Обойдёмся без чужих микросхем
Как Россия обеспечивает суверенитет в микроэлектронике
Всероссийский межотраслевой форум «Микроэлектроника 2023», проходивший на прошлой неделе, собрал на Федеральной территории «Сириус» в Сочи рекордное число участников со всей страны – сотни ученых, разработчиков и компаний, работающих в этой области.
Одних только очных докладов было заслушано более 700, в которых учёные представили достижения не только в традиционных сферах, но и таких перспективных областях, как квантовые технологии, оптоэлектроника, материаловедение микро- и наноэлектроника. Речь шла о будущем нашей страны, которую должна до неузнаваемости преобразовать микроэлектроника, о технологическом суверенитете и безопасности государства.
За восемь лет этот форум в Сочи стал ведущей отраслевой площадкой, которая с уходом иностранцев помогла российским компаниям сплотиться, объединить свои возможности, занять освободившуюся нишу на рынке и развить свою технологическую экосистему.
Так, в прошлом году, несмотря на препятствия, которые нам чинили ушедшие с началом военной операции Intel, Siemens, NVIDIA, производство электроники выросло на 15%, а выручка отечественных дизайн-центров увеличилась вдвое. Оставшиеся без работы сотрудники этих компаний пополнили штаты наших разработчиков и производителей микроэлектроники и китайской Huawei, которая несмотря на угрозы США, осталась в России. Партнерами Huawei среди российских вузов выступали Университет науки и технологий МИСиС, МГТУ им. Баумана, РТУ МИРЭА, Казанский федеральный университет, Томский политехнический и другие.
Западу не удалось задавить санкциями перспективную отрасль. Государство нашло деньги, чтобы не только поддержать предприятия и организации, работающие в сфере микроэлектроники, но и придать им первостепенное значение в технологическом переустройстве страны.
Если в 2020 году бюджетные ассигнования в микроэлектронику не превышали 10 млрд рублей, то в нынешнем году они выросли до 147 млрд, а на 2024-й заложено ещё больше – 210 млрд. Крупные вложения, как заметил вице-премьер Денис Мантуров, позволяют одновременно выстроить полноценную систему управления отраслью и обеспечить её всестороннюю поддержку.
Несколько лет назад трудно было себе представить, что у нас в стране начнут создавать перспективное оборудования для выпуска полупроводников, построят крупные производственные площадки, на базе вузов и научных организаций откроют 67 специализированных лабораторий. Уже воплощаются 15 проектов по созданию технологического оборудования, ещё 20 будут запущены до конца года. «Росатом» вкладывает огромные средства в разработку литографических сканеров. Институт прикладной физики РАН заявляет о намерении до 2028 года выпустить наш отечественный литографический сканер для 7-нанометровых чипов, более продвинутый, чем используемые сегодня во всем мире. «Госкорпорация «Ростех» и технологическая компания Yadro (ИКС Холдинг) намерены разработать и до 2025 года начать производство перспективного процессора для ноутбуков, ПК и серверов. Специалисты научного центра «Передовые цифровые технологии» при Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого (СПбПУ) сообщают о создании безмасочного литографа – отечественного комплекса для производства наноструктур, необходимых для создания микроэлектронного оборудования, который обойдётся в 2000 раз дешевле зарубежных аналогов. Если так и дальше пойдёт дело, то уже в обозримом будущем отечественная микроэлектроника должна будет занять лидирующие позиции как внутри страны, так и за рубежом.
Представление о том, что ждёт отрасль в будущем, участники форума могли составить по экспонатам выставки «Виртуальная среда микроэлектроники». Здесь, прямо у стендов можно было не только завязать деловые знакомства, но и обсудить как инновационные стартапы, так и последние разработки российских компаний в области электроники, в том числе и инновационного центра «Сколково». Сейчас там работают несколько десятков предприятий, специализирующихся на системах интеллектуального управления, разработках в сфере оптоэлектроники и фотоники.
Уже сегодня технологии будущего творят чудеса. Диковинные для простого обывателя приборы: спектрорадиометр для выращивания растений в условиях закрытого грунта, пикосекундный волоконный лазер, кремниевый фотодетектор, лавинный детектор одиночных фотонов и другие разработки, – можно смело внедрять в производство. Лазерные проекты на основе высоколегированного оптического волокна могут использоваться в промышленности, устройства профессиональных плат и шлюзов – для высокоскоростной передачи большого количества видеоинформации, образец первого отечественного нейроморфного процессора «Алтай» могут заместить важнейшие элементы микроэлектроники, поступавшие к нам из-за рубежа. Нашими ноу-хау уже заинтересовались потенциальные инвесторы.
На выставке смогла уместиться лишь малая часть того, что смогли создать российские разработчики за несколько лет по программе импортозамещения. Но даже то, что удалось показать, вызвало огромный интерес не только у отечественных, но и иностранных учёных, специалистов, производственников.
Участники форма (более 2400 руководителей и специалистов из 845 компаний, госкорпораций, производственных предприятий, вузов, коммерческих структур) могли воочию убедиться, что наша страна обладает большим инновационным потенциалом и, что особенно важно, интерес к нему только растёт, а правительство РФ стремится создать особые условия для его раскрытия.
Как заверил премьер-министр Михаил Мишустин, правительство продолжит проактивную политику стимулирования спроса и внедрения новых решений. Расширяются меры поддержки от прикладных исследований до внедрения готовых образцов, вводятся налоговые послабления, которые за прошлый год сэкономили организациям почти девять млрд рублей, а по страховым взносам – свыше шести млрд рублей. Для того, чтобы первые опытные серии востребованной продукции (российских аналогов) дошли до отечественного потребителя, надо будет следить за тем, чтобы параллельный импорт не вытеснил их с рынка, проводить донастройку фискальных мер.
Наши недруги не могут понять, как российская микроэлектроника, утратившая свои сильные позиции в 1990-е годы из-за недостатка финансирования, не только выжила, но и окрепла и за столь короткий срок смогла предложить прорывные перспективные решения во многих сферах. Ответ лежит на поверхности: государству удалось собраться и выстроить правильную технологическую политику, благодаря которой активно восстанавливаются цепочки от фундаментальных и поисковых исследований до производства конкретного продукта.
Угнаться за техническим прогрессом с каждым днём всё сложней. За последние 30 лет производительность процессоров выросла примерно в миллиард раз. На задачи, которые раньше компьютеры решали 10 лет, сегодня уходит всего 0,3 секунды. «Соответственно мы начали чувствовать существенное внедрение нейронных сетей в нашу жизнь, – сказал президент РАН Геннадий Красников. – Но мы находимся только на пороге взрывного роста». Очевидно, что достижения мировой микроэлектронной индустрии – не предел. Новая не-фон-Неймановская архитектура, создание нейросетей на спайковой модели нейрона, исследования и внедрение разработок в области мемристорной памяти, минимизация топологических размеров электроники приведёт к увеличению производительности нейросетей в десятки тысяч раз!
По прогнозам учёных, уже через несколько лет будет создана так называемая однонанометровая технология, которая позволит разместить на обычной микросхеме до триллиона (!) транзисторов, а к 2035 г. одна микросхема будет умещать их в три раза больше. Речь идёт о технологиях 0,5 нанометров, над которыми вовсю работают мировые исследовательские центры. С развитием микроэлектроники и нейросетей мир человека изменится до неузнаваемости. Сегодня в нашей стране вовсю тестируют беспилотные грузовики, а к 2030 году произойдёт их массовое внедрение. Если технический прогресс и дальше будет развиваться так же стремительно, то к 2035 году, как намечено Минпромторгом, каждая семья может заказать персональных роботов, в 2040 году останутся только беспилотные автомобили. Через два – три года компьютерная программа сможет переводить тексты лучше любого профессионала, а в 2060 году исчезнут рабочие и многие инженерные специальности.
Учёные пытаются всё глубже проникнуть в тайны живого организма, и воплотить свои открытия в программное и аппаратное обеспечение. Самыми перспективными направлениями исследований сегодня считаются работы, связанные с внедрением в электронику принципов работы мозга живых организмов.
Так называемые нейроморфные системы и человекоподобные технологии уже создаются в пилотных образцах. Энергопотребление таких вычислительных устройств снижается в разы. А чипы на мемристорах, выступающих энергонезависимой памятью, позволяют сберегать ещё больше энергии.
Вопросы искусственного и гибридного интеллекта, электронно-компонентной базы, построенной на новых принципах и технологиях, активно обсуждались на дискуссионных площадках форума. Бездушная машина уже сегодня во многом превосходит возможности человека. Участники круглых столов искали ответ на вопрос: как далеко может зайти искусственный разум и что он сулит человечеству? Развитие самых невероятных технологий на основе нейросетей могут принять неуправляемые формы в то время, как далеко не все вопросы по этике и безопасности использования искусственного интеллекта решены. Но эти опасения, впрочем, не мешают и у нас вести перспективные исследования, вызывающие зависть на Западе. Ведущий научный сотрудник Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, доктор биологических наук Ирина Мухина занимается изучением возможности взаимодействия между микроэлектроникой и живой системой («мозг-на-чипе»). Цели её научного интереса «связаны с желанием улучшить память, заменить функции, утраченные в процессе травм или заболеваний, на систему, которая их бы легко восполнила».
У отечественной электронной промышленности огромные планы на будущее: по импортозамещению к 2030 году в нашей стране предстоит довести выпуск 70 % всего оборудования и материалов, используемых «в базовых технологических процессах».
В бюджете 2023 года на госпрограмму «Развитие радиоэлектронной промышленности» заложены огромные деньги – 53,8 млрд рублей, на 2024 год финансирование программы будет увеличено до 126,3 млрд рублей. Не менее впечатляют и субсидии российским компаниям на возмещение части затрат на создание электронной компонентной базы и модулей (около 14 млрд рублей в год). Такой же объём средств будет направлен и в рамках госпрограммы «Научно-технологическое развитие РФ» на субсидии российским компаниям, создающим научно-технический задел по разработке базовых технологий производства приоритетных электронных компонентов и радиоэлектронной аппаратуры.
Для прорывных решений потребуются не только щедрое финансирование и проекты, но и высококвалифицированные кадры и технологии. А специалистов в области микроэлектроники нынче не хватает. Для обеспечения потребности отрасли Министерство науки и высшего образования РФ сформировало подходы для поддержки молодых ученых и образовательной подготовки будущих специалистов, но принятых мер явно недостаточно. Из 20 тысяч студентов технических вузов только одна тыс. (5% от выпуска) приходит работать в область микроэлектроники, хотя, по расчётам Минпромторга, отрасли ежегодно требуется порядка 6500–7000 человек. Особенно востребованы молодые специалисты с новыми областями знаний, хорошо разбирающиеся в электронике, IT и безопасности одновременно. Понятно, что для решения кадровой проблемы требуются новые учебные планы, необходимо активнее развивать лабораторную базу вузов.
В первых 16 головных университетах страны, получивших гранты, разработали 90 программ для обучения специалистов в области искусственного интеллекта, которых подготовят для работы на конкретных предприятиях и в исследовательских центрах.
Если на такой основе с участием профессионального сообщества, в том числе Альянсом в сфере искусственного интеллекта, будет построена вся программа подготовки высококвалифицированных специалистов, то в течение нескольких лет кадровая проблема перспективных отраслей будет решена.