавливаемых на основе гетероэпитаксиальных структур нитрида галлия на подложках кремния с проектными нормами до 0,25 мкм (250 нм прим. автора)». Шифр «Т-НГ-2» и ценой контракта от 3,13 млрд руб.
Тендеры по ОКР были запущены как открытые конкурсы. Участники:
По «Прогресс-ретушь» и «Прогресс-контроль» предложение отправил АО «ЗИТЦ», по «Т-НГ-1» — АО «НПП «Исток» им. Шокина», а по «Т-НГ-2» — ФГАОУ ВО «НИ «МИЭТ». Тендер по ОКР с шифром «Горизонт-ЭХО», согласно данным платформы «Закупки 360», остался без заявок на участие. Аналогов создаваемого в рамках ОКР оборудования в России нет, в ТЗ упоминаются установки:
SolsticeS8; SolticeS4, SolticeLT (ClassOne);
StratusP300 (Asmptnexx);
NokotaECD, RaiderECD (AppliedMaterials);
Sabre (LamResearch)
Эксперты отмечают, что реверс-инжиниринг в случае с таким оборудованием может не сработать, так как модель реверс-инжиниринга, которая использовалась в России до настоящего момента, показала свою неэффективность. Подробно о проблемах с этим связанных на хабре писал Лев Скурихин, в этом посте, он же предложил модель с «интеграторами-дерижерами», которая может сработать, в частности с оборудованием для производства микросхем.
Разработки и технологии
Очевидно, что часть усилий по созданию «суверенной микроэлектроники» дают свои плоды. В текущем году было заявлено сразу о нескольких достижениях в этой области, в первую очередь, по части разработки пластин.
В сентябре, Российская компания «Рокор», входящая в состав ОЭЗ «Технополис Москва», заявила о разработке новой технологии производства монокристаллических пластин из оксида галлия. Согласно заявлениям компании, такие пластины могут эффективно применяться для производства полупроводниковых материалов четвертого поколения, т.е. наиболее современным из существующих. Значимо, что компания не только разработала технологию, но и завершила её освоение, следовательно, может в короткие сроки запустить производство. Хотя сроки запуска не раскрываются.
Несмотря на технологическую и экономическую изоляцию, предприятие рассчитывает не только на внутренний рынок, но и на мировые контракты, т.к. потенциальными покупателями таких пластин являются все производители полупроводников на планете. Сейчас аналоги производятся в Японии, и стоимость одной платины достигает $6000. Российский производитель уверяет, что способен снизить рыночную стоимость до $3000 за счет того, что российская технология не требует применения иридиевых тиглей.
Проблемой развития этого направления российской микроэлектроники является, как ни странно, сырьевая зависимость. Основным поставщиком оксида галлия (Ga2O3 и Ga2O) на мировом рынке является КНР, которая в августе 2023 г. ввела экспортные ограничения, что привело к падению экспорта до нулевой отметки. Результатом стал мгновенный рост цен.
В начале уходящего года в ИПМаш РАН заявили о том, что научились создавать пластины из карбида кремния, при этом метод отличается от традиционного, когда плёнку из карбида выращивают на кремниевых пластинах, при котором кристаллические структуры плёнки и пластины не совпадают, что приводит к усложнению процедуры изъятия плёнки. В ИПМаш РАН заявили о том, что вместо простого изъятия атомов кремния из пластин они научились сразу заменять их на атомы углерода, не разрушая кристаллическую структуру. Несмотря на практический успех, до освоения технологии в промышленности пройдут годы, но в долгосрочной перспективе, освоение серийного производства таких пластин внушает оптимизм. Карбид кремния значительно надёжнее традиционных кремниевых пластин, лучше переносит термические нагрузки, в частности, способны работать при 300 градусах Цельсия.
Есть также локальные успехи в технологиях для создания подложек для микросхем. В Новосибирском ИХТТМ СО РАН создали метод трансформации гидроксида алюминия в субмикронный порошок альфа-оксида, благодаря которому можно снизить стоимость производства керамических подложек для чипов.
Описанные технологии, при наличии линий для полноценного производственного цикла способны увеличить эффективность и скорость создания «суверенной микроэлектроники». Однако ни одна из них не заменит необходимость в фотолитографов, установок ионной имплантации, кластеров плазмохимического травления, оборудования для выращивания кремния.
В следующем году в России планируют создать первые отечественные фотолитографы, однако они, согласно сообщениям в СМИ, будут предназначены для производства микросхем по 350 нм техпроцессу, что в целом не решает задач технологического отставания и лишь частично закрывает потребности российского рынка полупроводников.
Планы по создаваемым российским процессорам также достаточно скромные. Так, новый процессор «Эльбрус-Б», для создания которого, советник корпорации «Ростех», Евгений Бабаян ищет 30 млрд. рублей инвестиций, планируют выпустить по техпроцессу 65 нм или более старому. 65 нм техпроцесс для создания процессоров впервые массово был применен компанией Intel в 2005 г и считается устаревшим.
В сухом остатке
В настоящий момент видно, что процесс разработки собственной микроэлектроники сдвинулся с мертвой точки, технологические и научные разработки начали активно финансировать. При этом сложно давать прогнозы по срокам и шансам на успех, опираясь лишь на публичные данные. Количество средств, которые планируют выделить на программу импортозамещения в производстве полупроводников, в 4 раза меньше, того, что посчитали необходимым для этого аналитики «Яков и Партнеры» и в сотни раз меньше сумм которые озвучивал в посте Денис Шамирян (@CorneliusAgrippa) . Между тем существуют четко обозначенные цели и планы по их реализации. Возможно, некоторые инвестиции не придаются огласке.
Сроки, которые фигурируют в дорожной карте Минцифры также вызывают вопросы, в силу того, что помимо проблемы оборудования, существует острая нехватка квалифицированных кадров. Она, что характерно, даже выше дефицита опытных кадров в российском ИТ. Если финансирование будет достаточным и учесть описанные проблемы, я бы предположил, что достичь уровня, сравнимого с мировым в производстве полупроводников, Россия сможет через 8–10 лет при максимально оптимистично складывающихся обстоятельствах.
Для выполнения в срок этапов дорожной карты, вложения в создавшуюся отрасль должны быть значительно больше. Для сравнения, в 2022 году, только ASML инвестировали в исследования и разработку €3,25 млрд (ок 350 млрд руб.), при этом речь идёт о компании, которая не находится под санкциями и обладает самой совершенной в мире технологической базой по производству оборудования для создания полупроводников. Оптимисты считают, что нету ничего невозможного, но если речь идёт о сроках в 5–7 лет, то государству и разработчикам придётся приложить, без преувеличения, титанические усилия и вложить колоссальное количество средств в программу «суверенной микроэлектроники».
