НДІІС та мікроелектроніка підводні камені та попутні вітри
Текст: Надія ФЕТІСОВА
українська мікроелектроніка сьогодні нагадує значний, але сильно застарілий корабель, що потрапив у шторм: підприємства лихоманить, багато хто опинився за бортом. Але ті, хто зможе осідлати хвилю, у недалекому майбутньому стануть лідерами та диктуватимуть свої закони у цій сфері. НДІІС ім. Ю. Є. Седакова розраховує опинитися серед них, зробивши ставку на концепцію міні-фабрик.
Ще на зорі створення мікроелектроніки як галузі, в 1965 році, один із засновників корпорації Intel Гордон Мур — пророк і месія цієї галузі — сформулював визначення, що стало відомим як закон Мура: кількість транзисторів на кристалі подвоюватиметься кожні два роки, а їх розміри — зменшуватимуться з тією ж швидкістю.
Це стало аксіомою: у 1960-х роках мінімальний розмір елементів мікросхеми становив 100 мкм, на початку 1970-х – до 3 мкм, а наприкінці 1970-х – на початку 1980-х – до 0,1 мкм. У цей період швидкими темпами стали розвиватися НВІС — надвеликі інтегральні схеми. Більше того, останнім часом з'явилася тенденція, названа More than Moore («більше, ніж Мур»), відповідно до неї розвиток мікроелектроніки йде навіть швидше, ніж передбачив учений.
Зараз провідні світові компанії досягли рівня 20 нм, а Samsung та Intel заявили, що у 2018 році планують розпочати виробництво чіпів розміром 7 нм. Світовий ринок напівпровідників у 2013 році оцінювався в $318 млрд, (в Україні цього року ця цифра становила трохи більше $2,5 млрд, і експерти прогнозували його зростання до $1 трлн до 2025 року.
Історія вітчизняної мікроелектроніки корелює із історією країни. У 1980-х роках галузь переживала розквіт: СРСР посідав друге місце після США з виробництва військової електроніки та третє (після США та Японії) — за загальним обсягомвиробленої продукції. За оцінками експертів, відставання радянських розробок від американських становило лише кілька років. На початку 1990-х галузь розвалилася: фінансування наукових розробок припинилося, провідні розробники емігрували.
Результати більш ніж плачевні: повна залежність від імпорту; гостра нестача повноцінних фабрик з виробництва ЕКБ; суттєве відставання у технологіях; проблеми із кваліфікованими кадрами. Остаточно очевидним це стало у кризовому 2009 році: зростання ринку скоротилося одразу на 35%, обсяги впали до $1406 млн (у 2008 році – $2163 млн). Наразі ці показники виправилися, але не злетіли: обсяг ринку у 2015 році становив $2786 млн, а за темпами зростання не вдалося досягти навіть показників 2002 року.
український ринок електронних компонентів має мізерні масштаби: за оцінками маркетингових агентств, його обсяг становить близько 0,4% світового та 3,5% європейського.
Великих українських виробників ЕКБ можна перерахувати на пальцях, усі основні зосереджені в інноваційному кластері Зеленограда: це підприємства «Мікрон», «Протон», «Ангстрем», «Міландр»; ще є мінський «Інтеграл» та інші. За словами експертів, десять підприємств контролюють близько 80% ринку.
НДІІС ім. Ю. Є. Седакова базується у Нижньому Новгороді; У підприємства своя специфіка - розробка ЕКБ для сфери критичних технологій: оборонної, атомної, космічної промисловості. «Розроблені та серійно освоєні мікросхеми та напівпровідникові прилади НДІІСу успішно використовуються в бортовій апаратурі супутникової навігації, бортових телеметричних приладах, системах реєстрації особливо важливих параметрів атомних станцій, обчислювальних системах», — розповідає заступник директора НДІІСу з мікроелектроніки Сергій Булохов.
Головнаособливість цієї продукції – підвищена надійність: вся апаратура – радіаційно стійка, термін служби – від 25 років. Продукція військового та спецпризначення становить понад 40% від усього ринку вітчизняної ЕКБ.
Заміщай і владарюй? Імпортозаміщення — мабуть, найболючіша точка української мікроелектроніки.
«Частка імпортного обладнання, що застосовується, становить від 50 до 100 %, — каже С. Булохов. — Аналогічна ситуація з матеріалами та спецгазами, які використовуються у виробництві, лише чверть яких виробляється або планується до виробництва в Україні».
У 2015 році частка вітчизняних компонентів на українському ринку становила 33% та оцінювалася у $920 млн; імпортних — відповідно 67% та $1,8 млрд. Повна залежність вітчизняного ринку від закордонних постачальників пояснюється просто. Замовляти вітчизняні компоненти було невигідно: потреби внутрішнього ринку легко покривалися світовими виробниками, які працювали надійно, якісно, швидко. Внутрішнє виробництво за таких умов було неконкурентоспроможним.
Після введення санкцій під забороною опинилося багато життєво важливих для ЕКБ елементів. Під удар потрапили і громадянська, і стратегічна сфери мікроелектроніки: в українських супутниках, наприклад, переважна частина ЕКБ імпортного виробництва. Роскосмос провів інвентаризацію та уніфікацію компонентів, скоротивши їх кількість із 2000 до 150 — і ці 150 підлягають обов'язковій заміні компонентами вітчизняного виробництва.
Безперечний плюс всієї цієї історії в тому, що вітчизняні підприємства нарешті почали виробляти власну продукцію, яка через відсутність імпортних аналогів стала користуватися попитом.
Здебільшого це стосується виробництва мікросхем. «Мікрон», наприклад,виробляє мікросхеми з топології 90 нм, а у 2015 році заявив, що отримано тестові зразки з нормами 65 нм. Щоправда, у масове виробництво такі мікросхеми поки що не запущені.
НДІІС у цій гонці за нанометрами відстає: зараз у виробництві знаходяться мікросхеми 350 нм, у розробці – 150 нм. Для стратегічної сфери вдосконалювати технології догляду в глибокі субмікрони не важливо; Найважливіші критерії тут - абсолютна надійність і тривалий термін служби.
НДІІС знайшов свою конкурентну перевагу в іншому - тут організовано виробництво повного циклу. «До складу науково-виробничої бази НДІІС входять дизайн-центри, ділянка фотошаблонів, лінії виробництва кристалів мікросхем, лінії збирання мікросхем у металокерамічні корпуси, ділянка виготовлення виробів мікросистемотехніки, сертифікований випробувальний центр», — зазначає С. Булохов.
Іншими словами, якщо зазвичай компоненти виготовляються в одному місці (іноді й у кількох), а випробування проходять в іншому, то в НДІІС замовник отримує вже сертифіковану і готову до застосування продукцію. Підприємство гарантує підсумкову якість продукту, оскільки контролює процес кожному етапі. Такого повномасштабного виробництва ніде в Україні більше не існує.
НИИИС виграє з допомогою своєї універсальності: наприклад, у сфері виготовлення мікросхем компанії зеленоградського кластера — конкуренти; але ці ж компанії — основні споживачі фотошаблонів, які виготовляють у НДІІС з 2013 року. До цього більшість фотошаблонів було імпортного виробництва, а це негативно впливає на інформаційну безпеку об'єкта: не можна гарантувати, що у фотошаблон не було закладено стороннього функціонала, і надійність мікросхеми опиняється під питанням.
Основнийконструкційний матеріал для виготовлення субмікронних НВІС - гетероструктури на основі кремнію. Нині використовуються лише імпортні гетероструктури. НДІІС планує запустити ділянку виробництва гетероструктур у 2018 році, причому експерти підприємства обіцяють, що вітчизняні аналоги не поступатимуться закордонним.
Ще один привід для гордості у НДІІС — мікроелектромеханічні системи (МЕМС/МСТ). «Технологію мікросистемної техніки включено до переліку критичних технологій України, — пояснює С. Булохов. — Вироби МЕМС/МСТ застосовуються в медичній, автомобільній, космічній та інших галузях промисловості, мають значний потенціал для постачання цивільної продукції на міжнародні ринки». І тут у НДІІСу виграшні позиції: в Україні вироби МЕМС/МСТ, крім НДІІСу, випускає тільки одне зеленоградське підприємство, а використовуються вони повсюдно — і зараз це в основному імпортна продукція.
Міні-фабрики: світло наприкінці тунелю Незважаючи на всю прірву між українськими та зарубіжними гравцями ринку мікроелектроніки, у них є одна спільна проблема.
Всі розробники та виробники ЕКБ та радіоелектронної апаратури (крім масових їх видів) зіткнулися з парадоксом: чим менша сумарна площа оброблюваних пластин, тим вища вартість їх виготовлення.
У 2015 році на зарубіжних фабриках виробництво однієї партії кристалів НВІС з нормами 180 нм коштувало 12–15 млн рублів, а 45 нм — уже вдесятеро дорожче, 150 млн рублів. І це не межа: вартість пілотних проектів НВІС із нормами 28 нм становить понад $120 млн.
Виробництво такої дорогої продукції могло бути економічно виправдане великими обсягами замовлень. Але ситуація зворотна: спеціалізовані компоненти випускаються дуже невеликими.серіями, іноді (наприклад, для космічної галузі) — лише кілька десятків штук. Через складне дороге обладнання зростає і вартість самої фабрики: наприклад, південнокорейська компанія SK Hynix планує витратити близько $26 млрд на будівництво двох нових заводів.
Такі суми, чутливі навіть для світових корпорацій, для українських підприємств виглядають зовсім космічними. "Вхідний квиток" на ринок мікроелектроніки з розвитком технологій скоро зможуть дозволити собі лише кілька гігантів. українські підприємства явно не увійдуть до їхнього числа: виробляти продукцію широкої номенклатури та малої серійності на великому підприємстві — економічне божевілля, таке підприємство буде збитковим. "В результаті діючі в Україні нечисленні фабрики завантажені практично до межі, а значна частина вітчизняних центрів проектування виробляє свою продукцію на зарубіжних фабриках", - резюмує С. Булохов.
На Заході над цим напрямком активно працюють: Японія вперше продемонструвала свій Minimal Fab ще 2013 року, а 2014-го прямо на дводенній виставці розгорнула лінію з 25 установок для повного циклу виготовлення мікросхем.
В Україні про переваги міні-фабів та необхідність їх впровадження захоплено сперечаються вже два роки. Про те, щоб побудувати свої міні-фабрики, поки не йдеться — немає налагоджених технологій. Але провідні підприємства сфери ЕКБ перші кроки вже зробили: наприклад, МІЕТ та Корпорація розвитку Зеленограда наприкінці минулого року підписали угоду про співпрацю з двома японськими компаніями: Yokogawa Solution Service Corporation та Tokyo Boeki Group.
Угода передбачає створення спільного науково-дослідного центру для проведення демонстрацій та навчання технологіям міні-фабів, а такожспільних розробок у цій галузі. Для НДІІСу з його дрібносерійними та багатономенклатурними замовленнями міні-фабрика стала б чудовим рішенням, дозволивши в рази скоротити витрати на виробництво. Але тут, визнаючи всю потенційну користь міні-фабів, жодних конкретних рішень поки що не ухвалюють.
Незважаючи на серйозні проблеми, світле майбутнє вітчизняної мікроелектроніки цілком може настати, вважають експерти НДІІСу. Однак для цього стратегічні кроки необхідно робити вже зараз, каже С. Булохов: «Кількість імпортної ЕКБ, яка застосовується українськими підприємствами, значно перевершує можливості вітчизняних розробників і виробників, а отже, необхідно продовження робіт з уніфікації застосовуваної елементної бази.
Застосування ЕКБ у космічній апаратурі потребує вирішення проблеми випробувань ЕКБ (як уже серійно освоєної, так і розробляється в рамках імпортозаміщення) на стійкість до важких заряджених частинок».
Ще одне важливе питання – підготовка кадрів. Наразі підприємства стикаються з нестачею кваліфікованих фахівців, а теоретична база у багатьох вишах застаріла. НДІІС працює і над цією проблемою: «У провідних вузах Нижегородської області, НДТУ та ННГУ створено базові кафедри мікроелектронного спрямування. Навчання проводиться із залученням провідних співробітників НДІІСу, — розповідає С. Булохов. — Крім цього, діє система підготовки фахівців для НДІІСу, починаючи зі шкільної лави: ліцей — коледж — ВНЗ — НДІІС».
Топ-менеджери українських підприємств мають мікроелекроніки вельми оптимістичні прогнози на майбутнє. Генеральний директор холдингу «Роселектроніка» Ігор Козлов заявив, що до 2021 року заміщення ЕКБ на українському ринку збільшиться більш ніж утричі, до 70% із нинішніх 20%. Прицьому, за його словами, холдинг прагнутиме нарощувати саме виробництво критичної бази. Козлов вважає, що протягом десяти років вітчизняна електронна промисловість зможе конкурувати із закордонними гравцями.
У НДІІС з цим прогнозом згодні, але з поправкою: експерти підприємства вважають, що реально конкурентоспроможною може бути лише критична база. У цивільному — надто сильні конкуренти. С. Булохов впевнений, що з усіма викликами підприємство впорається: «НДІІВ впевнено дивиться у майбутнє, усвідомлюючи свою важливу роль у розвитку вітчизняної радіоелектронної промисловості».