Про российский 28-нм литограф для производства процессоров и не только
В этой статье попробуем ответить на вопрос, что реально для России в микроэлектронике, а что нет. Можно ли сократить сроки разработки литографов и осваивания тонких техпроцессов, или мы отстали навсегда?
Почему с микроэлектроникой в России всё сложно?
После начала попыток тотальной изоляции России, микроэлектроника оказалась, пожалуй, в самом сложном положении. Остальные отрасли обретают технологическую независимость ощутимо бодрее. Это связано с особенной сложностью процесса производства и традиционным отставанием в этой сфере со времён СССР.
Даже авиационные и ракетные двигатели, тоже являющиеся сравнимо сложными изделиями, импортозамещаются вполне уверенно, поскольку в данном сегменте отставание СССР было не столь значительным, а в ракетных двигателях мы даже преуспевали. Советский задел помог нам собрать в кучку то, что осталось, и решить проблему.
По части микроэлектроники задел СССР был не очень значимым, отставали мы уже тогда, да и устаревают решения в этой области гораздо более высокими темпами, чем в двигателестроении. Микроэлектроникой надо заниматься постоянно, без пауз, иначе догнать мировых лидеров в этой отрасли будет слишком сложно.
Вот с этой сложностью мы сейчас и столкнулись. Почти утеряли даже то, что у нас было. В защиту достижений СССР в микроэлектронике могу сказать только то, что этого, в принципе, нам хватало для устойчивости инфраструктуры государства, включая оборонку, и даже для более-менее приемлемого насыщения гражданского рынка.
Не обязательно быть абсолютным лидером, чтобы оставаться страной, способной принимать суверенные решения. Для этого достаточно иметь весь стек технологий в этой сфере, а уж по каким нормам делать процессоры для серверов, ракет и спутников, 28 нм или 2 нм, это уже дело второстепенное. Несомненно, влияющее на технические характеристики конечных изделий, но второстепенное.
Таким образом, России нужно решить всего лишь половину проблемы, которую решил в своё время для себя СССР — обеспечить производство процессоров для нужд инфраструктуры государства. Вторую половину — обеспечить процессорами гражданский рынок, России решать не нужно, поскольку тут угрозы даже не просматривается.
То есть, никто не говорит о цели непременного лидерства России в микроэлектронике. У нас есть другие отрасли, в которых лидерство уже за Россией (например, атомная отрасль), или в которых у нас есть, на мой взгляд, все возможности, чтобы наверстать образовавшееся отставание (космические орбитальные станции). Поэтому аргументы «скептиков» в том, что России никогда не догнать мир, по меньшей мере, забавны. А что, обязательно всегда и во всём быть лидером? Может, просто достаточно иметь нужные технологии и входить, скажем, в пятёрку сильнейших?
А войти в пятёрку технологических лидеров вполне реально, если обратить внимание на то, кто имеет компетенции производства литографов, использующихся для организации техпроцессов тоньше 28 нм. А это всего две страны — Нидерланды и Япония. Ну и не так давно к ним присоединился Китай.
При этом надо понимать, что на эти компании работают высокотехнологичные компании и наука многих других стран. ASML производит только 15% компонентов своих передовых литографов самостоятельно. Например, оптику и источники излучения для литографов ASML делает Германия. Большинство патентов использованы из США. В некоторых случаях ASML напрямую приобретает своих поставщиков, что дает ей больший контроль над цепочкой поставок.
США смогли поставить под своё влияние все эти страны, захватив их в свои оборонные и экономические орбиты, и не продают остальному миру не только патенты, но и свои готовые изделия. Даже Китаю, своему, казалось бы, экономическому союзнику (как они без Китая будут производить хотя бы айфоны?) США запрещает продавать EUV-литографы. Более того, есть трудности и с закупками литографов предыдущего поколения.
Остальным своим конкурентам США запрещает продавать вообще любые литографы, потому что в качестве всемирной фабрики им достаточно Китая, от услуг которого они никак не могут отказаться полностью.
Что можно сделать?
Россия оказалась в той половине мира, которая, хотя и растёт экономически более быстрыми темпами, но всё ещё не имеет достаточного количества собственных технологий для производства своих литографов. Кое-что пытается сделать Китай, но эта страна тоже сильно экономически зависит от США, поэтому особенно полагаться на неё не приходится.
Вывод — взять разработку собственного современного литографа в свои руки. При этом очевидным моментом является то, что для ускорения начала производства своих микропроцессоров по нормам тоньше 90 нм (а именно это является для нас первоочередной целью) имеет смысл использовать всё, что ещё доступно на мировом рынке.
То есть, параллельно с организацией производства химии требующейся чистоты, кремниевых пластин нужного качества и т.п. не стоит брезговать закупками всего этого на стороне, если это возможно. То же и по части оборудования для литографической линии — некоторые компоненты установок этой линии вполне могут быть по возможности импортированы.
Это я говорю к тому, что замечаю странный упор скептиков на то, что Россия никогда не создаст стопроцентно импортозамещённого оборудования литографической линии. А оно нам надо, стопроцентно импортозамещённое, если мы можем использовать наработки наших союзников, как это делают США?
Конечно, все компоненты, доступ к котором ожидается недолговременным, подлежат постепенному замещению на собственные. Но это можно делать в порядке текущего ремонта. Не до стопроцентного замещения сейчас. Сейчас надо просто наладить в стране выпуск процессоров, а для этого нужна хотя бы пара производственных линий (очевидно, отечественных) и некоторый запас запчастей, который вполне можно организовать.
В общем, скептики, видимо, наслышались радикальных ура-патриотов, и теперь ровняют под них всех остальных своих оппонентов. А что, это удобно — всегда в выигрыше, потому что радикальные точки зрения — они на то и радикальные, чтобы не сбываться )))
Между тем, мы вполне можем полноценно объединить свои усилия с Белоруссией (и это, кстати, уже сделано) и даже использовать Китай, хотя с ним, конечно, уже сложнее. Но работать, думаю, всё же можно, как и с некоторыми другими странами, располагающими полезными нам материалами, оборудованием, компетенциями ?
Таким образом, учитывая то, что в России людей всё равно на всё не хватит, нужно по примеру США и СССР формировать лагерь своего взаимовлияния, только в отличие от СССР, наши союзники стали более мощными, и нам не обязательно тащить всё на себе. Но ключевые технологии, конечно, нужно иметь свои — оптика, источники излучения и т.п.
Как обогнать время?
В настоящее время наша фотолитография отстаёт от мировой примерно на 30 лет.
Но техпроцесс 350 нм был топовым 30 лет назад, в 1995-м году. Если наложить развитие техпроцесса 350 нм до нынешних 2 нм, то получается, что техпроцесса 2 нм мы достигнем к 2055 году. Подобными расчётами радостно размахивают скептики, приплюсовывая к ним ещё и денежные суммы, потраченные за время разработок. Только они почему-то не берут в расчёт очень важный фактор, о котором я скажу ниже.
Дело в том, что по уже пройденному кем-то пути идти намного проще. Сегодня в общем доступе имеется масса научных работ по этой теме, отсеяны ложные развилки, направление уже очевидно. А мы понимаем, что львиная доля ресурсов уходит именно на научные проекты, впотьмах нащупывающие правильную дорогу к цели.
Более того, несмотря на ограничения, на рынке можно найти уже готовые модули и компоненты, изучение или даже прямое использование которых тоже даст требующееся ускорение процесса. Да и промышленный шпионаж, кстати, никто не отменял.
Ещё один немаловажный фактор — Россия параллельно с DUV-литографами (для эволюционных техпроцессов 350 нм и 180 нм) разрабатывает и EUV-литограф (сразу для техпроцесса 28 нм), который не так далёк от реализации благодаря уже пройденной ранее наукой (в том числе, внезапно, и российской) пути (работы сейчас финансирует Росатом).
В целом, воссоздание уже имеющейся технологии — вещь хотя и сложная, но намного менее затратная и длительная. То, на что раньше уходило 30 лет, сегодня можно пройти за в разы меньший период, особенно учитывая то, что иногда появляется возможность перешагивать через техпроцессы.
А какие техпроцессы нам реально нужны?
Техпроцессы от 45 нанометров и тоньше используются в мире преимущественно для процессоров и памяти — это примерно 10-15% рынка в денежном и количественном выражении.
Вся остальная микроэлектроника, а это микроконтроллеры, силовая электроника, телекоммуникационные схемы, автомобильная электроника, как и многое другое, исходя из требований технологии и экономики, производится в диапазоне топологических размеров 350-65 нанометров, и будет производиться по этим нормам еще лет 10 минимум, а это примерно 60% рынка.
То есть, те самые российские DUV-литографы для техпроцессов 350 нм и 180 нм, разработка которых близка к завершению, нацелены именно на эти 60% рынка. А вот EUV-литограф для техпроцесса 28 нм (по моим прикидкам — прототип 90 нм в 2026-м, серия 32 нм в 2029-м, развитие серии 28-16-12 нм в 2032-м) рассчитан именно для производства микропроцессоров и памяти.
Вообще, беспокойство вызывает именно сегмент техпроцессов тоньше 90 нм для микропроцессоров и памяти. Микропроцессоры нужны уже сейчас, а оборудование для более-менее приемлемых техпроцессов появится только в районе 2030-го года. Поэтому я думаю, что до этого момента в России вполне может появиться фабрика с линиями на иностранных литографах. Скорее всего, китайских.
Что нужно кроме литографа?
Много всего. Установки травления и осаждения, центрифуги для нанесения резиста, аппараты для ионной имплантации, машины для тестирования поверхности пластин, микроскопы и другое оборудование. Чистая химия, а именно, сам фоторезист нужной степени чистоты, азот, неон, гелий, водород (для EUV-литографии), углекислый газ и т.п. Также, конечно, нужны пластины из монокристаллического кремния.
Надо сказать, что работы по всему вышеперечисленному проводятся как в направлении собственной разработки (идут соответствующие НИОКРы), так и в направлении поиска возможного импорта, поскольку не всё удастся разработать быстро, а многое нужно уже сейчас.
К 2026-му году должны завершится ОКР и на фоторезисты для для топологических норм 350 и 130 нм., о чём я писал весной прошлого года в своей статье «Российские фоторезисты к 2026-му году!». Примерно к тому же времени должны завершится ОКР’ы на установки осаждения и другое оборудование и материалы, о чём я рассказывал летом прошлого года в статье «Новые ОКР’ы по оборудованию 90-65 нм для производства микропроцессоров!».
Таким образом, работы ведутся по всем фронтам, и я надеюсь, что они дадут положительный результат в расчётные сроки, а если и сдвинутся, то ненамного. Учитывая всё вышесказанное, я думаю, что путь, который мир прошёл за 30 лет, мы пройдём в разы быстрее. Кстати, не впервой.
Россия — это страна, специфика которой развиваться не эволюционно, а скачкообразно, постоянно в режиме то «расслабона», то «догона и перегона». Думаю, это как погода. С этим бессмысленно бороться — это надо грамотно использовать.
Один мой друг подметил особенность отличия того, как работают местные русские рабочие и узбекские гастарбайтеры. Если, например, требуется вырыть несколько ям под фундамент загородного дома, то русский вгрызётся в копку, интенсивно выкопает одну яму, после чего будет полчаса отдыхать. Узбек же будет медленно и вяло копать практически не отдыхая. В итоге потраченное время на копку у узбека может оказаться даже меньше.
Возможно, это как раз иллюстрация особенности России, сложившейся так исторически под воздействием совокупности различных факторов — ярко выраженной погодной и сезонной цикличности, необходимости часто концентрироваться для защиты своей земли и т.п. Объяснения могут быть какие угодно, но факт есть факт — Россия то погружается в застой, то всё у себя рушит, то догоняет и перегоняет. Штурмовщина — тоже знакомое слово.
Весь ужас ситуации заключается в том, что, похоже, наиболее эффективный способ работы для нас — это именно штурмовщина. Если работа становится размеренной — начинается расслабон, застой и деградация. А штурмовщина — она мобилизует интеллект, эмоцию, и даёт необходимый результат. Так, может, это надо использовать, а не ругать? Но это так, философское отступление.
Заключение
Вообще, информации о том, как проходит разработка наших литографов, крайне мало. Думаю, что кое-что полезное можно будет услышать 11-15 марта на XXVIII Международном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» из выступления Николая Ивановича Чхало, который занимается рентгеновской оптикой. Будем ждать, это совсем скоро.
