В этом году НИИМЭ (входит в Группу компаний «Элемент») начал отсчет седьмого десятка лет своей деятельности. Практически все это время институт был лидером отечественной микроэлектроники. Нашим читателям он отлично известен, и потому нет нужды лишний раз останавливаться на общеизвестных фактах – в беседе с Александром Кравцовым, генеральным директором НИИМЭ, мы сразу заговорили о делах насущных. Мы уверены, что точка зрения Александра Кравцова на текущее положение дел в российской микроэлектронике и на ее перспективы заинтересует читателей.
Нередко можно услышать мнение, будто НИИМЭ – часть «Микрона». Де-юре это не так, а де-факто? Или можно говорить о симбиозе?
Фундаментальная наука и производство – две вполне автономные сферы, но при этом невозможно поставить разработанную технологию без технологических мощностей или создать продукт без использования знаний. Научно-исследовательские институты изначально создавались как первое звено цепочки, которая заканчивалась промышленными предприятиями, выводящими на рынок готовые изделия. В 1964 г., когда был создан НИИМЭ, на первом этаже здания института находился опытный цех, а на втором – разработчики. Спустя два года цех производил такой объем полупроводников, что потребовались дополнительные мощности, и в 1967 г. при НИИМЭ был создан завод «Микрон», который с тех пор является основной площадкой для внедрения разработок института. В рамках масштабной программы по развитию отечественной микроэлектроники НИИМЭ и «Микрон» продолжают плотно взаимодействовать, что позволяет построить мост между разработкой технологий и производством конечных изделий, обеспечить требования разработчиков ЭКБ в части технологических процессов и их опциональности.
В 2016 г. НИИМЭ был определен Постановлением Правительства РФ головным предприятием приоритетного технологического направления «Электронные технологии». В этом статусе институт осуществляет координацию деятельности научных и производственных учреждений микроэлектронной отрасли России по разработке и применению отечественной элементной базы в электронных изделиях российского производства, определяя развитие отрасли в целом.
В настоящее время перед нами стоит глобальная задача обеспечить технологическую независимость страны в микроэлектронике. Для ее решения мы работаем с десятками российских производственных предприятий и научных организаций, регуляторами, государственными фондами поддержки. Наша цель состоит в построении полноценной экосистемы и выстраивании производственных цепочек для выведения микроэлектронной отрасли на новый уровень, потому что технологическая независимость предполагает, что отечественными должны быть не только конечные изделия, но и технологии, материалы и оборудование.
Как известно, проблема кадров поднялась на общенациональный уровень. Есть ли у НИИМЭ проблемы с набором специалистов? Велика ли текучка кадров? Расскажите о сотрудничестве НИИМЭ с вузами.
Проблема с кадрами действительно существует, и для ее решения есть разные подходы. Кто-то просто перекупает сотрудников на рынке, но мы за другой подход – мы растим собственные кадры, в том числе прямо со школьной скамьи.
Суть нашего подхода – в формировании научно-инженерного мышления уже в раннем возрасте, вовлечении любознательных школьников и студентов в исследовательскую деятельность. Для этого мы используем различные практики, начиная с проведения школьных техноквизов и заканчивая конкурсами проектных работ учащихся. Мы ежегодно не только участвуем в десятках профориентационных мероприятий, но и проводим их сами. Мы рассказываем школьникам и абитуриентам о сегодняшнем дне и будущем микроэлектроники на «Днях открытых дверей», «Лифте в будущее», «Большой перемене», «Технограде» и других мероприятиях в разных городах России
Если говорить о работе именно со студентами, то НИИМЭ заключил соглашения о взаимодействии с 24 ведущими вузами страны. Только прошлом году 237 студентов технических вузов и колледжей прошли стажировку и практику в нашем институте, а 25 выпускников уже пришли к нам работать. Мы реализуем программу собственных квот на целевое обучение в ведущих вузах России. Только в прошлом году в российские вузы поступили 29 целевых студентов НИИМЭ. Особенность целевого обучения в том, что рабочий стаж студента начинается с первого дня обучения. Наши целевики с первого курса работают над реальными проектами, проходят практику в лабораториях института, а через несколько лет станут нашими сотрудниками.
15 лет назад на базе НИИМЭ под руководством научного руководителя института академика РАН Г.Я. Красникова была организована базовая кафедра микро- и наноэлектроники МФТИ. Она выпускает высококлассных специалистов, которые имеют широкие фундаментальные знания в области физики, химии и смежных дисциплин. Еще одна базовая кафедра – «Субмикронная технология СБИС» – была организована в НИУ МИЭТ. Кроме того, мы являемся партнером Передовой инженерной школы МИЭТ «Средства проектирования и производства электронной компонентной базы», которая была создана в 2024 г. и по итогам года показала очень хорошие результаты.
Ежегодно для молодых исследователей в рамках Российского форума «Микроэлектроника» под руководством заместителя руководителя приоритетного технологического направления по электронным технологиям АО «НИИМЭ», член-корреспондента РАН Е.С. Горнева проводится «Школа молодых ученых». Более трехсот молодых специалистов делают научные доклады, устанавливают прямые контакты, обмениваются информацией о последних достижениях, обсуждают возможности проведения совместных исследований и научных проектов.
При выборе работы каждый человек взвешивает десятки параметров, среди которых зарплата –лишь один из них. Не менее важны уникальные перспективы, которые может предложить работодатель, профессиональный рост, самореализация, возможности общения с сильными коллегами, рабочая среда. Такое наставничество для нас очень важно. Этот процесс передачи уникальных знаний, личного опыта, уважения к профессии, гордости за результат, которому ты посвятил много лет своей жизни. Он формирует мировоззрение и отношение к делу у следующего поколения ученых и инженеров.
Новые возможности для развития мы открываем и внутри НИИМЭ. В прошлом году был запущен спецпроект, в рамках которого инициативная группа молодежи может получить целевое финансирование их технологических ОКРов, пилотных образцов или мелких серий. В рамках проекта рабочая группа наших молодых специалистов с использованием средств машинного обучения создала алгоритмы углубленного анализа данных электрокардиограмм с отслеживанием более 20 параметров, что позволяет быстро обнаруживать аномалии. На базе этой разработки уже создан прототип спортивно-медицинского пульсометра на отечественной ЭКБ с ПО для смартфона. Теперь мы работаем над выведением изделия в серию.
Мы очень много делаем по подготовке кадров для всего рынка, в том числе участвуем в проектах оценки качества образования, даем обратную связь системе образования о квалификационных дефицитах выпускников, повышаем квалификацию преподавателей вузов. Наш Учебный центр ведет работу по переподготовке специалистов отрасли под новые техпроцессы, системы проектирования, эксплуатацию систем производства. Было подготовлено уже более 30 образовательных программ по микроэлектронике для сотрудников высших учебных заведений и предприятий отрасли для решения остро стоящих кадровых вопросов.
Насколько, по Вашему мнению, китайские производители микроэлектроники способны заменить ушедшие западные компании? Речь не о простой продукции вроде универсальных операционных усилителей, а о высокопроизводительных микроконтроллерах, прецизионных времязадающих микросхемах и т.д.
В первую очередь, нужно понимать, что замена ушедших с российского рынка изделий на продукцию производителей из других стран не решает вопрос технологической независимости страны. Во взаимодействии с китайскими производителями и поставщиками существует много ограничений, и отдельная номенклатура их продукции, в основном как раз в области передовых решений, нам по-прежнему недоступна. Причем, причины отказов разные – они связаны не только с санкциями, но и с собственными ограничениями на распространение высокотехнологичной продукции. Речь идет не только об ЭКБ. Замечу, что в некоторых областях сохраняется существенное отставание от решений западных компаний. Ну и в целом, в случае перехода на использование китайской продукции в наших конечных изделиях мы, конечно, ускоряем разработки и находим решения, но, по факту, просто меняем одну зависимость на другую.
Для достижения поставленных руководством страны целей развития отечественной микроэлектроники нам нужно не только наращивать долю своей ЭКБ на национальном рынке, но и создавать собственные критически важные технологии, особо чистые материалы, специальное технологическое оборудование и системы автоматизированного проектирования. И такие работы активно ведутся в стране.
В частности, в НИИМЭ мы продолжаем развивать линейку полностью отечественных защищенных микроконтроллеров для критической информационной инфраструктуры, ведем разработку технологий для производства ЭКБ, создаем технологии производства новых видов энергонезависимой памяти, занимаемся созданием особо чистых материалов и методов их анализа, создаем и внедряем в техпроцессы новое отечественное оборудование, разрабатываем решения на базе машинного обучения.
Насколько ощутимы были изменения рынка для НИИМЭ – появились новые партнеры, новые клиенты?
Глобальный и внутренний рынки меняются под действием разных сил. Мы фокусируемся, прежде всего, на отечественном рынке, поэтому развиваем отношения с уже сформировавшимися партнерами и устанавливаем связи с новыми не только по уже разработанным технологиям и продуктам, но и по новым темам. Например, недавно на «Микроне» был успешно протестирован высокочувствительный фоторезист для техпроцессов 90 нм, разработанный в кооперации предприятий отрасли во главе с НИИМЭ. Вместе с НИИТМ мы ведем работы по созданию технологического оборудования для плазмохимического травления и осаждения, а также собираем установку имплантера. Вообще, в рамках ГК «Элемент», куда входят все упомянутые организации и многие другие, в результате прошедших изменений организуется работа по выстраиванию полноценной российской цепочки кооперации при создании конечного для потребителя продукта. Такая кооперация объединяет множество внутренних и партнерских компаний для достижения единого результата.
В целом же, в качестве примера изменения рынка можно привести разработанный нами программно-аппаратный комплекс «Звезда», который в настоящее время проходит тестирование в ряде российских компаний самых разных сегментов – там, где необходимо обеспечить защиту критической информационной инфраструктуры, шифровать современными криптографическими алгоритмами данные, передающиеся между устройствами. С учетом выявленных за последнее время угроз для сохранения и подтверждения достоверности данных, цифровизации общества в целом, появления большого количества «умных» приборов, которые применяются на транспорте, в медицине, в системах учета, в промышленном оборудовании, мы видим большую перспективу для наших изделий в самых разных отраслях, которые прежде были более консервативными и не считали приоритетными вопросы по защите информации.
Минпромторг уже довольно давно ввел статус «Российский производитель», который дает определенные преимущества компании, обладающей таким статусом. Как вы полагаете, насколько эта идея поможет импортозамещению?
В ответ на вызовы, вставшие перед страной, государство последовательно расширяет меры по защите российского производителя и формированию внутреннего рынка ЭКБ. Микроэлектронная промышленность является системообразующей отраслью, так как микросхемы стали ключевым компонентом любого электронного устройства. Если в конечных изделиях применяются компоненты, разработка и производство которых локализованы в России, они являются отечественной продукцией первого уровня (регулируется Минпромторгом России в соответствии с ПП РФ №719 «О подтверждении производства промышленной продукции на территории РФ» от 17 июля 2015 г.), и это их конкурентное преимущество на российском рынке. Причем, в целом ряде случаев этот статус становится обязательным условием для участия в государственных и муниципальных закупках.
Это важный шаг не только в обеспечении информационной и технологической безопасности страны, но и в формировании и защите отечественного рынка ЭКБ. Например, интегральные схемы, которые разработаны НИИМЭ и производятся «Микроном», включены в реестр отечественной промышленной продукции и имеют статус продукции первого уровня. Они применяются в транспортной системе Москвы, Санкт-Петербурга и других городов России, в банковской сфере (карты «МИР»), в государственных документах, в телеком-инфраструктуре, в смарт-картах, в промышленной аппаратуре и приборах, RFID-изделиях и т.д. А каких-то 10–15 лет назад на этих рынках доминировали чипы иностранного производства.
НИИМЭ работает над созданием отечественной фотонной компонентной базы, но фотоника должна работать с полупроводниковой электроникой. Не получится ли так, что фотоника «забежит вперед» и будет ждать, пока до ее уровня дорастет полупроводниковая электроника? Насколько согласованы планы развития обоих приложений?
Сегодня существует ряд приложений, для которых требуется разный технологический уровень: в некоторых из них сложная электроника необходима, а в других — нет. Если обратиться к международному опыту, то можно заметить, что электроника, работающая в связке с фотоникой, как правило, выполнена с соблюдением передовых топологических норм. Например, во многих таких проектах норма для электроники составляет 28 нанометров, тогда как для фотонных чипов достаточно 90 нанометров. Это связано с тем, что в силу особенности физики процессов, фотоника не требует передовых норм. Дело в том, что свет в окне прозрачности кремния имеет длину волны около 1500 нанометров, и его невозможно локализовать так, чтобы волновод был очень узким: в любом случае, ширина кремниевого волновода будет около 500 нанометров, что снижает требования к топологическим нормам для фотоники.
С точки зрения физики, фотонные вычисления заявляются как очень перспективная технология, которая может обогнать все существующие решения. Однако большинство статей по этой теме написаны физиками, работающими непосредственно с фотонными интегральными схемами, и очень узко освещаются такие вопросы, как взаимодействие с кэшем и процессорной частью. Мы же ставим перед собой цель разобраться в архитектуре устройства в целом, а не только в его фотонной части, чтобы создать аналитическую модель, объясняющую, как эта система будет функционировать. В настоящее время мы занимаемся этой задачей в рамках НИР с Национальным центром физики и математики.
Если говорить с точки зрения применения технологии и рынка в целом, то сейчас существует два основных тренда. Первый — это возможность замены графических процессоров в стойках с помощью увеличения вычислительной мощности, что предполагает выигрыш по скорости и числу выполняемых операций в секунду. Второй тренд связан с повышением энергоэффективности, однако этот вопрос вызывает много дискуссий. Еще одна возможность применения — это использование небольших матриц, которые устанавливаются в изолированные устройства. В таком случае требуется локальная обработка данных, поскольку их невозможно передать на сервер для обработки. Это тоже касается вычислений.
Если говорить о мейнстриме, то основной рынок интегральной фотоники в настоящее время – это трансиверы. Согласно отчетам, они составляют около 80% продаж в этом сегменте. Трансиверы — это сложные устройства, состоящие из множества компонентов, включая фотонные интегральные схемы, СВЧ-электронику и алгоритмическую часть. Технология интегральной фотоники реализуется на плате с различными элементами: электрооптическими модуляторами, решётками, фотодетекторами и лазерами, которые обычно являются внешними устройствами, что само по себе представляет отдельную техническую проблему. Если мы хотим интегрировать все эти компоненты в трансиверах, то идеальным вариантом будет их совместная реализация на одном чипе, а в этом случае нужны встроенные фотодетекторы.
Есть еще одна сложность: в России очень мало производителей трансиверов, их можно пересчитать по пальцам одной руки. Поэтому наша задача заключается еще и в развитии этого сегмента – формировании научного видения того, как должно происходить дальнейшее развитие технологии. Несмотря на то, что рынок в целом понятен и ясна цепочка кооперации, остается еще довольно много вопросов, касающихся узких мест в физических аспектах разных технологий, которые используются в этой области.
На Форуме «Микроэлектроника» вы показали разработки в области энергонезависимой памяти FeRAM. Расскажите немного подробнее об этом направлении.
Мы ведем работу над технологией создания сегнетоэлектрической памяти FeRAM в рамках нескольких проектов с разными партнерами: академическими институтами, производителями оборудования. Наработки, которые мы собирали на протяжении последних 10 лет, во многом определялись изначальными исследованиями ферроэлектрической памяти на тонких пленках оксида гафния, которые проводил МФТИ. Преимущество этой технологии заключается в совместимости с существующими в России микроэлектронными технологиями, что позволяет минимизировать затраты на постановку техпроцесса: мы работаем с проектными нормами 180 нм на пластинах диаметром 200 мм.
Сегнетоэлектрическая память работает на основе диэлектрика, в котором поляризация способна сохранять свое направление после воздействия внешнего электрического поля. Для записи нового логического состояния мы применяем противоположное электрическое поле. Это направление вектора поляризации определяет значение, которое мы храним. Поскольку ионы в кристаллической структуре связаны гораздо сильнее, чем электроны, такая память обладает высокой устойчивостью к воздействию внешней среды. Процесс изменения взаимного положения ионов происходит довольно быстро: перемещение ионов в кристаллической ячейке осуществляется на уровне межатомных расстояний. Именно высокая скорость перемещения ионов на небольшие расстояния обеспечивает высокое быстродействие на уровне десятков наносекунд и низкое энергопотребление. Кроме того, она обладает высоким ресурсом переключений, который в 1000 раз больше по сравнению с серийно освоенными флэш-технологиями. В перспективе этот вид памяти сможет эффективно заменить современную оперативную память в процессорах.
При этом плотность записи сама по себе не является главной характеристикой памяти: важнее ее высокая стойкость к факторам внешней среды, в особенности к условиям открытого космоса. В памяти такого типа ионы связаны между собой гораздо прочнее, чем свободные электроны, что обеспечивает большую устойчивость и надежность хранения информации. Сама идея такой технологии появилась довольно давно, но до последнего времени ее развитие тормозилось из-за проблем совместимости с традиционной электроникой, необходимостью создания специализированного оборудования и применения сложных материалов.
Через патентный поиск и публикации в научных изданиях видно, что над этим направлением трудятся многие исследовательские группы и ведущие научные центры. Завершив разработку, мы провели патентный поиск и обнаружили, что похожее решение было заявлено компанией Micron – патент на него был опубликован в 2021 г. Еще одно похожее решение было опубликовано корейскими учеными в 2024 г. Но наша технология отличается от сделанного компанией Micron и корейцами, и это значит, что мы движемся параллельно и в чем-то даже опережаем их.
Очевидные сферы применения сегнетоэлектрической памяти включают космическое оборудование, атомную энергетику, но этим не ограничиваются. Мы рассматриваем возможность создания UHF-меток, которые не требуют хранения большого объема данных, но нуждаются в низком энергопотреблении. Эту память можно применять в счетчиках электроэнергии и воды. Это те области, где не требуется хранение большого объема данных, но нужна многократная перезапись информации. Низкое энергопотребление позволяет использовать сегнетоэлектрическую память в беспроводных устройствах и носимой электронике. В целом, сегнетоэлектрическая память предоставляет уникальные возможности для развития в разных сферах, и мы продолжаем исследовать возможности ее применения.
Вопрос по интегрированным изделиям, в том числе по 3D-сборкам. Над чем вы сейчас работаете? Каких результатов удалось добиться?
Гетероинтегрированная сборка позволяет объединить интегральные схемы, произведенные по разным технологиям. Мы разработали многоуровневую сборку на базе коммутационных плат, что обеспечивает существенную миниатюризацию. Габариты размещения на интерпозере в 10 раз меньше, чем при использовании технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC). Кроме того, существенно расширяется функционал и улучшаются технические характеристики конечного изделия. Такая гетерогенная интеграция, объединяющая разные интегральные схемы в единую систему (SiP) на интерпозере – уже готовое предложение в нашем продуктовом портфеле.
В технологиях и материалах, применяемых для изготовления многослойных коммутационных СВЧ-плат, достигнуты предельные топологические ограничения размеров элементов, что исключает возможность дальнейшего снижения размеров. Применяя технологию 3D-сборки, мы разработали субмодуль на основе кремниевой многослойной коммутационной платы, а технология TSV (Through Silicon Vias) обеспечивает формирование сквозных металлизированных отверстий в кремнии для малоиндуктивного заземления и дополнительного теплоотвода.
Каковы планы компании на будущее?
Нам понятен план развития до 2030 г., но мы также смотрим на перспективу, формируем будущие заделы на 10 и 20-летние горизонты. Сейчас сформирован план фундаментальных и поисковых исследований в области электронных технологий до 2030 г., в котором определены перечень приоритетных разработок базовых и критических технологий, производство оборудования и особо чистых материалов, планы по разработке и производству ЭКБ. Эта деятельность координируется основными участниками отрасли: Минпромторгом, Минобрнауки, Российской академией наук, Росатомом, Ростехом и «Элементом», а также фондами поддержки – ФПИ, РНФ. Таким образом, создана прочная рабочая основа для долгосрочного планирования и создания дорожной карты развития всей отрасли, начиная с фундаментальных и прикладных исследований в области химии, машиностроения, новых технологий микроэлектроники и заканчивая выходом на массовое производство ЭКБ.