мы снова встретились с директором Института физики полупроводников СО РАН академиком АЛЕКСАНДРОМ ЛАТЫШЕВЫМ, чтобы выяснить, что изменилось за это время в стране и в мире и какое влияние это оказало на реализуемость изначально поставленных планов.
– Что сейчас происходит на рынке полупроводников в мировом масштабе?
– Когда мы говорим про микроэлектронику, надо понимать, что это не готовый продукт, это маленькие изделия, благодаря которым работают искусственный интеллект, роботы, связь, наши гаджеты, бытовая техника и многое другое. То есть микроэлектроника имеет очень широкую сферу применения в современной экономике.
А еще — это очень дорогая технология, которую ни одна компания не потянет в одиночку. Например, проработка технологического процесса в 5 нанометров (подчеркну, не само производство, а только разработка такой технологии) обошлась примерно в полмиллиарда долларов. А завод, где эту технологию можно реализовать, стоил еще $20 млрд. По процессу в 3 нанометра пока точные цифры неизвестны, но они точно будут не меньше, скорее больше раза в два.
В результате образовались глобальные конгломераты производителей, которые закупают у разных команд необходимое оборудование, открывают фабрики по производству микросхем, которые работают в режиме центров коллективного пользования. На долю самого крупного игрока в этой области, тайваньской компании TSMC (от англ. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company ─ Тайваньская полупроводниковая производственная компания) сегодня приходится более половины всех выпускаемых контрактных полупроводниковых микросхем. При этом сами они вообще ничего не разрабатывают, вокруг них сформировались дизайн-центры, которые делают проект, по которому в Тайване им «печатают» изделие. К слову, раньше такие дизайн-центры, ориентированные на TSMC, работали и в нашей стране, так изготавливались, например, российские процессоры «Эльбрус» и «Байкал».
Мы говорим о том, что в России слабо развито производство современных микрочипов, но европейская микроэлектроника сегодня недалеко от нас ушла. Да, в Европе делают, допустим, электронику для автопрома, но это уже не самые передовые технологии.
– А если говорить не про экономику, а сами технологии? Они сводятся только к уменьшению порога технологических процессов или в обозримом будущем возможны какие-то качественные прорывы?
– Формально сейчас микроэлектроника развивается в соответствии с известным законом Мура, согласно наблюдениям которого количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые два года. Правда, надо учитывать, что современные транзисторы размещают уже не в одной плоскости, это такие трехмерные структуры, где один слой надстроен над другим. Такое усложнение структуры порождает новые проблемы, включая проблему теплоотвода.
Да и тут есть свои границы. Сообщается, что в Intel работают над технологическим процессом в 1 нанометр. На такой площади помещается всего 4–5 атомов, и понятно, что это уже довольно близко к пределам этого вектора развития технологии.
Но параллельно развиваются и другие направления. Появляются новые материалы, и если они будут обладать большей подвижностью носителей заряда, чем кремний, на котором сейчас работает микроэлектроника, то при тех же геометрических размерах микросхемы будут работать на более высоких частотах. Большие надежды возлагаются сегодня на разные однослойные материалы. Классикой является графен, но в основе таких материалов могут лежать и другие химические элементы.
Второй возможный путь дальнейшего развития — микроэлектроника, работающая на новых физических принципах. Ярким примером являются квантовые вычисления, где вместо классических транзисторов используют кубиты. Другой вариант — использовать оптику, где место электронов займут фотоны, которые, как известно, двигаются со скоростью света и не имеют массы покоя.
Есть и другие направления. Но в каждом из них имеются и свои научные задачи, которые еще только предстоит решить. И от этого будет зависеть, какое место они будут занимать в развитии микроэлектроники.
– В новосибирском Институте физики полупроводников идут исследования в области таких новых подходов?
– Развитие микроэлектроники очень тесно завязано на уровень технологий, нужно иметь оборудование, на котором можно делать то, что разрабатывается в научных лабораториях. В свое время мы двинулись в сторону молекулярно-лучевой эпитаксии. Это технология, которая позволяет создавать пленки материала толщиной в один атомный слой. И выращивая структуры, можно комбинировать такие слои, обеспечивая тем самым нужные вам качества и параметры. В результате с помощью этой технологии можно создавать такие полупроводниковые структуры, которые нельзя получить традиционными методами.
Поэтому она относится к топовым полупроводниковым технологиям, и мы хорошо ею владеем. Мы научились делать с помощью эпитаксии материалы для СВЧ-электроники, радиофотоники, твердотельной нанофотоники, спинтроники и плазмоники.
Из последних достижений института — работы по созданию источника одиночных фотонов, являющегося необходимым оборудованием для создания квантовых компьютеров или квантовых систем связи, которые считают самыми защищенными, а также различных сенсоров.
Говоря простым языком, нужно сделать электрическую лампочку, которая будет светиться одним единственным фотоном. И это уже теоретический предел светимости, поскольку фотон — элементарная частица. По крайней мере, сегодня физика ничего не знает о составляющих элементах фотона. Чтобы сделать такой источник, нам пришлось решить целый ряд сложнейших задач, но наш коллектив с ними справился. Причем мы сделали как источник фотонов, так и систему, способную регистрировать эти одиночные фотоны.
Но тут есть важный нюанс. Мы сумели сделать такую структуру в лаборатории, в формате эксперимента. И хотя интерес к этим разработкам со стороны промышленности есть, с внедрением будет отдельная сложность. В том числе потому что у нас не хватает нужного оборудования и инфраструктуры для масштабирования результатов экспериментов в технологический процесс, то есть — формат, который понятен промышленности.
Есть у нас успехи и в других направлениях, например, в производстве лазеров, где мы тоже делаем работы на передовом уровне в мировых масштабах. Но, опять же, речь идет о штучных изделиях, а не о производстве, даже мелкосерийном.
— Про отставание нашей промышленности от мировых лидеров говорилось много, равно как и о необходимости это отставание преодолевать. А на деле ситуация как-то меняется?
— Произошла очень важная вещь: сформировался устойчивый интерес к развитию микроэлектроники со стороны государства. И выделены реальные деньги на разработку необходимого технологического оборудования. А это как раз то, чего сильнее всего не хватает сейчас всем нашим производителям.
Понятно, что на решение этой задачи потребуется еще не менее двух-трех лет, и за это время наше отставание будет несколько усиливаться. Но зато мы получим свой ресурс для развития отрасли, не зависящий от импортных поставок. Да, изначально это оборудование будет уступать лучшим заграничным аналогам, но его можно дорабатывать, развивать. Но этим же путем двигались и нынешние мировые лидеры, они тоже начинали не с трех нанометров.
– Нам же только предстоит пройти тот путь, на который у конкурентов ушли десятилетия. Это вообще реально?
– Начнем с того, что догонять всегда проще, потому что виден результат, к которому стремишься, больше понимания, как его достичь, можно учиться на ошибках и успехах тех, кто прошел этим путем до тебя. Так что времени потребуется меньше в любом случае.
При этом надо понимать, что просто гнаться за нанометрами — это малореальная и не самая разумная цель, и не только потому, что отставание все же большое. А еще важнее, многие процессы, как я говорил в самом начале, становятся рентабельными только если речь идет о масштабах мирового рынка. Возможностей только нашего, внутреннего спроса на такую гонку не хватит.
Но современной технике нужны микросхемы самых разных размеров, есть спрос на 90 нанометров, 60 нанометров и так далее. И мы спокойно можем развивать свою отрасль и без 3-нанометровой производственной линии.
Еще нужны люди, которые придут на эти фабрики, владеющие культурой работы в «чистых помещениях», специалисты, которых уже сейчас не хватает. А с открытием новых производственных линий дефицит специалистов станет еще острее, и он вполне может стать существенным ограничителем развития.
И, конечно, важную роль может сыграть отечественная наука. Потому что те результаты, которые мы получаем на новых направлениях и о которых я говорил, — там фактически нет отставания от мирового уровня. Все только делают первые шаги в этих направлениях. Другое дело, что развитие отдельных передовых технологий все равно плохо получается, если будут недостаточные общие темпы прогресса. Потому что постоянно возникают какие-то задачи, для решения которых надо подтягивать смежные отрасли. Так что на одних передовых научных разработках в области квантовых вычислений или лазеров не выехать, зато они вполне могут стать драйверами общего технологического развития. Правда, это уже вопросы, выходящие за пределы компетенций нашего института. Здесь нужны государственные решения, в том числе изменения в механизмах финансирования НИОКР и развитие инфраструктуры для инжиниринга, превращения научных результатов в промышленные технологии.
Фото предоставлены пресс-службой ИФП СО РАН
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии