Какие микропроцессоры разрабатывают в России? И что с ними будет из-за санкций?

В России пять основных разработчиков микропроцессоров: МЦСТ, "Байкал", "Модуль", "Элвис" и "Миландр". "Из них самые большие объемы производства и номенклатура — у "Миландра". Продукция компаний пересекается по областям применения, но у каждой можно выделить основное направление", — говорит Иван Покровский, исполнительный директор Ассоциации разработчиков и производителей электроники.

• "Миландр" — микроконтроллеры интернета вещей. Например, для счетчиков, промышленной автоматизации. 
• МЦСТ (процессоры "Эльбрус") — центральные процессоры серверов, систем хранения данных, суперкомпьютеров, для систем тяжелых вычислений в промышленной автоматизации. 
• "Байкал" — центральные процессоры персональных устройств. Процессоры "Байкал" серии М — для персональных и промышленных компьютеров, Т — сетевого телеком-оборудования, новый процессор S — для серверов.
• "Элвис" — сетевые процессоры для телекома.
• "Модуль" — цифровые, графические и нейропроцессоры.

Например, процессоры "Эльбрус" и "Байкал" важны для создания критической информационной инфраструктуры (КИИ) в России — они предназначены для рабочих станций и серверов крупных компаний и госучреждений.

Критическая информационная инфраструктура — это совокупность IT-систем, критически важных для работы основных сфер общества и государства, таких как здравоохранение, транспорт, связь, энергетика, оборонная промышленность и т.п. В России несколько лет готовится переход объектов КИИ на софт и оборудование отечественных разработчиков.

Сегодня в критической информационной инфраструктуре преобладает оборудование и ПО иностранных производителей. "В персональных компьютерах и серверах — решения на Intel и AMD. В системах хранения данных большая доля у IBM. В оборудовании интернета вещей — у STMicroelectronics. В системах обработки видео, искусственного интеллекта — Nvidia", — перечисляет Иван Покровский. 

"Все высокопроизводительные микропроцессоры российской разработки выпускались на TSMC", — говорит Иван Покровский. 

Российские разработчики процессоров — это в большинстве так называемые fabless-компании, те, у которых нет своих фабрик. Это означает, что они разрабатывают архитектуру и делают дизайн процессора, но для выпуска непосредственно кремниевого чипа как финального продукта заключают контракты с заводом. Это распространенная практика, многие заметные в мире разработчики работают по контрактному производству. Например, MediaTek.

"В 2005–2013 годах первые серии чипов "Эльбрус" по техническим процессам 130–90 нм (нанометров) выпускали небольшими партиями на заводе "Микрон" в Зеленограде. Тогда появились первые проблемы. Второе поколение процессоров "Эльбрус-2СМ" по нормам 90 нм не показывали хорошей производительности, было много брака. Сам процесс общего назначения завода не был подстроен под процессоры "Эльбрус", что и подвело локальное производство. Третье поколение и последующие поколения процессоров МЦСТ производили за рубежом, в основном на заводах TSMC", — говорит Алексей Петров, предприниматель, специалист по чип-дизайну.

В МЦСТ создавали и адаптированную версию "Эльбрус-4СМ"/65 нм для производства на мощности "Микрона". "Но предприятие не смогло перейти на необходимый для этого технический процесс — 65 нм и достигнуть приемлемого качества", — уточняет Петров.

В мире более 400 фабричных линий для производства разных чипов. 

Но производств высокопроизводительных микропроцессоров по мелким техпроцессам — 16–10 нм и меньше — не более десятка. Чем меньше нанометраж, тем выше производительность и быстродействие чипа: 5-нанометровый чип быстрее и производительнее, чем 10-нанометровый. У первого в разы сложнее дизайн, сложнее и дороже его производство. 

"Транзистор в процессоре 10 нм размером всего с 50 атомов гелия. Для понимания масштаба: размер человеческого волоса примерно 80–110 микрон — на его срезе легко поместится чип примерно с 1,2 млн транзисторов. Чтобы создать такое микрочудо, нужны крайне сложные станки и машины. Тайваньская фабрика TSMC — лидер в мире по передовым технологиям выпуска микросхем с нормами 90, 65, 45, 40, 28, 20, 16/12, 10, 7, 5 нм. Сейчас у нее более 30 заводов-линий в Тайване, два в США и два в Китае.  Для такого большого производства у завода налажена целая сеть логистики для поставщиков разных компонентов для производства микросхем. Производство малоразмерных чипов — это крайне сложный процесс, требующий очень сложных технологий, уникальных станков и невероятно сложной инфраструктуры. Построить и поддерживать такой завод, скажем, для технологических норм 10 нм ресурсами одной страны крайне малореально, для этого нужны ресурсы, уникальные станки и редкие инженерные достижения многих разных стран", — говорит Алексей Петров.

Сегодня чипы по 5-нанометровому техпроцессу могут производить только две компании в мире — TSMC и Samsung. По 10-нанометровому техпроцессу — Intel, TSMC, Samsung. Компания GlobalFoundries собиралась запустить самостоятельное производство 10-нанометровых чипов, но отказалась, столкнувшись с трудностями. А для выпуска 14-нанометровых — делилась частью наработок с Samsung, чтобы совместно создать производство. Тем временем TSMC начала экспериментальный выпуск 3-нанометровых чипов и собирается запустить фабрику по производству 2-нанометровых процессоров.

"Intel, сопоставимая по техническому уровню с TSMC, не выполняет заказы контрактного производства, выпускает только собственную продукцию. А Samsung специализируется на микросхемах памяти, не обладает необходимыми для выпуска микропроцессоров библиотеками IP-блоков. Фактически в контрактном производстве высокопроизводительных микропроцессоров TSMC не имеет альтернатив в мире", — уточняет Иван Покровский. 

Это занимает примерно два-три года. В редких случаях при уже готовых наработках и отлаженных связях — быстрее.

Разработка идет полтора-два года. 

"Разработчики и специалисты по чип-дизайну создают архитектурный набросок процессора, исходя из требований заказчика. Инженеры проектируют электрическую архитектуру, дизайн чипа адаптируется под определенный технический процесс конкретного завода, где он будет производиться. Перенести его на другой завод, даже работающий по похожим техническим нормам, зачастую без редизайна невозможно", — рассказывает Алексей Петров.

От выращивания кремниевой заготовки до финала — готового микропроцессора — проходит еще год-полтора, у завода для мелких техпроцессов своя очередь, и произвести раньше по желанию не получится.

"Производство идет в более чем 500 высокотехнологичных этапов, — продолжает Алексей Петров. — На большой кремниевой пластине — вейфере — с помощью литографии, легирования и диффузии формируются проводники, транзисторы и многие слои — до 13–15 слоев для современных чипов. Так постепенно формируется множество чипов на одной большой пластине. Пластина нарезается на отдельные чипы-кристаллы, к ним крепятся проводники, и они монтируются в корпус. Далее, как правило, чипы еще раз тестируются и проходят выходной контроль, только тогда это превращается в относительно финальный продукт в виде знакомого нам процессора в корпусе".

Сегодня в России нет фабрик для производства процессоров по нормам менее 65 нм. А TSMC выполняла для МЦСТ производство чипов такого нанометража. Кроме того, у МЦСТ разработан чип по норме 16 нм.

На прошлой неделе РБК сообщал со ссылкой на источник, что компания МЦСТ, разрабатывающая процессоры "Эльбрус", ведет переговоры с фабрикой "Микрон" в Зеленограде о переносе производства на их мощности. По запросу ТАСС в МЦСТ ответили, что сейчас не дают официальных комментариев. На письмо в пресс-службу "Микрона" на момент публикации этого текста не ответили.

Кроме "Микрона" в Зеленограде есть производство "НМ-Тех". Компания начала строить фабрику для выпуска процессоров 28 нм. Ранее "НМ-Тех" привозила в Россию специалистов из Тайваня для работы на ее производстве.

Из-за санкций производитель процессоров "Байкал" — АО "Байкал электроникс" — лишился возможности использовать внешне запатентованную архитектуру британской компании ARM. ARM — это проектировщик процессоров, который продает лицензии на уже разработанную архитектуру и помогает производителям адаптировать решения.

"Для процессора нужно создать целый ряд программных продуктов, компиляторов, библиотек стандартных функций, документации и поддержки. Без этого процессор будет малополезным кремниевым кирпичиком. Используя совместимость с архитектурой ARM, в разы проще использовать все уже существующие в мире наработки. Сейчас для разработчиков чипов "Байкал" недоступны новые лицензии. Выпущенные и уже работающие процессоры от этого не пострадают, старые выданные лицензии не отозваны. Для выпуска новых — придется поискать или создать свою архитектуру", — объясняет Алексей Петров.

"Сейчас для такого производства — фабрики с нормами производства процессоров 28 нм, к сожалению, нет ничего — ни технологического оборудования, ни материалов, ни инженеров-технологов с соответствующими компетенциями. Из этого самое важное — школа инженеров-технологов. В обозримой перспективе высокопроизводительные микропроцессоры можно будет выпускать только на зарубежных фабриках. Задача в том, чтобы преодолеть санкционные ограничения и зависимость от одной компании, получить альтернативные варианты и повысить устойчивость цепочек международной кооперации. На российских фабриках необходимо изготавливать микросхемы средней производительности для задач, которые не так требовательны к быстродействию, как к уровню безопасности", — считает Иван Покровский. 

"Тайвань с 1970-х строил технологический парк и активно его развивал, — рассказывает Алексей Петров. — Это гигантская инфраструктура научного парка города Синьчжу. В одном заводе собирается более 2 500 топ-технологий со всего мира. Годы ушли на обучение специалистов, годы — на то, чтобы появились заводы, бизнесы, дизайнеры и инфраструктура. Примерно 20–30 лет целенаправленной работы. Текущий процесс 65 нм, который есть в России, — это отставание на 15 лет, уровень примерно 2000–2006 годов. В 2015 году "Микрон" делал тестовые выпуски 65-нанометровых чипов; для понимания: в то же время Intel и TSMC освоили чипы по 16-нанометровым техпроцессам. Можно производить приемлемые чипы для космической промышленности, где они востребованы, но для передовых и конкурентных на мировом рынке процессоров и мобильного хай-тека нужны более новые и малоразмерные техпроцессы".