Догоняя уходящий поезд
В развитие российской микроэлектроники в ближайшие четыре года инвестируют почти 800 млрд рублей. Однако одних только денег для возрождения отрасли недостаточно: необходимо обеспечить производство конечных изделий на базе отечественной элементной базы
Когда Дэн Сяопин начинал свои реформы, он решил обратиться к ведущим японским бизнесменам с вопросом, какую отрасль промышленности надо развивать в Китае в первую очередь. И те ответили: электронику, потому что, если у вас есть электроника, вы сможете делать всё». Электроника пронизывает всю технику, от холодильников до автомобилей, космических кораблей и вооружений, и становится все сложнее. И обеспечивает не только возможность всестороннего развития экономики, но и безопасность государства. Но если Китай тридцать лет назад вскочил на подножку уходящего поезда и с каждым годом все ближе к лидерам электронного мира, то Россия после развала Советского Союза только теряла свои позиции. И это было не случайно. Как несколько лет назад заметил в интервью «Эксперту» тогда еще генеральный директор компании «НИИМЭ и Микрон» Геннадий Красников, состояние производства микроэлектроники в России соответствовало состоянию промышленности в целом. «Если некому потреблять микроэлектронику, то бессмысленно ее развивать». А вице-премьер Юрий Борисов в одном из своих выступлений признал: «С девяностых годов фактически начался закат того, что было наработано в Советском Союзе… Сегодня глупо говорить, что в России существует серийное микроэлектронное производство. Мы даже отсутствуем в мировой статистике».
Видимо, наше правительство наконец тоже услышало совет японских бизнесменов, потому что соглашение и дорожная карта — это программа восстановления электронной отрасли практически в том виде, в каком она существовала во времена Советского Союза, который был единственной страной мира, где производилась практически вся номенклатура электронных компонентов и все необходимое для этого оборудование.
Такой всеобъемлющей программы развития микроэлектроники в современной России еще не принималось. Если более конкретно, то ключевой и самый сложный пункт программы — создание в России фабрик, работающих в режиме «фаундри» (то есть под заказ), для выпуска цифровых интегральных микросхем с топологическими нормами 28 нм, 14–12 нм, 7–5 нм. К слову сказать, строительство фабрики под 5 нм в США силами тайваньской компании TSMC (крупнейшего в мире производителя процессоров, уже обладающего технологией 7 нм) запланировано на период с 2024 по 2029 год.
Причем предполагается разработать технологии, специальные материалы, технологическое и контрольно-измерительное оборудование для производства фотошаблонов с проектными нормами 250 нм, 180 нм, 90 нм, 65 нм и 28 нм, а также решений для проектных норм 22–20 нм, 16–14 нм и менее для сверхбольших интегральных схем, СВЧ монолитных интегральных схем, полупроводниковых приборов, MEMS, опто- и фотоэлектроники, радиофотоники на подложках из материалов Si, GaAs, GaN, SiC, структур КНИ (кремний на изоляторе), гетероструктур А3В5 (GaAs, GaN/SiC) и А2В6. Мы специально приводим этот список, причем это лишь малая часть полного списка того, что предполагается разработать, чтобы был понятен размах планируемых работ.
При этом, как сказано в пояснительной записке, объем финансирования «дорожной карты» на период до 2024 года составляет более 718 млрд рублей, в том числе: ассигнования федерального бюджета — 615 млрд рублей; внебюджетные средства — 102,5 млрд рублей, из которых собственные средства организаций Радиоэлектронного комплекса госкорпорации «Ростех» и технологических партнеров — 30,7 млрд рублей. С учетом требуемого финансирования переходящих мероприятий после 2024 года в сумме 79,9 млрд рублей полная стоимость мероприятий «дорожной карты» составляет чуть более 798 млрд рублей. Размер большой, но нельзя сказать, что запредельный.
Естественно, возникает вопрос: а можно ли догнать уходящий поезд (или улетающую ракету) современной электроники и нужно ли это в таком объеме?
Возможно ли это и нужно ли это
Как мы уже отметили, СССР был единственной страной, производившей практически всю номенклатуру электронных компонентов. И это стоило огромных усилий. В современном мире таких стран уже нет. Многие специалисты считают, что это уже и невозможно, учитывая гигантский уровень интеллектуальных и финансовых затрат, необходимый, например, только для организации современного производства процессоров. Как заметил заместитель коммерческого директора по микроэлектронике НПФ «Микран» Максим Фадеев, «в нашей индустрии у всех есть понимание, что в изолированном мире одной страны делать микроэлектронику мирового уровня в настоящее время не представляется возможным, потому что слишком велики вложения, как интеллектуальные, так и финансовые, необходимые для решения этой проблемы. И поднять в одиночку это невозможно, даже какому-нибудь очень богатому государству. Ведь микроэлектроника — это не только умение что-то разрабатывать, а еще и возможность это производить». По разным оценкам, стоимость строительства только одной — правда, самой современной — фабрики по производству процессоров с проектными нормами 5 нм, которую тайваньская компания TSMC собирается построить в США, составит от 12 до 20 млрд долларов. Как мы уже упомянули, общий объем финансирования программы, «дорожную карту» которой представил «Ростех», на период до 2024 года составляет 718 млрд рублей, то есть примерно 10 млрд долларов.
Как заметил директор Ассоциации разработчиков и производителей электроники Иван Покровский, «денег, которые “Ростех” просит, слишком много для тех кадровых ресурсов, которыми госкорпорация располагает, но слишком мало для решения глобальных задач, которые в “дорожной карте” прописаны».
А ведь кроме средств нужно иметь доступ к оборудованию, ко всем расходным материалам, которые необходимы в микроэлектронном производстве. Или организовать их производство у себя в стране. И, что не менее важно, иметь в достаточном количестве кадры, способные все запланированное спроектировать и произвести. Некоторые наши респонденты оценивают состояние отечественных кадров скептически. Как заметил генеральный директор компании «Миландр», крупнейшего российского разработчика и производителя микроэлектроники, Михаил Павлюк, «к сожалению, у нас утеряна инженерная школа. В стране одни программисты. Инженеров нет». Возможно, это преувеличение, но на трудности с инженерными кадрами указывают многие технологические предприниматели.
Наверное, неслучайно такие, безусловно, развитые в технологическом отношении страны, как Германия, Франция, Великобритания, если и имеют собственное производство микроэлектроники, то далеко не универсальное, а оборудование и материалы для него приобретают на мировом рынке.
Сейчас только Китай с его огромным внутренним рынком ставит в известной программе Made in China 2025 задачу достичь в конце концов если не полной, то значительной автаркии в электронике. Понятно, что Китай решает задачу обеспечения собственного суверенитета. Необходимость этого особенно подчеркнули санкции США против китайских компаний Huawei и ZTE, в частности запрет на продажу им электронных компонентов. Можно сказать, что программа развития микроэлектроники в России продиктована теми же обстоятельствами. Ведь разного рода санкции против нашей страны только множатся.
Но есть и другие угрозы. Как отметил научный руководитель Научно-исследовательского института системных исследований РАН, вице-президент РНЦ «Курчатовский институт» академик Владимир Бетелин, «цифровизация стратегических отраслей на основе зарубежных массовых коммерческих продуктов создаст реальную угрозу их безопасному функционированию. Именно это обстоятельство и является обоснованием необходимости реализации программы ГК “Ростех” по созданию отечественных доверенных ЭКБ, СВТ и ПО (электронная компонентная база, средства вычислительной техники, программное обеспечение. — “Эксперт”) в интересах стратегических отраслей России».
Вопрос в том, как эту задачу обеспечения суверенитета и безопасности решить и не надорваться.
Развилки стратегии
Надо сказать прямо: «дорожная карта» на этот вопрос не отвечает. Более того, из нее неясно, для чего, собственно, надо развивать микроэлектронику, ведь ее продукция — это не самостоятельные изделия, а комплектующие, но что ими предлагается комплектовать, из стратегии непонятно.
Наши респонденты предложили три варианта развития отрасли.
Академик Бетелин считает, что «отрасли микроэлектроники и электронного машиностроения в России может развивать только государство на некоммерческой основе. По модели, например, гособоронзаказа».
Другие наши респонденты предлагают идти от рынка, но видят этот путь по-разному.
Михаил Павлюк считает, что государство (просто потому, что у нас больше некому) должно поставить задачу, рассчитанную на завоевание новых рынков, и под нее формировать планы развития микроэлектроники: «Моя идея такая. Нужно нацелить промышленность на какой-то продукт, который в мире сегодня очень популярен и рынки которого еще не заняты. Тот же электромобиль, к тому же беспилотный, потому что без него будущее уже невозможно. И если был бы у этой программы руководящий центр — главный конструктор этой системы или головной научно-исследовательский институт, тогда это бы заработало. А его развитие потребует развития и спутниковой связи, и систем 5G, о чем недавно писал «Эксперт» (см. «Это сладкое слово — 5G», № 35 pf 2020 год. — “Эксперт”), чтобы это был беспилотный электромобиль с интеллектуальной системой управления, со своими нейронными сетями, встроенный в единую систему транспортного движения. Тогда будет понятно и какая микроэлектроника необходима, и какая электроника, и какое приборостроение». Этот подход, в принципе, требует такой же пирамиды планирования, как и у академика Бетелина.
В каком-то смысле подходы Бетелина и Павлюка совпадают: государство ставит стратегическую задачу, в одном случае в области обороны и безопасности, в другом — по завоеванию рынков, а под нее верстается развитие отраслей промышленности. Здесь можно вспомнить советский опыт планирования, когда руководство страны ставило стратегическую задачу, а планы верстались, как пирамида, сверху, от этой задачи до последней комплектующей микросхемы. Пока же стратегия отрасли и «дорожная карта» выглядят как основание пирамиды, которой нет. Хотя, возможно, мы просто и не знаем, что там выше.
А Иван Покровский предлагает идти от уже существующих рынков. «Пока просматривается цель сократить отставание за счет увеличения государственных вливаний в микроэлектронику. Наверное, это может привести к тому, что в какой-то промежуток времени разрыв будет сокращен. Но потом он может вырасти снова, когда у государства кончатся деньги. Поэтому выход у отрасли один — научиться зарабатывать деньги на рынке. На рынке денег даже не на порядок, а на порядки больше, чем у государства.
Но сначала нужно сделать более выгодными, чем импорт, частные инвестиции в разработки и производство электронного оборудования — основного потребителя микроэлектроники — на территории России для тех компаний, которые сейчас контролируют российский рынок: это российские дистрибьюторские компании, системные интеграторы. На это должна быть настроена регуляторная политика государства, особенно таможенное регулирование. Без грамотного таможенного регулирования этот вопрос не решается. После того, как заработает положительная обратная связь в инвестиционном цикле производства оборудования, масштаб проектов будет увеличиваться очень быстро. А массовое производство электронного оборудования создаст необходимые предпосылки для развития микроэлектроники. Пока массового производства оборудования нет, микроэлектроника не может и не будет развиваться. При этом производителю оборудования должно быть выгодно заменить импортные компоненты на российские. И только тогда встанет вопрос, что могут предложить российские разработчики микроэлектроники, чтобы повысить конкурентоспособность оборудования».
Можно заметить, что эти три стратегии вполне дополняют друг друга. В конце концов, никто не мешает развивать производство электронного оборудования, чтобы стимулировать появление рыночной потребности в микроэлектронике, и одновременно чтобы государство ставило задачи по развитию новых рынков, как в гражданской сфере, так и в сфере безопасности, которые потребуют развития микроэлектроники.
Больше Мура, или больше чем Мур
Еще несколько лет назад в прогнозе International Technology Roadmap for Semiconductors отмечалось, что развитие микроэлектроники не ограничивается дальнейшей миниатюризацией систем на кристалле* в соответствии с законом Мура**, которая в прогнозе получила название More Moore («Больше Мура»). Это направление развития электроники в основном представлено так называемыми цифровыми микросхемами. Но микроэлектроника не ограничивается ими. Есть еще несколько направлений ее развития, которые в прогнозе названы More than Moore («Больше чем Мур»). Некоторые из них тоже направлены на миниатюризацию, но иными методами, другие расширяют возможности чипов, третьи используют новые технологии изготовления чипов. Это аналоговые микросхемы, пассивные элементы, элементы силовой микроэлектроники, микроэлектромеханические системы (МЭМС). Они не требуют той степени миниатюризации, которая характерна для цифровых микросхем и в этом смысле проще при изготовлении.
Причем в силовой электронике, в СВЧ-электронике и в оптоэлектронике в России сохранились научные и инженерные школы, которые в состоянии создавать решения, востребованные не только в России, но и в мире, и, главное, изготавливать их на своей производственной базе. Например, можно назвать такие компании, как «Протон-Электротекс» из Орла или «Микран» из Томска.
Значительно сложнее и непонятнее ситуация с производством цифровых микросхем. По большому счету, в России таких фабрики три: «Микрон», «Ангстрем», «Ангстрем-Т».
«Ангстрем» — это еще фактически советское производство, изделия которого все еще востребованы, но его вряд ли можно назвать мало-мальски современным. Техническое состояние оборудования, по отзывам специалистов, оставляет желать много лучшего.
«Микрон» и «Ангстрем-Т», как заявлено, способны выпускать процессоры с проектными нормами 90 нм. Однако «Ангстрем-Т» находится в стадии банкротства, и судьба его туманна: люди разбежались, состояние оборудования неизвестно, для нового запуска завода опять потребуется несколько лет.
Удивительно то, что, объявляя о необходимости строительства новых фабрик, а это решение уже, по сути, принято, никто не озаботился спасением от фактического уничтожения одной из более или менее современных фабрик, на которую потрачены весьма приличные займы, выданные ВЭБом.
Остается «Микрон». Но у него другая проблема: хроническая недогрузка мощностей. Фабрика уже десять лет находится на содержании у своих акционеров, поскольку очень давно приносит им только убытки. По данным интернет-издания CNews «по итогам 2019 года в бухгалтерской отчетности компании по российским стандартам (РСБУ) указан чистый убыток в размере 1,61 млрд руб. В 2018 г. “Микрон” по данному параметру поставил антирекорд последних лет, показав чистый убыток в размере 4,41 млрд руб. Для сравнения, в 2017 г. этот показатель был на уровне 1,62 млрд руб., в 2016 г. — 1,69 млрд руб. Последний раз положительная чистая прибыль у “Микрона” была в 2009 г., когда она составила 262 млн руб. Таким образом, “Микрон” работает без прибыли десять лет подряд, накопив убытков на сумму в 16,76 млрд руб.». Возникает вопрос: если наша промышленность не в состоянии загрузить единственную фабрику, зачем строить новые?
Хотя, по мнению Ивана Покровского, это не результат отсутствия спроса, а следствие неверно выбранной для «Микрона» бизнес-модели. Дело в том, что «“Микрон” работает в основном по модели так называемой IDM — интегрированное производство, когда в компании и разрабатывают, и производят продукцию своей разработки». Большинство же фабрик работают в режиме pure play foundry, то есть изготовителя внешних заказов. Например, тайваньская TSMC, услугами которой пользуется большинство наших дизайн-центров, так называемых fabless-компаний.
По мнению Ивана Покровского, совместить работу в модели IDM и foundry на одной фабрике практически невозможно. Потому что любой заказчик, который является fabless-производителем, будет подозревать компанию IDM в том, что она перехватит у него заказчиков и начнет выпускать эту продукцию сама. «Если ты хочешь работать в модели foundry, тебе нужно отказаться от активностей по разработке и производству своих микросхем. Тебе нужно сосредоточиться только на производстве. А разработку отдать fabless компаниям, которых много в России. И это позволило бы привлечь на “Микрон” заказы со всего мира. Хотя, конечно, организация такого бизнеса значительно сложнее, ведь работать придется с сотнями заказчиков». Но тем самым можно будет привлечь хотя бы часть средств на строительство новой фабрики с рынка.
*Система, все элементы которой изготовлены в одном кристалле
**В 1965 году один из основателей Intel Гордон Мур заметил, что наблюдается некоторая эмпирическая закономерность: количество транзисторов на квадратный дюйм интегральных схем увеличивалось примерно в два раза каждый год. Основываясь на этом наблюдении, он предсказал, что вычислительная мощность компьютеров, соответственно, будет увеличиваться (а ее стоимость снижаться) экспоненциально примерно каждые два года. Эти сроки то уменьшались, то увеличивались, однако сама тенденция сохраняется до сих пор.
Поменять приоритеты
Как отметил академик Бетелин в интервью интернет-журналу «Стимул»***, «в СССР мы тоже отставали в микроэлектронике, хотя не так страшно, как сейчас. Но главное состояло в том, что, даже копируя иностранные образцы, мы решали задачу комплексно и решали в большинстве случаев хорошо: даже при том, что у нас были менее производительные или менее функциональные микросхемы, комплексы у нас всегда были не хуже, чем у них. Комплексность разработки означает, что разрабатывается не отдельно элементная база, не отдельно аппаратура, не отдельно программа, а все во взаимосвязи.
И мне кажется, что это сейчас это принципиальный вопрос: нам надо вернуться к нашим истокам, к комплексному подходу при решении стоящих перед нами задач.
Это должна быть наша собственная стратегия. Применительно к микроэлектронике это означает, что надо совершенствовать внутреннюю структуру микропроцессоров, используемые алгоритмы и программы так, чтобы иметь возможность решать необходимые задачи на том уровне технологий, которые имеются у нас в настоящее время. И это не декларация. Мы у себя в институте это сделали».
С этим согласен Иван Покровский, который считает, что «если говорить о цифровой микроэлектронике, то для России было бы правильно сосредоточиться на технологии проектирования, а не на технологии производства процессоров. Во многих случаях это позволяет достичь тех же результатов по производительности процессов при значительно больших проектных нормах».
Эта стратегия вполне реализуема, поскольку проектирование конкурентоспособных на мировом рынке продуктов в России вполне возможно. У нас есть ряд дизайн-центров, способных создавать такие продукты. Например, такие компании, как «Миландр», ЭЛВИС, «Байкал Электроникс», МЦСТ.
***См. «Не витать в облаках, а решать проблемы», https://stimul.online/articles/interview/ne-vitat-v-oblakakh-a-reshat-problemy/?sphrase_id=17823
Непреодолимые препятствия
Если исходить из того, что новая фабрика, позволяющая выпускать микроэлектронику с проектными нормами 28 нм и меньше, нам все же необходима, то надо признать, что на пути ее строительства большинству наших респондентов видны непреодолимые препятствия.
И первое такое препятствие — отсутствие в России производства оборудования, необходимого для такой фабрики. Приходится констатировать: электронного машиностроения как отрасли в России не осталось, а то, что все-таки производится, годится лишь для мелких производств нестандартных устройств.
А приобрести такое оборудование на внешнем рынке в силу сложившихся внешнеполитических обстоятельств вряд ли возможно. Тем более что компаний, которые изготавливают самое сложное оборудование для изготовления самых современных процессоров — фотолитографические установки (степперы), — в мире всего три: японские Nikon и Canon, и нидерладская ASML. Причем доля ASML на рынке превышает 60%, и только она производит оборудование для фотолитографии в глубоком ультрафиолете с длиной волны 13,5 нм, рассчитанное на изготовление процессоров 7 нм.
Хотя в России есть группы разработчиков, у которых имеются оригинальные предложения мирового уровня по разработке машин для выполнения той же фотолитографии. Наш журнал уже писал, что в Институте прикладной физики РАН под руководством члена-корреспондента РАН Николая Салащенко много лет проводились исследования и разработки специальных покрытий в интересах той же компании ASML (см. «Сложить нанопасьянс», «Эксперт» № 4 за 2012 год), и на этой основе, в принципе, можно было создать самую современную фотолитографическую установку. Но эти работы не нашли своего продолжения. В настоящее время тот же коллектив разработчиков работает над рентгеновской безмасочной фотолитографией*****), которая конструктивно значительно проще традиционной фотолитографии. Но все это пока глубокий НИР и, конечно, в сроки, обозначенные в «дорожной карте», вряд ли удастся выйти на производство серийных установок.
Вот почему, по мнению Ивана Покровского, в настоящее время России надо искать союзников в деле создания такой фабрики, которые так же, как и наша страна, заинтересованы в создании альтернативы фабрикам, подчиняющимся американским санкциям, как, например, тайваньская TSMС. И первым таким союзником, считает г-н Покровский, может быть Китай, который уже продвинулся значительно дальше России в создании таких фабрик и запустил проект по строительству самой современной фабрики. «Нам нужно поддержать эту альтернативу, в том числе имеющимися компетенциями, а не тратить деньги впустую на строительство своей фабрики. А пример “Микрона” показывает, что мы к тому же не умеем работать на этих рынках. Как вариант: пусть в Китае будет общая фабрика по производству цифровых полупроводников, а в России будет такая же международная фабрика-фаундри со специализацией в СВЧ и в силовой электронике».
Закончить нашу статью можно словами генерального директора НИИМЭ академика РАН Геннадия Красникова, сказанными в интервью нашему журналу, но не потерявшими актуальности: «Нужно чтобы у нас появились собственные “Самсунги” или “Хуавэи”, то есть по-настоящему крупные производители разнообразной электронной аппаратуры. Для этого у такого российского “Самсунга” должны появиться якорные, лояльные потребители. Потенциально у нас они есть — это госкорпорации, “Газпром”, РЖД, “Росатом”». В свою очередь такой “Самсунг” должен стать якорным, лояльным потребителем для производителей электронных компонентов, для того же “Микрона” и других фабрик, а уже они выступят потребителями продукции электронного машиностроения <…> Что бы ты ни производил, у тебя должен быть лояльный потребитель. Для каждого этажа электронной пирамиды нужно создать цепочки лояльных якорных отечественных потребителей».
****См. «Литография без маски»
Госкорпорация «Ростех» представила в правительство проект «дорожной карты» развития новых поколений микроэлектроники и создания электронной компонентной базы на период до 2024 года. Эта «дорожная карта» разработана в развитие принятой в начале года «Стратегии развития электронной промышленности РФ на период до 2030 года».
Как сказано в пояснительной записке, объем финансирования «дорожной карты» на период до 2024 года составляет 718 060,1 млн рублей, в том числе: ассигнования федерального бюджета — 615 478,6 млн рублей; внебюджетные средства — 102 581,5 млн рублей, из которых собственные средства организаций Радиоэлектронного комплекса госкорпорации «Ростех» и технологических партнеров — 30 774,4 млн рублей.
С учетом требуемого финансирования переходящих мероприятий после 2024 года в сумме 79 985,4 млн рублей полная стоимость мероприятий «дорожной карты» составляет 798 045,5 млн рублей.
Фото: Антон Новодережкин/ТАСС; Дмитрий Лыков; Предоставлено Ассоциацией разработчиков и производителей электроники; ИТАР-ТАСС/Андрей Епихин;
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl