«Независимость нашей страны тесно связана с наличием собственной микроэлектронной научной базы»

Корреспондент журнала «За науку» отправился побеседовать с президентом РАН Геннадием Красниковым о прошлом, настоящем и будущем микроэлектроники в России. Геннадий Яковлевич Красников возглавляет кафедру микро- и наноэлектроники в МФТИ, но, что важнее для этого разговора, он больше 40 лет проработал в НИИ молекулярной электроники и на заводе «Микрон», пройдя путь от инженера до директора и научного руководителя.

«За науку»: Геннадий Яковлевич, мы пришли к вам, потому что лучшего собеседника для разговора о микроэлектронике, чем вы, нет. Давайте прямо так, в лоб, и начнем: как вы думаете, насколько государство в целом осознаёт серьезность вызовов в области микроэлектроники?

Геннадий Красников: Микроэлектроника — одна из самых во всех отношениях наукоемких и затратоемких отраслей, которая определяла и будет еще долго определять наше технологическое развитие. Сейчас все говорят о нейросетях, или, как их еще называют, «искусственном интеллекте», но и они связаны с электроникой.

В микроэлектронике есть такое понятие, как правило Мура (в 1965 году американский инженер и соучредитель Intel Гордон Мур предсказал, что число транзисторов на кремниевом чипе будет удваиваться каждый год.— «ЗН»). Все сейчас обсуждают, когда правило Мура перестанет работать: где-то должен быть предел с точки зрения минимизации топологических размеров.

На протяжении всей моей деятельности постоянно звучали заявления, что дальнейшее уменьшение топологических размеров невозможно. Так, одной из основных проблем назывался рост энергопотребления. Если просто умножить число транзисторов в микрочипе на мощность, которую каждый транзистор потребляет, то там гигаватты энергии получаются. Казалось бы, дальше увеличивать число транзисторов невозможно, однако с уменьшением размера падает и энергопотребление каждого транзистора.

Другая проблема — в фотолитографии. Передовые фабрики работают на длине волны 193,5 нанометра, при этом создаваемые этим процессом структуры в несколько раз меньше. То есть длина волны почти в 20 раз больше, чем минимальный топологический размер. Но и эти задачи решаются применением определенных технологий.

Так что правило все еще работает, хотя там есть определенные нюансы. Правило предполагало не только то, что число транзисторов на единице площади должно удваиваться за определенный период, но и то, что цена за один транзистор падает. И в тот период развития технологий, когда она действительно падала, это было мощным драйвером развития. Однако после достижения рубежа 20 нанометров эти пропорции уже перестали работать, цена на транзистор, наоборот, стала расти.

А если говорить про отношение государства, то, конечно, оно осознаёт, что независимость нашей страны неразрывно связана с наличием собственной микроэлектронной и научной базы.

«ЗН»: Я читал ваше интервью, которое вы давали на прошлом Форуме микроэлектроники, где в том числе вы говорили, что без собственной микроэлектроники не будет суверенитета… 

ГК: Да, абсолютно верно. И наш президент это понимает: если у нас не будет собственной электронной базы, то говорить о независимости нашей страны очень сложно.

«ЗН»: Ну у Швеции, допустим, нет собственной электроники, и ничего, с суверенитетом все в порядке…

ГК: Не уверен в суверенитете Швеции — она состоит и в Евросоюзе, и в НАТО. И во многом зависит от этих организаций. Хотел бы отметить, что до 2022 года у нас многие считали, что ничего страшного в том, чтобы покупать технологии за рубежом, нет. В итоге же оказалось, что не все так просто, как вы понимаете. Ключевые технологии никто так просто вам не продаст.

«ЗН»: Вы поступали в МИЭТ в 70-х годах прошлого века. Тогда ведь тоже, наверное, многим казалось, что микроэлектроника — очень важная область, одна из важнейших. И сейчас всем так кажется. Но отставание от лидеров, кажется, не очень сократилось за последние полвека. Или сократилось? Или приобрело какой-то другой характер?

ГК: Советский Союз занимал второе-третье место в мире по уровню развития микроэлектроники. Например, по топологическим размерам у нас было второе место, а по объему производства микроэлектронной продукции мы третье место занимали.

Дело в том, что вся наша микроэлектроника тогда была сосредоточена в первую очередь на решении задач оборонно-промышленного комплекса. Вспомним «Буран» — он был фактически первым космическим беспилотником полностью на отечественной электронике. Это высочайший уровень технологий для того времени! Но народ оценивал уровень развития отечественной электроники в основном по бытовым приборам: какие у тебя телевизоры, магнитофоны, утюги, другая техника… И здесь, конечно, были большие проблемы: и по качеству товаров, и по их наличию в продаже. Но это отдельная история, которая была связана не с уровнем микроэлектроники в стране, а с работой Министерства радиопромышленности, Министерства приборостроения, Министерства связи.

Мало кто знает, но наш зеленоградский НИИМЭ и «Микрон» в 1989–1990 годах, когда Samsung ставил свои заводы на реконструкцию, несколько лет поставляли продукцию Samsung, чтобы их заказчики не ушли. Мы в Зеленограде производили электронику по заказу Samsung и отправляли их заказчикам. И на изделиях было написано: Samsung. Made in Mikron. Это был высокий уровень.

Но 1990-е стали губительны для отечественной микроэлектроники. Для развития микроэлектроники требуются постоянные огромные вложения в строительство новых фабрик. В конце 80-х эти фабрики построить не успели, а в условиях постоянных кризисов начала 90-х это стало уже нереальным.

«ЗН»: Если оценивать отставание полувековой давности как второе-третье место, то сейчас мы на каком?

ГК: Здесь есть разные взгляды и подходы. Есть такое понятие, как «отставание в поколениях». Поколение — это примерно два-три года. По разным технологиям отставание разное. Скажем, в области Embedded Flash, технологии, на которой делаются SIM-карты, банковские и транспортные карты — отставание в два-три поколения, то есть шесть-семь лет. Есть технологии радиационно-стойких микросхем, которые работают в космосе. Там мы где-то находимся на мировом уровне, где-то с отставанием на два-три года. Если говорить о мобильных телефонах, другой бытовой технике — там, конечно, существенное отставание: лет на 15–18. Но опять же — есть технологическая база, где определяющим является уровень технологии, а есть схемотехническая база, где требуется спроектировать сложные микросхемы.

«ЗН»: Что можно принять как главный индикатор состояния отрасли?

ГК: Базовые технологии, на которых создаются микросхемы. Это не только топологические размеры, но и сама по себе технология. Их несколько десятков, и именно они определяют потребительские свойства микросхем.

«ЗН»: А если сформулировать простую цель? Вот, скажем, планы собираются для отрасли, для правительства. Что формулировалось как план и цель 50 лет назад? Четверть века назад и сейчас? Чем эти планы отличаются?

ГК: В целом особенно ничего не изменилось за исключением некоторых деталей. Конечно, в этих планах ставится во главу угла технология, а вторым идет объем производства.

Основное отличие от времен Советского Союза в том, что в те времена у нас было достаточно автономное производство со своим собственным оборудованием, материалами, «чистыми комнатами», где идет производство. А это целые индустрии, которые сейчас мы вынуждены создавать заново.

«Чистая комната» — это не «комната» в обычном понимании. Это десятки тысяч квадратных метров изолированных помещений с контролируемым климатом, постоянной очисткой воздуха, которые обслуживаются подсобной инфраструктурой в сотни тысяч квадратных метров. Это огромная инфраструктура, и она работает 24 часа в сутки.

Особо чистые материалы, которые требуются для микроэлектронного производства, мы тоже должны сами производить. В том числе и специальную тару для их транспортировки и хранения. И под разработку и производство этой химии сейчас сформирована отдельная программа по особо чистым материалам. Еще одна большая задача — электронное машиностроение. Оно должно быть у нас хорошо развито, потому что вся микроэлектроника производится на специальном технологическом оборудовании. Третья программа — САПР (системы автоматизированного проектирования), потому что современная микросхема — это миллиарды транзисторов, объединенные в сложнофункциональные блоки, собирать и моделировать которые можно только на компьютерах на специальном софте. И у государства сейчас есть четкое осознание необходимости развития по всем этим трем направлениям.

«ЗН»: А почему вообще науке и бизнесу, даже высокотехнологичному, так сложно строить взаимоотношения?

ГК: Сам процесс внедрения, он очень непростой. У нас в Зеленограде хорошо показала себя схема, когда у НИИ и опытного завода был один и тот же директор. Это очень помогало процессу внедрения. Но самой большой проблемой стала полная ликвидация в период перестройки и начала 90-х звена прикладной отраслевой науки. Пропал «интерфейс» взаимодействия между теми, кто занимается фундаментальной наукой, и теми, кто внедряет хайтек: люди фактически на разных языках говорят. Вот на Западе это все было в свое время очень хорошо выстроено, а у нас, к сожалению, всё постепенно разломали.

Сначала у нас «специалисты» появились, которые говорили: зачем нам что-то производить, когда мы можем все купить? И все производство без заказов постепенно умерло, зато сфера закупок и посредников при них неплохо выросла и  прекрасно себя чувствовала. А теперь у нас появилась потребность создавать все самим, но это же совершенно другой процесс, который требует других людей, других специалистов. У нас технологов, руководителей производств почти не осталось — одни юристы с экономистами… И это сегодня тоже очень серьезная проблема.

«ЗН»: А где сейчас вообще сосредоточены лучшие силы? Можете ли вы назвать одну-две-три какие-то яркие отечественные разработки последних лет, навскидку?

ГК: Когда говорят, что у нас ничего нет, это неправда. Одним из знаковых моментов я считаю создание отечественных фоторезистов для глубокого ультрафиолета. Это выдающийся результат: Китай, например, пока свои собственные сделать не смог. Очень интересные работы у нас по технологическому машиностроению: установки эпитаксии для создания нитрида галлия на кремниевой подложке. В области технологий новая энергонезависимая память FRAM, на фазовых переходах. Это очень перспективная технология, которую мы рассматриваем для создания в перспективе нейрочипов. Есть хорошие работы в области схемотехники, в области процессоров. Это схемы для обработки видеоизображений в телекоммуникациях. Новаторских работ у нас очень много.

«ЗН»: Хорошо. Давайте тогда к фундаментальным масштабам перейдем и Академии наук. На этом уровне существует какой-то разрыв?

ГК: Мы, конечно, участвуем в развитии микроэлектронных технологий — то есть фундаментальная наука. А когда доходит до внедрения, то академия очень активно участвует в этих процессах. Наш соотечественник Нобелевский лауреат Жорес Иванович Алфёров часто повторял слова Джорджа Портера, президента Лондонского королевского научного общества: «Вся наука — прикладная, только в отдельных случаях приложение возникает очень быстро, а в других — через пятьдесят-сто лет». Тот же транзистор, скажем, Бардин, Браттейн и Шокли открыли в 1949 году, а в 1956-м уже Нобелевскую премию получили. В создание фоторезистов, о которых я уже говорил, очень большой вклад внес ФИЦ ПХФ и МХ в Черноголовке. Мы получили уникальные фоторезисты для глубокого ультрафиолета, а это уже масштабы 28 нанометров и меньше. То есть академические институты в этой цепочке постоянно участвуют.

«ЗН»: Появились ли, может быть, за последние лет двадцать новые способы внедрения, которые позволяют быстрее переходить из фундаментальной науки в прикладную?

ГК: Новые способы… Смотрите, давно известно, что цикл внедрения выглядит так: фундаментальная наука, прикладная наука, отраслевая наука и высокотехнологичная компания. А у нас основным показателем в академических институтах была публикационная активность, да еще в высокорейтинговых зарубежных журналах. Но высокотехнологичные компании не смотрят, какой у тебя индекс Хирша, а смотрят на возможность создания новых приборов. Вот сейчас мы вынуждены фактически пересобирать эту конструкцию. Нам нужно как можно быстрее создавать отраслевые институты.

«ЗН»: Раз вы упомянули KPI, то давайте я вас спрошу о нынешних принципах оценки научной эффективности. Бывают же случаи, когда индекс Хирша гигантский, но не отражает научную ценность, или наоборот? 

ГК: Наукометрия — непростой вопрос. Тут можно вводить новые показатели, например можно было бы ввести показатель, который бы рассчитывал число статей на число авторов и соавторов. Потому что сейчас бывает, что люди в коллаборации со многими соавторами работают и статьи подписывают тысячи человек. Раздели на одного автора — и показатель будет совершенно другой. Поэтому все эти цифровые показатели нужно воспринимать просто как дополнительную информацию, не больше.

Я работаю в своей области больше сорока лет, и я знаю всех специалистов, потому что мы живем в этой среде, выступаем на конференциях, смотрим, как человек, работающий рядом, развивается. У Жореса Алфёрова, когда он уже сделал работу на Нобелевскую премию, индекс Хирша был, быть может, один или два… Но кто скажет, что он не является заслуженным ученым? Поэтому мы все-таки ориентируемся не на такие показатели, а на экспертную оценку сообщества.