Fabless как способ возрождения российской электроники

Максим Груздев

В развитых странах микроэлектроника относится к числу приоритетных отраслей промышленности и является важнейшим направлением научно-технического прогресса. На Западе осуществлен переход на 0,25-микронные технологические нормы, в 2000 году ожидается переход на технологию 0,18 микрона. Шаг развития в этой области очень широкий и быстрый.

В России достигнут уровень 0,8 микрон, который в 2000 году может быть улучшен до 0,5 микрон. Отставание отечественной микроэлектронной промышленности от мирового уровня и невозможность его преодоления в ближайшей перспективе настолько очевидны, что уже не обсуждаются.

В то же время Россия заинтересована в самостоятельном производстве бытовой, вычислительной, телекоммуникационной, транспортной и т. п. техники не на уровне отверточной сборки «черных ящиков», а на уровне полнокровной промышленности с максимальным содержанием отечественного труда и интеллекта, в увеличении числа хорошо оплачиваемых рабочих мест.

Для успешной конкуренции с зарубежными производителями, отечественные разработчики электронных устройств должны обеспечивать такие же или лучшие потребительские свойства, добиться которых невозможно без применения современной эле-ментной базы. В настоящее время задачу обеспечения разработчиков электронными компонент ами взяли на себя дистрибьюторы, осуществляющие поставки в Россию тех компонентов, которые не в состоянии освоить отечественная промышленность. Дистрибьюторы, по сути, спасли отечест-венную электронику, дав в последние несколько лет возможность разработчику эффективно решать возникавшие перед ним задачи с помощью широкой номенклатуры современных импортных комплектующих. Более того, использование импортной элементной базы, ориентированной во все большей степени на поверхностный монтаж, волей-неволей заставило российских электронщиков осваивать эту технологию как при разработке печатных плат, так и при монтажных операциях. А ведь не владея этими навыками, мы отстанем безнад¸жно, нам просто нечего будет делать, когда в мировой электронике корпуса SOIC, TSOP и, тем более, BGA, полностью вытеснят корпус DIP.

Сейчас уже нет необходимости искать ответ на вопрос, нужна ли России собственная микроэлектроника и, прежде всего, технически сложные компоненты - универсальные и сигнальные микропроцессоры, микроконтроллеры, нейрочипы и прочее. Не будем рассматривать такую крайность, как военная агрессия против России. События последних лет показали, что в отношении нашей страны могут быть применены более тонкие формы оказания давления, например, санкции, которые в любой момент лишат разработчиков возможности применения современной элементной базы.

Военная техника - пожалуй, единственная продукция отечественной электроники, которая вполне конкурентоспособна на мировом рынке вооружений. Это самый прибыльный и, одновременно, самый жесткий рынок. Тем не менее, Россия постепенно восстанавливает ослабленные позиции. По сравнению с показателями 1998 года экспорт российского оружия в прошлом году увеличился на $400-500 млн. и составил $3 млрд. Ожидается, что в 2000 году Россия сможет увеличить зару- бежные поставки, как минимум, на $500 млн. Только на поставках истре-бителей ОКБ Сухого в Индию и Китай Россия в ближайшие пять лет заработает около $5 млрд. Следует отметить, что современное оружие становится все более «интеллектуальным», то есть наиболее значимую часть его составляет именно электроника. А иностранные производители электронных компонентов отказываются поставлять свою продукцию для военных разработок.

Таким образом, несмотря на мировую интеграцию и разделение труда, очевидна необходимость сохранения независимости страны и достигнутых в свое время приоритетов. Элементная база для важнейших электронных систем, имеющих оборонное и стратегическое значение, должна создаваться отечественной промышленностью.

Развитие микроэлектронной промышленности требует постоянных инвестиций, поскольку стоимость и скорость устаревания производственных мощностей очень высоки. Объемы производства и продаж должны покрывать все расходы на создание и, собственно, производство СБИС.

Процесс вывода сложного технологического продукта на рынок, особенно в электронике, связан с большим риском и подчас оказывается дороже и длительней, чем его разработка и производство. Если какая-либо микросхема не получает распространения на рынке, то, какой бы ни была совершенной ее архитектура, она исчезает. В России же это сложно вдвойне, объемы производства электронной техники и проводимых в этой области НИОКР ничтожно малы и не смогут в ближайшие годы обеспечить большой спрос на новые компоненты и, следовательно, надлежащую за-грузку производственных мощностей кремниевых фабрик в России.

Таким образом, развитие микроэлектроники невозможно без развития электронной промышленности более высокого уровня. В самом деле, зачем строить кирпичный завод, если никто не строит домов?

Но предположим, что в России наконец-то сформировался большой платежеспособный спрос на микросхемы. Что в таком случае должны выпускать отечественные заводы в условиях постоянного технологического отставания от мировой индустрии и необходимости скорейшего возврата инвестиций? Наиболее простым (и даже экономически целесообразным) кажется способ копирования устаревших западных разработок. Этот хорошо знакомый путь был опробован еще в Советском Союзе - после быстрого достижения ощутимых результатов, эти результаты так же быстро теряются.

Принципиально новый путь предоставляют современные средства проектирования и синтеза микросхем, позволяющие относительно быстро переносить производство с одной фабрики на другую. Разработку можно проводить в России, а изготавливать кристаллы - за рубе-жом по современной технологии, оставляя у себя права на выпускаемое изделие. Интервал времени между первым выпуском микросхемы и ее массовым распространением может составлять несколько лет. В дальнейшем, при серийном производстве конечных продуктов на основе созданных СБИС, их выпуск можно наладить в России (рис. 1).

Отечественные разработчики уже сейчас могут создавать конкуренто-способные СБИС, создав благоприятные условия для развития полупроводниковой отрасли в целом.

Конечно, и проектирование микросхем требует существенных затрат - необходимо использовать мощные рабочие станции и современные САПР, а также провести всю маркетинговую, патентную и юридическую работу, - но они несоизмеримо меньше, чем вложения в производственное технологическое оборудование. Тем более, что коллективы, способные заниматься подобными разработками, в России есть.

Проект НТЦ «Модуль» по созданию процессора NM6403 серии NeuroMatrixO - пример успешного решения подобной задачи.

Осенью 1998 года «Модуль» представил новый продукт - высокопроизводительный процессор NM6403, ориентированный на выполнение векторно-матричных вычислений (подробную информацию о процессоре и вычислительных устройствах на его основе, а также документацию и демо-версию инструментального программного обеспечения можно найти на веб-сервере НТЦ «Модуль»).

Уникальность процессора не только в его технических характеристиках, но и в том, что это - первая в России СБИС, выполненная по «безпроизводственной» схеме. Архитектура и инструментальное программное обеспечение процессора разрабатывались в России, а производство организовано за рубежом, по технологии 0,5 микрон. Процессор предназначен для решения широкого ряда задач цифровой обработки сигналов (видеообработка, радиолокация, телекоммуникации, крипто-графия), а также для эмуляции нейронных сетей - перспективного направления вычислительной техники. Являясь чисто отечественной разработкой, по техническим характеристикам процессор находится на уровне лучших мировых достижений.

Создание процессора NM6403 позволило «Модулю» открыть для себя совершенно новый перспективный рынок - рынок кремниевой интеллектуальной собственности. Это - молодой, но интенсивно растущий рынок, объем которого в 1999 году составил почти $1 млрд. Ожидается, что к 2001 году эта цифра увеличится более чем вдвое, достигнув $2 млрд. Объем сделок на этом рынке колеблется от $250 тысяч до $1 млн.

Осенью 1999 года «Модуль» осуществил первую продажу лицензии на использование схемотехнических решений, лежащих в основе процессора - запатентованное ядро NeuroMatrix^®. Покупателем выступило германское подразделение Fujitsu. Ядро NeuroMatrix^® будет использовано в составе собственных микросхем Fujitsu для применения в высокоскоростных системах передачи видеоданных и сотовой телефонии третьего поколения.

Сейчас NM6403 заложен в ряд ОКР, проводимых «Модулем» и другими отечественными организациями в области связи, обработки радиолокационных сигналов, видеоизображений, защиты информации. Первый завершенный продукт на базе NM6403 - аппаратно-программный комплекс автоматизированного контроля трафика дорожного движения, выполненный «Модулем» для зарубежного заказчика. Стоит отметить, что задачу, решенную «Модулем» на четырех NM6403, сам заказчик не смог решить на восьми процессорах Sharc компании Analog Devices.

В 2000-2001 годах, после завершения ОКР и вывода на рынок изделий на базе NM6403, потребность в нем может составить десятки тысяч в год. К тому времени производство в России микросхем по технологическим нормам 0,5 микрон станет реальностью.

Чтобы не потерять темп, «Модуль» начал разработку следующей версии процессора архитектуры NeuroMatrix^® - NM1281 (табл. 2). Архитектурные и структурные особенности нового процессора позволят существенно упростить разработку и отладку конечного оборудования и улучшить его потребительские характеристики. Кроме того, NM1281 обеспечит преемственность программного обеспечения, разработанного для NM6403. Это значит, что уже сейчас с помощью инструментальных средств для NM6403 можно разрабатывать прикладное программное обеспечение для будущих проектов, ориентируясь на применение NM1281.

Развитие полупроводниковой промышленности - долгосрочная комплексная задача, которую нельзя решить банальным вливанием денег, закупкой современного оборудования и т. д. Только с развитием производства конечной продукции, когда сформируется круг покупателей на микросхемы, наступит время делать крупные инвестиции в фабрики для производства микросхем. Это время естественным образом придет, но уже сейчас можно и нужно создавать интеллектуальную продукцию, чтобы через несколько лет реализовать ее в российском кремнии.