Интервью академика Г.Я. Красникова газете "Известия"
06.12.2018
Российская микроэлектронная промышленность готова покрыть потребности страны в космической электронике на 95% — об этом «Известиям» рассказал генеральный директор НИИ молекулярной электроники академик РАН Геннадий Красников. Для выхода на новый уровень в Зеленограде было решено построить фабрику по производству микросхем. Ближайшая топология, которая будет осваиваться на ней - 28 нм.
— Раньше, как говорили специалисты, одной из проблем были импортные элементы электронной компонентной базы. Что сейчас с микроэлектроникой space-уровня?
— Ситуация выправляется. Потому что в западных санкциях есть и положительные стороны, по крайней мере, для отечественного производства. Еще 5–6 лет назад о программе развития микроэлектроники космического применения было сложно говорить, так как специалисты «Роскосмоса» были настроены на закупку в основном импортной элементной базы. Они считали, что нам не нужна отечественная ЭКБ, мы всё купим у американцев. Уже составляется межправительственное соглашение: мы им РД-180, они нам микросхемы. На полном серьезе люди говорили. Тех людей уже нет, другие рвут на голове волосы.
— Глава РКК «Энергия» Сергей Романов недавно посетовал на то, что из-за санкций у предприятия имеются достаточно большие сложности с электронной компонентной базой. Когда они могут быть ликвидированы?
— Мы сейчас очень спешим, потому что перед нами стоит задача на 95% закрыть потребности в элементной базе отечественными изделиями. За три года мы должны закрыть потребность в микросхемах для космоса. Мы этим уже занимаемся, есть соответствующие решения, ведутся работы. Но на это потребуется время.
— Это заказ от государства?
— Это программа развития ракетно-космической отрасли.
— Нам под это нужно построить новые заводы?
— Технологии развиваются в наше время очень динамично, нам нужно выходить на новые технологические уровни. Некоторых технологий, которые хотелось бы иметь, у нас пока нет. Нам нужно строить новые предприятия. Это связано не только с уменьшением топологических размеров, но и с другими технологическими возможностями.
— Топология чипов, которые сейчас в отечественном производстве — 65 нм. А некоторые передовые компании уже производят чипы с топологией 10–12 нм. Нам нужны такие маленькие размеры?
— Сам топологический размер мало что говорит о развитии технологии. По каждому топологическому размеру есть десятки технологий, определяющих потребительские свойства микросхем, а для каждой технологии есть «рекорды» в части уменьшения топологического размера. Например, для технологии Embedded Flash, которая используется, в том числе, в электронных документах, самый передовой уровень сейчас 40 нм, а для технологии, применяемой при производстве космической электроники — 90 нм, и получить меньший размер пока технологически невозможно. Поэтому, помимо размера, нужно смотреть еще и на то, что за технология применяется. Тем не менее общий вектор развития понятен: постоянное уменьшение размеров, чтобы можно было плотнее разместить элементы на микросхеме. Таким образом, массу управляющих блоков ракеты можно уменьшить с 800 кг до 4 кг, при этом работать они будут на порядки быстрее, а энергии потреблять меньше. А потом можно и до 100 г уменьшить.
— Понятно, что и нам нужны такие чипы.
— Безусловно. Это важно не только для космической техники, но и для автомобильных платформ, роботов, беспилотников. При уменьшении топологического размера растут сложность микросхем, быстродействие, уменьшается энергопотребление, а значит повышается срок автономной работы устройства. В любом направлении уменьшение размеров — это основной драйвер.
— Сейчас, наверное, уже всем понятно, что развитие микроэлектроники — это государственная задача, связанная с национальной безопасностью страны.
— Да. Электроника все больше входит в жизнь во всех сферах. Это и финансовые системы, и связь, и транспорт, и энергетика. А сейчас еще большое значение приобретает Big Data, облачные вычисления. Конечно, каждая страна хочет иметь технологическую независимость и самостоятельно развивать эти направления.
— Но мало это понимать, нужно вкладываться в новые исследования, фабрики. Это происходит?
— Есть полное понимание и конкретные решения по этому поводу. Россия будет строить новые фабрики, выходить на новые топологические уровни, разрабатывать новые современные микроэлектронные изделия.
— Чтобы выйти на новый топологический размер — например, в 10 нм — нужна именно новая фабрика? Старые цеха переоборудовать невозможно?
— Переход с одного топологического размера на другой не требует сноса всего. Обычно всё идет эволюционно, за базу берется 70% существующих технологий, добавляется 30% новых процессов и оборудования, и таким образом идет уменьшение размера. Но здесь важен еще диаметр пластин, на которых изготавливаются микросхемы. Если надо переходить на меньший топологический уровень с заменой оборудования и диаметра пластин, с которым оно работает, то требуется полное переоборудование производства или создание новой фабрики. Производства на пластинах диаметром 200 мм, которые есть в России, исчерпали свои резервы уменьшения топологических размеров, поэтому нам нужна фабрика с другим диаметром пластин — 300 мм. Там раскрываются новые перспективы и по топологическим размерам. Такой переход, безусловно, требует строительства новой фабрики.
— Где она будет базироваться?
— В Зеленограде. Фабрика — это градообразующий наукоемкий объект, которому требуется колоссальная научно-технологическая инфраструктура, десятки предприятий: дизайн-центры, производство особо чистых материалов, разработка технологического оборудования и т.п. Кроме того, на фабрику нужна стабильная подача электроэнергии, воды, газов — ее невозможно «в чистом поле» поставить.
— До какого топологического размера вы хотите дойти на этой фабрике?
— Мы хотим быть на мировом уровне, 28 нм — ближайшая топология, которая будет осваиваться на новой фабрике. Дальше планируем поступательно уменьшать топологические размеры.
— А для электронных паспортов чипы тоже будут сделаны на новой фабрике?
— Это целое направление — электронные документы. И такой чип у нас уже есть, мы его сейчас серийно производим на действующем производстве и постоянно модернизируем. Вообще у нас есть чипы для всех существующих и будущих электронных документов: электронных полисов медицинского страхования, загранпаспортов, электронных водительских удостоверений и т.п. Эта тема поднималась уже в то время, когда мы вводили универсальную электронную карту — УЭК.
— Чип сильно защищен?
— Да. Причем каждый год защита усиливается, потому что совершенствуются и методы взлома. Наш чип отвечает всем требованиям по защите, он полностью испытан и готов к массовому производству. Всё зависит от того, когда он будет внедряться. Если будет внедряться долго, то сделаем новый, чтобы он соответствовал новым ГОСТам по криптозащищенности.
— Это сложный чип?
— Да, ведь помимо хранения данных он должен обеспечивать стабильную работу с различными интерфейсами, базами данных разных ведомств, чтобы они могли в своих «разделах» в области хранения данных считывать и записывать информацию, делать служебные пометки. Кроме того, есть еще и жесткие требования по надежности. Паспорт будет даваться на 20 лет, а то и больше. Мы должны гарантировать, что все эти годы информация будет исправно храниться, даже если вы оставили документ греться на солнце или вынесли на тридцатиградусный мороз.
— Медицинскую карту можно будет туда вместить?
— Можно внести все самое необходимое, например, группу крови, резус-фактор, наличие диабета или других серьезных заболеваний.
— Еще вы делаете RFID-метки для лицензионных продуктов?
— Да. Использование этих меток помогло вывести из тени 80% оборота меховой продукции. Положительный эффект от чипирования шуб был колоссальный, и мы рассчитываем, что маркировать RFID-метками будут и другие категории продукции, а не только одежду и обувь. Планируются большие проекты по сигаретам, алкогольной продукции и другим товарам. Это важно для того, чтобы контрафакта было меньше. Наши чипы могут работать по открытому протоколу NFС, а значит, покупатель сможет подойти с телефоном к продукции, самостоятельно считать информацию с метки и получить полную информацию о продукте, производителе, сертификатах качества.
— Можно ли подделать RFID-метки?
— Философия криптозащиты не в том, что ее нельзя взломать. Есть экономическая целесообразность: взломать защиту будет намного дороже, чем стоит сам продукт. В RFID-метках есть определенный алгоритм. В зависимости от того, какой продукт нужно пометить, мы будем определять сложность криптозащиты. Понятно, что RFID-метки намного лучше, чем QR-коды, которые можно просто сфотографировать, размножить на принтере и налепить на поддельный товар.
— Ведете ли какие-то работы на дальнюю перспективу?
— Конечно. Например в области нейроморфных систем у нас очень серьезная работа ведется в области разработки нового типа памяти. Те, кто занимается сегодня нейровычислениями, идут двумя путями: пишут программы для компьютеров или пытаются на кристалле составить различные алгоритмы, приближенные к нейросетям (специализированные вычислители). Это не очень эффективно, так как созданные на основе универсальных процессоров системы получаются очень громоздкие, энергоемкие и неэффективные. А для технологического прорыва в области создания искусственного интеллекта необходим совершенно новый тип перезаписываемой памяти, обеспечивающий существенно больше миллиардов быстрых переключений, требующих минимальной энергии.
Мы сейчас занимаемся с МФТИ созданием новых ячеек перепрограммируемой памяти на основе оксида гафния с добавлением различных элементов. Это позволит сделать их компактными, быстрыми и энергоэффективными. Еще мы прорабатываем тему, связанную с использованием молекулярных интерференционных транзисторов. Это очень быстродействующие молекулярные приборы с большим коэффициентом усиления. В их работе используется квантовый эффект суперпозиции, но без запутанных состояний.
— А скоро ли появится квантовый компьютер?
— В теме «квантовых компьютеров» очень много лукавства и спекуляций. Есть квантовая криптография, которая не имеет никакого отношения к квантовым вычислениям, есть адиобатические компьютеры, которые многие по незнанию называют квантовыми, хотя из квантовых эффектов там используется только туннелирование, позволяющее решить узкий класса задач, например, «задачу коммивояжера». А это не имеет отношения к квантовым вычислениям.
Само понятие квантовых вычислений возникло еще в 1980-х годах из математики. А в 1994 году Питер Шор предложил алгоритм, показавший, что можно добиться разложения числа на множители на порядки быстрее, чем с помощью классических алгоритмов, применяемых традиционными вычислительными системами. Все тогда очень впечатлились, кинулись в эту тему и до сих пор пытаются что-то существенное сделать. Но столкнулись с большими проблемами, в том числе фундаментальными, оптимального решения для которых пока нет. Одна американская ассоциация регулярно публикует планы по развитию квантовых вычислений. Так вот они — эти планы — не меняются на протяжении последних 20 лет! Так что, я полагаю, в обозримом будущем мы квантовых компьютеров не увидим.
Источник: https://iz.ru/819472/anna-urmantceva/v-zapadnykh-sanktciiakh-est-i-polozhitelnye-storony
— Раньше, как говорили специалисты, одной из проблем были импортные элементы электронной компонентной базы. Что сейчас с микроэлектроникой space-уровня?
— Ситуация выправляется. Потому что в западных санкциях есть и положительные стороны, по крайней мере, для отечественного производства. Еще 5–6 лет назад о программе развития микроэлектроники космического применения было сложно говорить, так как специалисты «Роскосмоса» были настроены на закупку в основном импортной элементной базы. Они считали, что нам не нужна отечественная ЭКБ, мы всё купим у американцев. Уже составляется межправительственное соглашение: мы им РД-180, они нам микросхемы. На полном серьезе люди говорили. Тех людей уже нет, другие рвут на голове волосы.
— Глава РКК «Энергия» Сергей Романов недавно посетовал на то, что из-за санкций у предприятия имеются достаточно большие сложности с электронной компонентной базой. Когда они могут быть ликвидированы?
— Мы сейчас очень спешим, потому что перед нами стоит задача на 95% закрыть потребности в элементной базе отечественными изделиями. За три года мы должны закрыть потребность в микросхемах для космоса. Мы этим уже занимаемся, есть соответствующие решения, ведутся работы. Но на это потребуется время.
— Это заказ от государства?
— Это программа развития ракетно-космической отрасли.
— Нам под это нужно построить новые заводы?
— Технологии развиваются в наше время очень динамично, нам нужно выходить на новые технологические уровни. Некоторых технологий, которые хотелось бы иметь, у нас пока нет. Нам нужно строить новые предприятия. Это связано не только с уменьшением топологических размеров, но и с другими технологическими возможностями.
— Топология чипов, которые сейчас в отечественном производстве — 65 нм. А некоторые передовые компании уже производят чипы с топологией 10–12 нм. Нам нужны такие маленькие размеры?
— Сам топологический размер мало что говорит о развитии технологии. По каждому топологическому размеру есть десятки технологий, определяющих потребительские свойства микросхем, а для каждой технологии есть «рекорды» в части уменьшения топологического размера. Например, для технологии Embedded Flash, которая используется, в том числе, в электронных документах, самый передовой уровень сейчас 40 нм, а для технологии, применяемой при производстве космической электроники — 90 нм, и получить меньший размер пока технологически невозможно. Поэтому, помимо размера, нужно смотреть еще и на то, что за технология применяется. Тем не менее общий вектор развития понятен: постоянное уменьшение размеров, чтобы можно было плотнее разместить элементы на микросхеме. Таким образом, массу управляющих блоков ракеты можно уменьшить с 800 кг до 4 кг, при этом работать они будут на порядки быстрее, а энергии потреблять меньше. А потом можно и до 100 г уменьшить.
— Понятно, что и нам нужны такие чипы.
— Безусловно. Это важно не только для космической техники, но и для автомобильных платформ, роботов, беспилотников. При уменьшении топологического размера растут сложность микросхем, быстродействие, уменьшается энергопотребление, а значит повышается срок автономной работы устройства. В любом направлении уменьшение размеров — это основной драйвер.
— Сейчас, наверное, уже всем понятно, что развитие микроэлектроники — это государственная задача, связанная с национальной безопасностью страны.
— Да. Электроника все больше входит в жизнь во всех сферах. Это и финансовые системы, и связь, и транспорт, и энергетика. А сейчас еще большое значение приобретает Big Data, облачные вычисления. Конечно, каждая страна хочет иметь технологическую независимость и самостоятельно развивать эти направления.
— Но мало это понимать, нужно вкладываться в новые исследования, фабрики. Это происходит?
— Есть полное понимание и конкретные решения по этому поводу. Россия будет строить новые фабрики, выходить на новые топологические уровни, разрабатывать новые современные микроэлектронные изделия.
— Чтобы выйти на новый топологический размер — например, в 10 нм — нужна именно новая фабрика? Старые цеха переоборудовать невозможно?
— Переход с одного топологического размера на другой не требует сноса всего. Обычно всё идет эволюционно, за базу берется 70% существующих технологий, добавляется 30% новых процессов и оборудования, и таким образом идет уменьшение размера. Но здесь важен еще диаметр пластин, на которых изготавливаются микросхемы. Если надо переходить на меньший топологический уровень с заменой оборудования и диаметра пластин, с которым оно работает, то требуется полное переоборудование производства или создание новой фабрики. Производства на пластинах диаметром 200 мм, которые есть в России, исчерпали свои резервы уменьшения топологических размеров, поэтому нам нужна фабрика с другим диаметром пластин — 300 мм. Там раскрываются новые перспективы и по топологическим размерам. Такой переход, безусловно, требует строительства новой фабрики.
— Где она будет базироваться?
— В Зеленограде. Фабрика — это градообразующий наукоемкий объект, которому требуется колоссальная научно-технологическая инфраструктура, десятки предприятий: дизайн-центры, производство особо чистых материалов, разработка технологического оборудования и т.п. Кроме того, на фабрику нужна стабильная подача электроэнергии, воды, газов — ее невозможно «в чистом поле» поставить.
— До какого топологического размера вы хотите дойти на этой фабрике?
— Мы хотим быть на мировом уровне, 28 нм — ближайшая топология, которая будет осваиваться на новой фабрике. Дальше планируем поступательно уменьшать топологические размеры.
— А для электронных паспортов чипы тоже будут сделаны на новой фабрике?
— Это целое направление — электронные документы. И такой чип у нас уже есть, мы его сейчас серийно производим на действующем производстве и постоянно модернизируем. Вообще у нас есть чипы для всех существующих и будущих электронных документов: электронных полисов медицинского страхования, загранпаспортов, электронных водительских удостоверений и т.п. Эта тема поднималась уже в то время, когда мы вводили универсальную электронную карту — УЭК.
— Чип сильно защищен?
— Да. Причем каждый год защита усиливается, потому что совершенствуются и методы взлома. Наш чип отвечает всем требованиям по защите, он полностью испытан и готов к массовому производству. Всё зависит от того, когда он будет внедряться. Если будет внедряться долго, то сделаем новый, чтобы он соответствовал новым ГОСТам по криптозащищенности.
— Это сложный чип?
— Да, ведь помимо хранения данных он должен обеспечивать стабильную работу с различными интерфейсами, базами данных разных ведомств, чтобы они могли в своих «разделах» в области хранения данных считывать и записывать информацию, делать служебные пометки. Кроме того, есть еще и жесткие требования по надежности. Паспорт будет даваться на 20 лет, а то и больше. Мы должны гарантировать, что все эти годы информация будет исправно храниться, даже если вы оставили документ греться на солнце или вынесли на тридцатиградусный мороз.
— Медицинскую карту можно будет туда вместить?
— Можно внести все самое необходимое, например, группу крови, резус-фактор, наличие диабета или других серьезных заболеваний.
— Еще вы делаете RFID-метки для лицензионных продуктов?
— Да. Использование этих меток помогло вывести из тени 80% оборота меховой продукции. Положительный эффект от чипирования шуб был колоссальный, и мы рассчитываем, что маркировать RFID-метками будут и другие категории продукции, а не только одежду и обувь. Планируются большие проекты по сигаретам, алкогольной продукции и другим товарам. Это важно для того, чтобы контрафакта было меньше. Наши чипы могут работать по открытому протоколу NFС, а значит, покупатель сможет подойти с телефоном к продукции, самостоятельно считать информацию с метки и получить полную информацию о продукте, производителе, сертификатах качества.
— Можно ли подделать RFID-метки?
— Философия криптозащиты не в том, что ее нельзя взломать. Есть экономическая целесообразность: взломать защиту будет намного дороже, чем стоит сам продукт. В RFID-метках есть определенный алгоритм. В зависимости от того, какой продукт нужно пометить, мы будем определять сложность криптозащиты. Понятно, что RFID-метки намного лучше, чем QR-коды, которые можно просто сфотографировать, размножить на принтере и налепить на поддельный товар.
— Ведете ли какие-то работы на дальнюю перспективу?
— Конечно. Например в области нейроморфных систем у нас очень серьезная работа ведется в области разработки нового типа памяти. Те, кто занимается сегодня нейровычислениями, идут двумя путями: пишут программы для компьютеров или пытаются на кристалле составить различные алгоритмы, приближенные к нейросетям (специализированные вычислители). Это не очень эффективно, так как созданные на основе универсальных процессоров системы получаются очень громоздкие, энергоемкие и неэффективные. А для технологического прорыва в области создания искусственного интеллекта необходим совершенно новый тип перезаписываемой памяти, обеспечивающий существенно больше миллиардов быстрых переключений, требующих минимальной энергии.
Мы сейчас занимаемся с МФТИ созданием новых ячеек перепрограммируемой памяти на основе оксида гафния с добавлением различных элементов. Это позволит сделать их компактными, быстрыми и энергоэффективными. Еще мы прорабатываем тему, связанную с использованием молекулярных интерференционных транзисторов. Это очень быстродействующие молекулярные приборы с большим коэффициентом усиления. В их работе используется квантовый эффект суперпозиции, но без запутанных состояний.
— А скоро ли появится квантовый компьютер?
— В теме «квантовых компьютеров» очень много лукавства и спекуляций. Есть квантовая криптография, которая не имеет никакого отношения к квантовым вычислениям, есть адиобатические компьютеры, которые многие по незнанию называют квантовыми, хотя из квантовых эффектов там используется только туннелирование, позволяющее решить узкий класса задач, например, «задачу коммивояжера». А это не имеет отношения к квантовым вычислениям.
Само понятие квантовых вычислений возникло еще в 1980-х годах из математики. А в 1994 году Питер Шор предложил алгоритм, показавший, что можно добиться разложения числа на множители на порядки быстрее, чем с помощью классических алгоритмов, применяемых традиционными вычислительными системами. Все тогда очень впечатлились, кинулись в эту тему и до сих пор пытаются что-то существенное сделать. Но столкнулись с большими проблемами, в том числе фундаментальными, оптимального решения для которых пока нет. Одна американская ассоциация регулярно публикует планы по развитию квантовых вычислений. Так вот они — эти планы — не меняются на протяжении последних 20 лет! Так что, я полагаю, в обозримом будущем мы квантовых компьютеров не увидим.
Источник: https://iz.ru/819472/anna-urmantceva/v-zapadnykh-sanktciiakh-est-i-polozhitelnye-storony