Текущее состояние в микроэлектронике России. Подробно
Принято считать, что “рашка лапотная” и не производит своей микроэлектроники. Однако это не так. На текущий момент можно считать российскими процессоры Эльбрус-8С и процессор Байкал Т1. Однако, оба процессора выпускаются на Тайвани, а в России только проектирование. Пока что в России производить процессоры дорого. А насколько процессоры стоит производить в России и зачем, ответит “Информатик”. Очень структурировано и профессионально рассказал о текущем состоянии микроэлектроники. Для желающих узнать более развернутые ответы, в тексте везде ссылки на все вопросы.
1. Можете рассказать о своём опыте (текущая деятельность, степени, опыт).
Опыт деятельности – параллельное программирование, операционные системы, компиляторы, моделирование физических процессов, медицинская информатика, программная инженерия, проектирование и архитектурирование распределенных ИТ-систем, управление проектами, системная аналитика и консультирование, преподавание. Много приятелей по alma mater (МФТИ) с экспертизой по микроэлектронике.
2. На текущий момент в россии организовано производство процессоров по какой технологии? 10 нм, 28 нм, 60 нм, 90 нм?
Информация открытая. Обзоры можно прочитать здесь:
http://newsruss.ru/doc/index.php/Микроэлектроника_России
http://ruxpert.ru/Российские_микропроцессоры
Освоено промышленное производство 90 нм. Освоили 65 нм., но еще не готовы к массовому производству.
3. Что помешало закончить проекты по производству процессоров по технологии 60 нм?
Нестабильное и небольшое финансирование. Организационная и владельческая неразбериха. Не очень быстрая подготовка и обучение кадров у западных производителей различного вида оборудования производственных линий.
4. Какие процессоры можно считать российскими?
Сейчас? Именно полностью «российские» микропроцессоры всех видов, начиная от самостоятельного производства сверхчистых пластин, масок, корпусов ? Названия таких вряд ли будут знакомы. Какие-нибудь FPGA 5576ХС4Т, 5576ХС3Т, КОМДИВ-32 (НИИСИ), ПЛИС 5576XC4T, 1890ВМ6Я и 1890ВМ7Я (НИИСИ), что-то из продукции белорусского (читай советского) «Интеграла» (по 800 нм), микропроцессоры и микроконтроллеры из списка Минобороны (перечень микросхем спецназначения МОП 44 001.01-21).
В 2015 г. Минпромторг разработал проект правительственного постановления, в котором описаны критерии интегральных микросхем российского производства, двух уровней. Первый подразумевает производство радиоэлектроники налоговыми резидентами РФ, более 50% которых принадлежит российскому государству или гражданам без двойного гражданства. У производителей должны быть права на конструкторскую документацию, и они не могут использовать готовые схемотехнические решения иностранного происхождения.
Второй уровень, с оговорками, допускал привлечение к производству компонент партнеров за пределами России. Наиболее жесткие требования к «национальной чистоте» микропроцессорной техники предъявляет ФСБ. Менее строги к критериям «Росатом», МВД. Микропроцессоры типа Baikal-Т1, серия «Эльбрусов» и пр. – проходят по второму уровню. «Эльбрус-8С» – не полностью «отечественные» российские микропроцессоры. В «Эльбрус-8С» - российский дизайн/архитектура. Производится эта архитектура на Тайване (TSMC). Процессоры «Эльбрус-4С» (800 МГц, 65нм, ПК «Эльбрус-401») и «Эльбрус-2С+» сначала планировали производить на линиях «Микрон», но опять же, пока «выпекают» на фабриках «партнёров из Юго-Восточной Азии». При производстве микропроцессоров «на стороне» еще неизвестно что туда дополнительно «заложат», в «подарок». См. недавнюю историю с технологией АМТ от Intel
5. В случае, если ВСЕ страны объявят нам санкции и не будут поставлять нам процессоры Чем это грозит в краткосрочной перспективе / в долгосрочной перспективе
Так мы и так под постоянными санкциями. В США/ЕС/Японии постоянно и согласованно (из США) обновляются ограничения на поставки технологий производства микропроцессоров/микросхем другим странам. Вряд ли соберутся запрещать продавать те микропроцессоры, что уже широко продаются. Бизнес все-таки, немалые доходы и реноме нейтральности в мире. Хотя, бывают и исключения. При реализации проекта УЭК компании VISA и Mastercard ежегодно теряли бы примерно около $4 млрд. Из-за рубежа намекнули практически на ультиматум: или снимаете банковско-платежную составляющую проекта, или будет запущен очередной COCOM на технологии, особенно запрет на поставки выбранных для УЭК чипов карт, которые в РФ не производятся. В итоге Как Россия осталась без национальной системы платежных карт (2014). Если вдруг будет запущена вторая и долгосрочная версия COCOM, придется «выкручиваться», по старой русской традиции. Может вместе с китайцами ? Может еще как-то ?
6. Насколько Важно обладать технологиями уменьшения размера технологий в процессоре?
Более высокую скорость вычислений в большей степени обеспечивают более высокие тактовые частоты (ТЧ), больше, чем фактор миниатюризации элементов в микропроцессоре. Но, более высокие ТЧ дают и более повышенное рассеяние тепла, что является одной из самых больших проблем в увеличении производительности. Физический предел современных технологий кремниевой начинается примерно с 7 нм. Уменьшение размеров транзисторов до менее 10 нм (окомикроэлектроники ло 20 атомов кремния, см. в Наноэлектроника) значительно обостряет проблемы удаления тепла из-за проблем с токовыми утечками, вызываемыми туннелированием-просачиванием («пассивные утечки»). Помимо возрастания количества многочисленных наводок, на высоких частотах отражение сигнала от конца более «коротких» линий уже само по себе создаёт значительную помеху. Есть свои пределы и в технологиях литографии (миниатюризации).
Одно время в развитии была надежда на переход на архитектуры с реализацией троичной логики (включая и технологии хранения данных), но Intel тогда выносил всех конкурентов вперед ногами с «рынков» и ему было и так хорошо. А теперь уже «поезд ушел», и троичная система не эффективна для реализации на столь миниатюрных 2D-полупроводниках, где многое завязано на реализации транзисторов, на топологию микросхем, на переходные процессы в электрических цепях. Еще и накладывается существенная, промышленная проблема количества затрачиваемой электроэнергии на единицу вычислительного потока.
Так что – если и вкладываться в разработки, то уж двигаться сразу в области «новых» технологий элементной базы. Например, в оптоэлектронику (оптронику), где и ТЧ выше (3-4 порядка), и рассеяние тепла меньше и скорости прохождения сигналов выше (в ~80 раз). А еще лучше – в реализацию миниатюрных устройств-3D-кристаллов, с реализацией в них вычислительных процессов на основе использования нелинейной электродинамики (т.н. Метафорический компьютинг).
P.S. Нанотрубки, графен, и «квантовые компьютеры» – это пока «разводилово» конкурентов на отвлекающие исследования.
7. Можете сказать, на ваш взгляд, насколько сейчас принципиально догонять производителей процессоров в технологии 10нм, или для военных не принципиально? Ну а для всех бытовых нужд можно покупать за границей?
Догонять, вкладываясь в разработки, именно современных "кремниевых" технологий – мало смысла. Технологии распространения плоских ЭМВ по цепям на кремнии – уже на физическом пределе, правило Мура уже не выполняется. Для «бытовых» нужд можно покупать и за границей, для военных целей – производить у себя, по меньшим нанометрам. Я выписал два направления, в которые стоит целенаправленно вкладываться. Вкладываться нужно в режиме закрытых «шарашек», без всякой там открытости (никаких "мир, дружба жвачка"), без вклада в "мировую науку" (она обойдется), с максимальными формами промышленного шпионажа, вплоть до "без сантиментов".
Для военных (а также и для атомщиков, и для промышленности, включая добывающие отрасли) --- потребность в модельных вычислениях просто огромная (например, гиперзвук). Самый большой в стране парк вычислительных машин сейчас в Сарове (РосАтом) --- обсчитывает модели физических процессов в различных реакторах, нейтронном материаловедении, прочностные модели и пр. и пр. Газпромгеофизика (Газпром, Роснефть) тоже арендует неслабые компьютерные мощности для вычислительной модельной поддержки различных методов георазведки и жизненного цикла месторождений.
P.S.: «Страна, которая хочет достичь превосходства в конкурентной борьбе, должна превосходить конкурентов в области вычислений»
8. То есть, суперкомпьютеры на Ваш взгляд можно делать и на иностранных камнях? Или Вы разделили суперкомьютеры для военных и суперкомпьютеры для гражданских компаний (IMHO тот же Газпром / роснефть по опасней многих армий будет)
Суперкомпьютеры (все в России) и так сейчас реализованы сплошь на заграничных «камнях». Многие российские микропроцессоры – пока тоже не совсем «отечественные». Поставки процессоров в Саров (и др. военным стркутрам) контролируются американцами по заключенному межправительственному соглашению еще во времена Ельцина. А считать надо, и много, чтобы поменьше экспериментальных вариантов в железе исполнять и побольше предварительно оценивать прогнозное поведение технологических решений (в динамике).
Напримеры:
http://tvzvezda.ru/news/opk/content/201610241418-ca2k.htm
http://www.forbes.ru/mneniya-opinion/278857-bolshie-i-tochnye-kak-superk...
http://vpk.name/news/58766_roskosmos_budet_ispyityivat_raketyi_na_superk...
http://nic-rkp.ru/default.asp?page=science_news
https://elibrary.ru/item.asp?id=13021460
http://hpc-russia.ru/book3/7.pdf
и т.д. ..........
9. Насколько для вертолётов и самолётов необходимы процессоры по технологии 10/28/60 нм?
Для бортовых систем самолетов/вертолетов/ракет вполне хватит и 120 нм (при ~800MHz). Вопросы лишь к надежности и «военным параметрам» (см. требования МО). Для деятельности оборудования самолетов ДРЛО (типа «АВАКС») уже нужны поприличнее вычислительные мощности. Но тоже, вполне можно обойтись и 130, и 65 нм., с «небольшим» распараллеливанием.
10. Многие вопросы производительности можно решить на уровне алгоритма. Насколько необходимы малые микроны в военке? Насколько сложно процессоры для военных производить в РФ?
На алгоритмических уровнях решаются задачи более оптимальной организации потока вычислений. Выигрыш 5-15%. Причем, нужно осознавать, что разработчики микропроцессоров не про все необходимые особенности работы микропроцессоров сообщают прикладным программистам. Поэтому, кодогенераторы Intel - самые эффективные среди других компиляторов. Писать на ассемблерах на параллельных системах – и затратно (при высокой изменчивости программ), и полный геморрой с «ручной» балансировкой распараллеливания. Мы разработали систему автоматического распараллеливания (с автоматической же балансировкой) последовательных => в параллельные программы (на языках высокого уровня). Что вполне удовлетворительно решает вышеупомянутые проблемы.
В военке и космосе «малые микроны» иногда и не совсем полезны. Требования устойчивости в РЭБ, устойчивости к широкому спектру излучений (радиации) и потоков частиц – таких требований сложнее достигать как раз при «малых микронах». Микропроцессоры для военных производят в РФ, постоянно. Насколько «сложно» ? Военным как раз полегче. У них меньше проблем по финансированию – производства, высококлассных кадров, закупок оборудования, организации НИР/ОКР, которые военные выполняют и своими силами, и заказывают на «гражданской стороне». И ГРУ им может иногда что-нибудь подкидывает интересного …
11. Какие продукты в области микроэлектроники Россия экспортирует?
Очень немного. В основном в составе комплектации военных систем (ПВО, РЭБ, авионика).
12. Насколько критичен отъезд молодых специалистов за границу? Просто специалистов (для развития микроэлектроники).
Эта более общая проблема – «утечки мозгов». Как описал выше, американцы держат на «кредитных крючках» своих молодых спецов, но организованно «пылесосят» другие страны (в т.ч. и ЕС) под разговоры о демократии и свободе выбора ПМЖ. Нужно научиться как-то этому «пылесосенью» сопротивляться, ибо затратно же выходит – подготовят «бесплатно» молодых специалистов (включая и стажировки и обучение в ВУЗах/на практике) – и вдруг раз, и они уже в США/ЕС (иногда Израиле) и работают на их экономику и развитие. Вводить исключительно платное и очень дорогое образование по отдельным специальностям и законодательные «ограничения» по образовательным кредитам, вплоть до выезда за границу ? Вряд ли поможет. Принудительно направлять в научно-технические «шарашки» времен Сталина ? Сейчас вроде не открыто-военные времена …
13. Расскажите историю процессора Pentium PRO
Все давно описано в открытой прессе. Например, Советские корни процессора Intel Pentium
Пентковский умер в США в 2012, после того, как правительство РФ в 2011 выделило ему финансирование мегагрантовой лаборатории в МФТИ.
14. Какой нужный вопрос я не задал. но про это стоит сказать.
А туда ли мы идём в развитии собственной микроэлектроники? Зачем опять повторять “чужое”, постоянно отставая и не имея первенства на мировом рынке? Победитель ведь получает все, не так ли?
Дополнено:
15. Свой рынок есть возможность в первую очередь отвоевать, и Ю. Корейцы так и делали. В начале кто о них знал-никто и не брал, и не покупал. Лет 10 на своем рынке вкалывали, гигантскими, кратными по цене товару, пошлинами обрезав импорт.
Российский (не СССР+СЭВ) рынок микроэлектроники очень мал. Масштабы рынка влияют на доходность и цены технологий. "Отвоевать" мировой не дадут. Известна история с критическими санкциями на Т-Платформы, ситуация с недавними санкциями на российские предприятия, которые из-за них не могут экспортировать продукцию в страны,присоединившиеся к санкциям, а также закупать у этих стран технологии и оборудование. Также, производственная база мировой микроэлектроники весьма обширна. Надорвешься в одиночку производить весь обширный спектр комплектующих микроэлектроники, при этом не отставая в НИОКР по технологиям. Мировой рынок микроэлектроники самого начала его развития был открыт Южной Корее (подконтрольны США). Также не было запретов на импорт технологий, также поступали крупные прямые зарубежные инвестиции. Только в последнее время немного "по-прижимали" Samsung (и Китай, и в США).
16. Китай и Корея пришли когда все рынки были заполнены. Мы почему так не можем?
Только вот и микроэлектронные отрасли массовых производств в них переводили. А потом и компетенции подтянулись. И санкций никогда не было. В отличие от СОСОМ, поправки Джексона-Вейника.
17. Редкоземов в России полно и они не нужны особо.
Производство редкоземов рухнуло со времён СССР. Восстановить и развить такую отрасль - недёшево. Очень недёшево, при недостатке средств на многое другое.
18. Почему бы не отсечь от прибылей конкурентов, не питать их своими заказами
Российские заказы - достаточно малы в мировом рынке. Зачем играть в украинскую игру --- "назло уши отморожу"?
19. Почему не развивают ключевые отрасли, связанные с авиапромом? На одной военке далеко не уедешь.
МС-21 и Суперджет производятся не только на отечественных технологиях. Авионика, двигатели, - весьма существенные компоненты, производимые за рубежом. В возрождение гражданского авиапрома (НИОКР, модернизация производства) - уже вложили огромные средства. И пока еще не видно - когда и как будет происходить возврат инвестиций, планы производства и продаж не сбываются. Китай тоже вступил в конкурентную борьбу в мировом авиапроме, и свой рынок будет защищать.
20. В СССР так и было, полный цикл, и никто не порвался и не оголодал. Почему в РФ не так?
СССР+СЭВ занимали в 1975 примерно треть мирового рынка промпроизводства. Была автаркическая самодостаточная экономика стран социалистической системы, полные циклы многих (но не всех!) технологичных отраслей. Сейчас этого нет. ЕвразЭС - это около 7-8% мирового рынка, открытость к перемещению кадров, встроенность в мировые цепочки разделения труда и технологий. В общем, есть благородные "благие намерения", и есть трезвые оценки текущей обстановки. Как говорили умные предшественники:
«Есть логика намерений и логика обстоятельств, и логика обстоятельств сильнее логики намерений» (И.В.Сталин)
Российские Процессоры - история развития
Более подробную и разнообразную информацию о событиях, происходящих в России, на Украине и в других странах нашей прекрасной планеты, можно получить на Интернет-Конференциях, постоянно проводящихся на сайте «Ключи познания». Все Конференции – открытые и совершенно безплатные. Приглашаем всех просыпающихся и интересующихся…
