Использование коммерческих чипов в российских космических аппаратах имеет отношение ко многим последним неудачам российского космонавтики. Так, 18 августа прошлого года был потерян российский спутник связи «Экспресс-АМ4», к причинам отнесли
"неисправность комплекса командных приборов" разгонного блока ракеты-носителя «Протон-М». Потеря спутника
оценена в 7,5 млрд рублей. А до этого были утеряны целых три спутника системы ГЛОНАСС. Российская межпланетная станция «Фобос-Грунт» не смогла выйти на траекторию полёта к Марсу и осталась на опорной орбите. Причиной аварии "Фобоса" стоимостью 5 миллиардов рублей, приведшей к потере аппарата, оказался
"сбой работы бортового вычислительного комплекса из-за воздействия космического излучения" . Причины называются открыто, не говорится только то, что электроника космических аппаратов должна быть устойчива к воздействию космического излучения и это должно быть отлично известно разработчикам бортовых вычислительных комплексов. Не первый год запускаем в космос аппараты с электронной начинкой. Иначе говоря, использование обычных импортных коммерческих чипов в российских космических аппаратах - это тот самый "попил бабла", за который часто ругают российских чиновников. Аварии были запрограммированы. Оплачивали их, кстати, страховые компании, экспертам которых следовало бы тщательнее присмотреться к причинам аварий. Ведь речь идёт о миллиардах, это вам не оплата обычного ДТП.
Поэтому стремление российской власти найти доступ к современным технологиям в области полупроводниковой техники понятно. Мы не можем уже поддерживать свою спутниковую группировку без отечественного современного производства микросхем. И попытки получить доступ к современным технологиям производства микросхем делаются постоянно, например в 2006 году зеленоградский завод "Ангстрем" закупил оборудование завода AMD в Дрездене, позволяющее производить по 0,13-микронной технологии до 12 млн чипов в год. К сожалению это оборудование так до сих пор и не запущено - выделенных денег не хватило на строительство новых помещений. В данном же случае речь идёт о заводе "Микрон", на площадях которого открыто новое производство. И тут имеется полный успех - оборудование уже прошло тестовые испытания в прошлом году и готово к массовому производству. У этого завода лучше получается как с финансированием, так и с внедрением новых технологий - пару лет назад там уже внедрили 0,18-микронную технологию. Для этого АФК "Система" (основной акционер "Микрона") приобрела у французской ST Microelectronics необходимое оборудование и лицензии за $120 млн ещё в 2006 году. Тут стоит обратить внимание на стоимость оборудования и сравнить его с величиной страховых выплат российским космическим агентствам из-за аварий...
Сейчас сотрудничество с ST Microelectronics продолжается и запуск нового производства практически удвоил мощности завода по производству микросхем. При этом имеются планы по внедрению и технологии 45 нм, началось даже госфинансирование проекта в 2008 году, правда приостановленное позднее из-за кризиса. Донором, скорее всего, опять выступит французская компания ST Microelectronics. Именно поэтому портить отношения с Францией из-за внешнеполитических разногласий было бы очень не к месту. Можно ли ради этого жертвовать своими интересами в Ливии - вопрос, конечно, обсуждаемый, но ответ не очевидный - слишком важно не упустить шанс догнать запад по технологиям. Технология 90 нм - уже большой шаг в этом направлении. Что же будут производить с её помощью? Возможный ответ прозвучал в предыдущей части статьи - Эльбрус-2С+ как раз требует именно такой технологии! Проблема однако в том, что современные полупроводниковые фабрики окупаются только при массовом производстве, когда выпуск идёт миллионами чипов. Столько "эльбрусов" вряд ли потребуется - ведь ракеты и самолёты, где предполагается использовать такие "эльбрусы" - товар штучный. Тогда что ещё? Для массового производства нужно массовое же применение. Кое-какие слухи на этот счёт в СМИ проскакивают:
"Недавно компания нашла применение чипам, которые будут изготавливаться на новом заводе в Зеленограде. "Ситроникс Микроэлектроника" разработала чип для SIM-карт, в который будет встроена электронно-цифровая подпись (ЭЦП), являющаяся одним из элементов государственной программы межведомственного электронного взаимодействия... Идею интегрировать госуслуги в SIM-карты впервые озвучил "Ростелеком". Как ранее сообщал ComNews, "Ростелеком" в 2011 г. планировал интегрировать ЭЦП на SIM-картах мобильных операторов. Компания начала работу по реализации авторизированного доступа к порталу госуслуг с сотовым оператором "Мобильные ТелеСистемы" (МТС). Кроме того, "Ростелеком" собирался реализовать этот проект в сотрудничестве с принадлежащими ему сотовыми компаниями, абонентская база которых насчитывает более 12 млн человек."
Смартфон МТС с ГЛОНАСС
Звучали также слова про выпуск RFID чипов для карт метро и так далее... Но более всего интересен слух про ГЛОНАСС-чипы:
"Представители АФК «Система» объяснили, как будет организован выпуск первого в мире телефона с навигацией ГЛОНАСС/GPS. В марте 2011 г. МТС начнёт продажу такого телефона. Он будет выпущен на заводах компании ZTE в Китае и оснащён чипом Qualcomm по технологии 45 нм. Тем временем специалисты завода «Микрон» в Зеленограде будут осваивать выпуск аналогичного чипа по технологии 90 нм. На их основе с 2012 г. станут делать отечественные смартфоны — чипы станут первой российской деталью ГЛОНАСС-телефона."
Сделать чип для сотовых телефонов, выпускаемых миллионами - идея очень хорошая. Мобильные устройства - это большой рынок. Конечно,
выпускаемый МТС смартфон с упомянутым чипом вряд ли можно назвать "убийцей iPhone 4" - он не составит конкуренции даже
"Nokia Lumia 710" с тем же чипом и той же ценой. Но направление выбрано верно. Во-первых, это более всего имеет отношение к той проблеме, с которой столкнулась наша "оборонка" - нужна отечественная начинка для спутников системы ГЛОНАСС и других космических аппаратов. А во-вторых, создать конкурента для процессора Qualcomm - весьма достойная задача, она посложнее RFID-метки или SIM-карты. Недаром американская Qualcomm сейчас снимает все сливки с рынка процессоров для мобильников - продав в 2011 году более 118 млн (!) чипов серии MSM и заработав
миллиард долларов прибыли в условиях кризиса. Ещё интереснее то, что сама Qualcomm начала встраивать в свои чипы приёмники российской системы ГЛОНАСС! Именно поэтому можно сказать какой именно чип использует МТС в своих смартфонах китайского производства - очевидно это
MSM8255Turbo , выпускаемый по 45-нанометровой технологии и имеющий встроенную обработку ГЛОНАСС-сигнала.
Процессор QUALCOMM MSM8255
Кроме этого чипа Qualcomm встроил ГЛОНАСС в двух-ядерные процессоры APQ8060 и MSM8960, но они начали выпускаться только в конце прошлого года. Может возникнуть вопрос - а зачем американцам вообще ГЛОНАСС, если есть свой GPS? Ответ также прост, как и неожидан:
сигнал ГЛОНАСС принимается лучше GPS даже в Нью-Йорке ! Так что не только для российского рынка встроил Qualcomm обработку сигнала ГЛОНАСС в свои процессоры. У системы ГЛОНАСС большое коммерческое будущее, вот о чём это говорит. И если завод "Микрон" сможет начать производство чипа-конкурента для процессоров Qualcomm, то он будет обречён на коммерческий успех. Особенно если цена будет "демократичной", а быстродействие и потребление будут не слишком уступать конкуренту...
С этой оптимистичной ноты можно вернуться и к основной теме статьи. Затронутая проблема отставания России по технологиям изготовления микросхем ведь тоже имела своё начало. И древняя шутка кэвээншиков о том, что "советские микросхемы - самые большие микросхемы в мире", не всегда была верной. Если история развития американской микроэлектроники известна и часто описывается в разных популярных изданиях, то с советской микроэлектроникой дело обстоит похуже. В частности довольно познавательная статья на сайте IXBT "Закон Мура против нанометров" достаточно полно отражает историю развития микроэлектроники в США, но совершенно игнорирует отечественную историю. Более того, её автор почему-то в сугубо технической статье допускает и глупые политические выпады в адрес сторонников социализма:
"Товарищи из социалистического лагеря немедленно потребуют убрать тлетворное влияние частной собственности на средства производства и привести примеры ударных капиталистических строек, перевыполнения планов и прочие Закрома Родины — если таковое наблюдалось. Ну что ж… К 1961 г. авторитет США в мире был низок как никогда. 12 апреля стало ясно, что СССР постоянно выигрывает у США в космической гонке. 15 апреля США начали операцию “Pluto” (более известную как “Высадка в заливе Свиней”) по свержению Фиделя Кастро, ставшую одним из самых больших провалов ЦРУ. Ещё помнился перехват Гэри Пауэрса под Свердловском, когда президент Эйзенхауэр загнал себя и страну в ловушку, пытаясь скрыть разведывательный характер полёта “U-2”. Нужна была некая национальная идея — знакомо?… 25 мая только что избранный Джон Кеннеди во 2-й раз обратился к нации (что само по себе необычно — обращения являются ежегодными) и заявил: «Я хочу верить, что мы сможем доставить человека на Луну и вернуть обратно до конца этого десятилетия».
В отличие от “построения коммунизма к 1980 г.”, о чём в октябре того же 1961 г. заявил Никита Хрущёв, такая задача была не менее технической, чем идеологической. Помимо ракет и кораблей, надо было создать системы управления, которые сначала полетят на Луну в одиночку (в исследовательских миссиях), а затем будут отвечать за безопасность живых людей. А пока у США был лишь 15-минутный суборбитальный полёт и слабые ракеты. Поэтому программе выделили астрономические деньги (в сегодняшних ценах — 170 млрд. долларов) и присвоили высший приоритет. По микроэлектронной части роль главного героя отводилась навигационному компьютеру для Аполлонов (Apollo Guidance Computer, AGC). До того момента первые чипы были относительно медленные и продавались по цене в несколько раз больше аналогичного набора дискретных элементов. И только в авиакосмических применениях миниатюрность и энергоэффективность оказались важнее недостатков, хотя ИС содержали лишь несколько компонентов."
Я тоже не буду сторониться политики и отвечу в тон этому "аналитику", проштудировавшему
американский сайт по истории электроники . Все "ударные капиталистические стройки", от федеральных хайвеев до полётов на Луну - результат государственных (по-сути социалистических) методов вмешательства в рынок. Это государство выделило 170 млрд долларов на полёты к Луне, а не миллиардер Рокфеллер. Частники не способны на крупные инфраструктурные проекты, тем более в общественных интересах. Частник "копает картошку" исключительно для себя на уже готовом огороде, в то время как государство "строит дачи" и дороги к ним для всех. Это что касается идеологии. А что касается истории, то заметим, что толчком к развитию микроэлектроники в США послужила именно государственная космическая программа. Без неё не было бы Intel c многомиллиардным оборотом. Ибо первые интегральные схемы Intel на коммерческом рынке не были нужны. Только военные и NASA раскрутили их производство. Напоминает современную ситуацию в России, правда? Крупные государственные проекты всегда служили локомотивом развития техники и экономики страны в целом. И очень хочется, чтобы современное и будущее руководство в Кремле понимало это.
Первая американская микросхема - триггер из 4 транзисторов
Но вернёмся к истории. Первая в мире микросхема конечно была создана в компании Texas Instruments и была продемонстрирована Джэком Килби (Jack Kilby) 12 сентября 1958. Микросхема представляла собой крошечную полоску германия на стеклянной подложке. Она состояла из одного транзистора, нескольких резисторов и конденсатора. Схема была очень примитивна по сегодняшним меркам, но она работала и открыла новый принцип миниатюризации - размещение нескольких элементов электронной схемы на одном кристалле полупроводника. Его успех разделил Роберт Нойс, один из основателей Fairchild Semiconductor (1957), и основатель, совместно с Гордоном Муром, корпорации Intel (1968). Он сделал примерно тоже самое, но на кремниевой пластине.
Килби в 2000 г. получил за создание микросхемы Нобелевскую премию (разделив ее с Ж. Алферовым). Нойс премию не получил, поскольку скончался в 1990 г., а премия не присуждается посмертно. То была история изобретения. Датой же рождения микроэлектроники как новой отрасли нужно считать 1962 год, когда фирмами Fairchild Semiconductor и Texas Instruments началось серийное производство интегральных схем серии "SN-51". Первые американские интегральные схемы (ИС) представляли собой простейшие триггерные схемы из нескольких транзисторов и были ограниченного применения - служили в основном как элементы памяти.
В том же 1962 году в СССР Рижским заводом полупроводниковых приборов была выпущена опытная партия микросхем "Р12-2" (в дальнейшем получили название ИС серии 102), которые реализовывали логическую функцию "2НЕ-ИЛИ" - универсального элемента для любых цифровых схем. На её основе в 1963 году были собраны уже первые гибридные интегральные схемы (ГИС) серии "Квант" (позже получившие обозначение ИС серии 116). По части гибридных схем (схем с двумя уровнями интеграции) СССР был первым. Серия 102 производилась без каких-либо модификаций в интересах обороны в течении 30 лет.
Первая советская микросхема - функция 2НЕ-ИЛИ
На РЗПП (Рижский завод полупроводниковых приборов) проводились активные работы по автоматизации производства германиевых транзисторов типа П401 и П403 на основе создаваемой заводом технологической линии "Аусма". Ее главный конструктор (ГК) А.С.Готман предложил делать на поверхности германия токоведущие дорожки от электродов транзистора к периферии кристалла, чтобы проще разваривать выводы транзистора в корпусе.
Но главное, эти дорожки можно было использовать в качестве внешних выводов транзистора при бескорпусной их сборке на платы (содержащие соединительные и пассивные элементы), припаивая их непосредственно к соответствующим контактным площадкам. Предлагаемый метод, при котором токоведущие дорожки кристалла как бы целуются с контактными площадками платы, получил оригинальное название – "поцелуйная технология". Но из-за ряда оказавшихся тогда неразрешимыми технологических проблем, в основном связанных с проблемами точности получения контактов на печатной плате, практически реализовать "поцелуйную технологию" не удалось. Через несколько лет подобная идея была реализована в США и СССР и нашла широкое применение в так называемых "шариковых выводах" и в технологии "чип-на-плату". Тем не менее, аппаратурные предприятия, сотрудничающие с РЗПП, в том числе НИИРЭ, надеялись на "поцелуйную технологию" и планировали её применение.
Весной 1962 года, когда стало понятно, что её реализация откладывается на неопределённый срок, главный инженер НИИРЭ В.И.Смирнов попросил директора РЗПП С.А.Бергмана найти другой путь реализации многоэлементной схемы типа 2НЕ-ИЛИ, универсальной для построения цифровых устройств. Директор РЗПП поручил эту задачу молодому инженеру Юрию Валентиновичу Осокину. Организовали отдел в составе технологической лаборатории, лаборатории разработки и изготовления фотошаблонов, измерительной лаборатории и опытно-производственной линейки. В то время в РЗПП была поставлена технология изготовления германиевых диодов и транзисторов, ее и взяли за основу новой разработки. И уже осенью 1962 года были получены первые опытные образцы германиевой твёрдой схемы 2НЕ-ИЛИ (поскольку термина ИС тогда не существовало, из уважения к делам тех дней сохраним название "твёрдая схема" – ТС), получившей заводское обозначение Р12-2. Она содержала два германиевых p-n-p-транзистора (модифицированные транзисторы типа П401 и П403) с общей нагрузкой в виде распределённого германиевого резистора р-типа.
Коротко говоря, у нас первую интегральную схему сделал по поручению начальства молодой инженер Юрий Осокин. Весной 1962 года получил приказ - осенью микросхема была готова. Отдали бы приказ раньше - раньше была бы и микросхема. Ни о каком копировании речи не было - технология была совершенно иной, она мало походила на "планарную" технологию американцев. Об американских успехах на рижском предприятии ничего не знали. В будущем Юрий Осокин - главный инженер и генеральный директор ПО "Альфа" (бывшего РЗПП) - головного предприятия Минэлектронпрома (ныне малоизвестный обладатель более сорока авторских свидетельств на изобретения как пенсионер проживает в Риге).
Советская гибридная интегральная схема - серия 116
В 1963 г. в НИИРЭ была разработана конструкция модуля, в котором объединялось четыре ТС Р12-2. На микроплату из тонкого стеклотекстолита размещали от двух до четырёх ТС Р12-2 (в корпусе), реализующих в совокупности определённый функциональный узел. На плату впрессовывали до 17 выводов (число менялось для конкретного модуля) длиной 4 мм. Микроплату помещали в металлическую штампованную чашечку и заливали полимерным компаундом. В результате получилась гибридная интегральная схема (ГИС) с двойной герметизацией элементов. Это была первая в мире ГИС с двухуровневой интеграцией, выпускалась она под названием серии 116 ("Квант").
Заказчиками и первыми потребителями ТС Р12-2 и гибридных схем на её основе были создатели ЭВМ "Гном" для бортовой самолётной системы "Купол" (НИИРЭ) и военно-морских и гражданских АТС (завод ВЭФ). Большой жизненный цикл этих изделий определил и необычайно долгую жизнь самих микросхем. В конце 1989 года Ю.В. Осокин, тогда генеральный директор ПО "Альфа", обратился к руководству Военно-промышленной комиссии при СМ СССР с просьбой о снятии серий 102, 103, 116 и 117 с производства ввиду их морального старения и высокой трудоёмкости (за 25 лет микроэлектроника далеко ушла вперед), но получил категорический отказ. Заместитель председателя ВПК В.Л. Коблов сказал ему, что самолёты летают надёжно, замена исключается. И полагаю, что Коблов был прав - зачем менять то, что и так отлично работает?
Новое нужно внедрять тогда, когда это действительно необходимо, когда требуется дополнительная функциональность. А если старое оборудование выполняет все необходимые функции и работает надёжно? У военных нет понятия моды, им "гаджеты" не нужны, им нужно надёжное выполнение поставленной задачи. После распада СССР ИС серий 102, 103, 116 и 117 выпускались ещё до середины 1990-х годов, а ЭВМ "Гном" до сих пор стоят в штурманской кабине "Ил-76" и некоторых других самолётов. Мало кто догадывается, что внутри бортового вычислительного комплекса стоит самая первая отечественная ИС. Супернадёжная - самолёты не падают.
Продолжение истории отечественной микроэлектроники связано уже с развитием производства в Зеленограде и Ленинграде. В Ленинграде история началась с организации специальной лаборатории СЛ-11 в 1956 году, целью работы которой была миниатюризация электронного оборудования. Лаборатория была создана, как и полагалось тогда, постановлением Правительства, а его инициаторами были два инженера - Филипп Георгиевич Старос и Иосиф Вениаминович Берг. Эти имена я уже упоминал - два талантливых инженера имели и другие имена, будучи до 1950 года гражданами США. Они придерживались коммунистических взглядов и попали под преследование американскими властями на волне маккартизма.
Вынужденные эмигрировать сначала в Чехословакию, а затем в Россию они взяли новые имена. Может прозвучать сенсацией, но советская микроэлектроника в своём развитии во многом обязана именно этим двум эмигрантам из США. Биографии этих людей чрезвычайно интересны, но в силу новых веяний в политике, вряд ли станут широко известны. Сейчас более популярны истории с противоположным сюжетом - с бегством учёных из тоталитарного СССР в США. Но бывало и наоборот. Известный исследователь истории отечественной электроники Малиновский так описывает биографию одного из них:
"Альфред Сарант получил степень бакалавра по электронике в университете Купер-Юнион в Нью-Йорке в 1941 году. Он работал в области проектирования систем связи в Форт-Монмарт (Нью-Джерси), лаборатории ядерной физики в Корнелльском университете в Итаке (штат Нью-Йорк). В Корнелле он был участником строительства циклотрона. К 1950 году он приобрёл достаточный опыт в области систем связи, включая радары; некоторые знания первых американских компьютеров и электронного оборудования циклотрона, а также знания уникальной организационной структуры лаборатории Белла. До 1944 года Сарант был членом американской компартии. Есть сведения, что он и Юлиус Розенберг принадлежали к одной и той же партячейке. Полагают, что в Корнелле он был создателем местных профсоюзов. Его сестра описывала его как в высшей степени идеалистического человека. Федеральное бюро расследований допрашивало Саранта летом 1950 года, сразу же после ареста Юлиуса Розенберга. Сарант, однако, не был арестован. После допроса он получил разрешение навестить родственников в Нью-Йорке. Здесь к нему присоединилась его приятельница, и 9 августа 1950 года, используя фальшивые документы, они пересекли американо-мексиканскую границу. После этого имя Саранта исчезло из публикаций. Пять лет спустя американский инженер Филипп Старос приехал в СССР из Чехословакии."
С этого момента американский инженер, известный в СССР уже как Филипп Георгиевич Старос, стал разработчиком советской вычислительной техники, главой ленинградского конструкторского бюро микроэлектроники. Управляющие ЭВМ УМ1-НХ и К-200, разработанные этим инженером, имели рекордно малый вес при довольно высокой производительности. Но самое важное то, что группой Староса был разработан проект создания Центра микроэлектроники в Зеленограде, который ныне является частью Москвы, своеобразной "кремниевой долиной" под Москвой. Хрущёв посетил ленинградское бюро в 1962 году и своими глазами увидел, какие возможности открывает развитие микроэлектроники. В результате он поддержал решение о развитии Центра микроэлектроники в том же 1962 году, в год появления первой советской ИС.
Продолжение следует...
Часть 1 , часть 2 , часть 3 , часть 4 .