Версия для печати

К нанометру со своим аршином

Микросхемы для Арктики помогут сократить наше отставание в чувствительных технологиях
Ротнов Сергей

В условиях санкций наладить серийное производство микросхем с технологическими нормами 7–10 нанометров в ближайшие три – пять  лет нереально. Для военных применений нужно находить другие пути сохранения сегодняшнего паритета в вооружениях. Уверен, поиск идет, а «все разумное – действительно».

Отклик на статью «Падение «Эльбруса»

В статье дан сверхактуальный анализ ситуации с отечественной микроэлектроникой. Отраслевое инструментальное отставание у нас чудовищное. В условиях санкций наладить серийное производство микросхем с технологическими нормами 7–10 нанометров в ближайшие три – пять лет нереально. Для военных применений нужно находить другие пути сохранения сегодняшнего паритета в вооружениях. Уверен, поиск идет, а «все разумное – действительно».

Галлий-арсенидовые интегральные структуры обеспечивают в три – пять раз большее быстродействие в сравнении с кремнием

О микропроцессорах. Этот вид больших интегральных схем (БИС) появился для обеспечения рентабельности микроэлектронного производства. Структура микропроцессоров позволила разрешить противоречие между требованием крупносерийного выпуска изделий и необходимостью индивидуального функционирования каждой микросхемы. Последнее достигается программированием ее работы. Многолетняя жесткая конкуренция на рынке интегральных схем привела к доминированию нескольких типов микропроцессоров. Конкурировать сейчас с их производителями в условиях технологического отставания бессмысленно, даже если логическая структура разрабатываемого образца имеет отдельные преимущества перед зарубежными аналогами.

Единственный сегодня путь для нас – использовать в изделиях военной техники заказные и полузаказные специализированные БИС и сверхБИС. В частности, на новом технологическом уровне заниматься созданием базовых матричных кристаллов (БМК) с ограничением номенклатуры их типов, чтобы не «размазывать» выделяемые финансовые средства. БМК содержат миллионы типовых логических и аналоговых компонентов. Требуемая структура, выполняющая заданные конечным пользователем функции, формируется межсоединениями с помощью финишного фотошаблона или лазерным (электронным) лучом на специализированных установках лучевой фотолитографии.

Опыт применения БМК в нашей стране есть. В 1990 году швейцарская фирма Lasarray поставила в Москву, Ленинград, Горький передвижные модули, в которых были реализованы технологические операции лазерной фотолитографии, сборки микросхем в корпуса и выходной измерительный контроль. На этой базе разработали десятки проектов микросхем. Несколько из них довели до применения в опытных образцах изделий, в том числе специального назначения. Развернувшиеся перестроечные процессы остановили развитие этого направления, прежде всего переход на отечественные БМК и разработку собственных средств лазерной фотолитографии.

Подчеркнем преимущества применения БИС на отечественных БМК по сравнению с импортными микропроцессорами:

1. Независимость от поставок зарубежной техники, что особенно актуально при санкционных ограничениях.

2. Возможность увеличения скорости обработки информации выбором оптимального схемотехнического решения.

3. Отсутствие элементной избыточности.

4. Гарантия информационной безопасности.

5. Использование микросхем, удовлетворяющих особым климатическим требованиям, с повышенной радиационной стойкостью.

Реальная аппаратура, конечно, должна содержать и отечественные микропроцессоры, выполненные по доступной на сегодня для нас технологии и воспроизводящие основные функции импортных аналогов. То есть необходимо отслеживать это направление, но основные усилия в военном заказе направить на реализацию специализированных отечественных БИС и сверхБИС частного применения.

С учетом вышеизложенного представляется разумным:

  • разработать семейство цифроаналоговых БМК, ориентированных на имеющиеся технологические линейки с доступными для нас нормами и с возможностью программирования, формирования верхнего слоя помимо стандартной фотошаблонной технологии еще и с помощью лучевой фотолитографии;
  • спроектировать и изготовить автономные технологические модули, содержащие аппаратно-программные средства для разработки топологии слоя межсоединений БМК с последующей лучевой фотолитографией верхнего слоя БМК, сборки и тестирования БИС и сверхБИС на БМК;
  • передать в эксплуатацию автономные технологические модули предприятиям – разработчикам ключевых на сегодня систем военного применения. Организовать конструкторское и гарантийное сопровождение эксплуатации автономных технологических модулей. Обеспечить секретность использования и хранения информации о финишной металлизации БИС и сверхБИС на БМК;
  • наладить обучение разработчиков полузаказных и заказных БИС и СБИС на основе БМК с использованием лучевой фотолитографии. Подготовить требуемое число соответствующих специалистов из студентов-старшекурсников с кафедр микроэлектроники ведущих вузов России.

Все это выполнимо в два-три года при дружной коллективной работе людей, искренне заинтересованных в обороноспособности нашей страны.

И последнее. В настоящее время почти все сверхБИС изготовлены на кремнии по МДП-технологии (металл-диэлектрик-полупроводник). Однако до перестройки исследовались галлий-арсенидовые интегральные структуры, обеспечивающие при прочих равных условиях в три – пять раз большее быстродействие в сравнении с кремнием. Были получены БМК и интегральные схемы на их основе. Вероятно, есть смысл возобновить арсенид-галлиевую программу, рассматривая ее как асимметричный ответ конкурентам в ряде применений, включая радиолокацию.

Сергей Ротнов,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Опубликовано в выпуске № 46 (759) за 27 ноября 2018 года

Аватар пользователя Павел Еремеев
Павел Еремеев
28 ноября 2018
Забыта ещё одна мера. разработать новую архитектуру под чисто военные задачи. Это довольно просто. все предпосылки сегодня уже есть, намётки появились ещё в конце 80-х, а необходимые технологии к середине 90-х.
Аватар пользователя Павел Еремеев
Павел Еремеев
28 ноября 2018
Честно говоря, идеи автора просто блестящие. тем, кто что-то в них не понял не советую разбираться. Просто дайте мужику денег и через год вы получите первого настоящего боевого робота. . Однако не согласен с его требованием избегать элементной избыточности. Сегодняшние технологии позволяют иметь на одном кристалле всё необходимое для управления самолётом или ракетой, газовым котлом или сеялкой (кроме ЦАП и АЦП от датчиков и к эффекторам). В этом плане модифицировать кристалл дополнительным верхним коммутирующим слоем излишне абсолютно. Всё можно и нужно решать программными методами. И лишний миллион транзисторов на кристалле позволит резервировать все цепи по три раза, исключит само понятие брака. Наконец, универсальный кристалл - это миллиардные тиражи и прибыли. . Я предлагал эту идею ещё в 2007-м. Жаль, что годы потеряны даром.
Аватар пользователя Павел Еремеев
Павел Еремеев
28 ноября 2018
Забыта ещё одна мера. разработать новую архитектуру под чисто военные задачи. Это довольно просто. все предпосылки сегодня уже есть, намётки появились ещё в конце 80-х, а необходимые технологии к середине 90-х.
Аватар пользователя Павел Еремеев
Павел Еремеев
28 ноября 2018
Честно говоря, идеи автора просто блестящие. тем, кто что-то в них не понял не советую разбираться. Просто дайте мужику денег и через год вы получите первого настоящего боевого робота. . Однако не согласен с его требованием избегать элементной избыточности. Сегодняшние технологии позволяют иметь на одном кристалле всё необходимое для управления самолётом или ракетой, газовым котлом или сеялкой (кроме ЦАП и АЦП от датчиков и к эффекторам). В этом плане модифицировать кристалл дополнительным верхним коммутирующим слоем излишне абсолютно. Всё можно и нужно решать программными методами. И лишний миллион транзисторов на кристалле позволит резервировать все цепи по три раза, исключит само понятие брака. Наконец, универсальный кристалл - это миллиардные тиражи и прибыли. . Я предлагал эту идею ещё в 2007-м. Жаль, что годы потеряны даром.

 

 

Вниманию читателей «ВПК»

  • Past:
  • 3 дня
  • Неделя
  • Месяц