МИКРОЭЛЕКТРОНИКА ШАГАЕТ В БУДУЩЕЕ

Невозможно выпрыгнуть в пустоту,

Нельзя избежать реальных пределов.

Гарсиа Лорка

Чужие прогнозы

Американская ассоциация производителей полупроводниковой техники (SIA - Semiconductor Industry Association) недавно составила развернутый прогноз развития полупроводниковой промышленности на Западе сроком на 15 лет. Из обзора SIA следует, что за эти годы будут достигнуты объемы памяти в компьютерах порядка 256 гигабайт DRAM и тактовая частота процессоров 10 тысяч мегагерц. Ассоциация предполагает, что основные достижения в этом технологическом прорыве будут принадлежать американцам. Успехи в области создания полупроводниковых устройств cвязываются с дальнейшим развитием существующих технологий производства интегральных схем, совершенствованием их технических характеристик и параметров, а также улучшением ценовых показателей интегральных схем.

Считается, что и в дальнейшем развитие индустрии полупроводников будет соответствовать эмпирическому закону Мура, который гласит, что удвоение количества транзисторов на отдельном кристалле будет происходить в течение каждых полутора лет. Удивительно то, что этот закон «работает» достаточно точно вот уже на протяжении почти четверти века, не выходя на режим насыщения.

Поразительно, как долго справедлив при производстве интегральных схем закон Мура. Ведь в первоначальной постановке этот закон был сформулирован еще в 1965 году Гордоном Муром, который в то время был заведующим научно-исследовательской лабораторией «R&D» фирмы «Fairchild Semiconductor Corр.», а ныне занимает профессорскую должность в компании «Intel Corр.» (г. Санта-Клара, штат Калифорния).

Тогда закон гласил, что количество транзисторов на отдельно взятой интегральной схеме будет удваиваться по истечении каждого года. Было предсказано, что закон в такой постановке будет действен в течение 10 лет. Точное соответствие закона действительности продолжалось около 6 лет.

В 1975 году закон был видоизменен: удвоение количества транзисторов на интегральной схеме определенных фиксированных размеров будет удваиваться каждые 18 месяцев. В такой постановке он достаточно точно описывал возрастание количества транзисторов на интегральной схеме в течение 20 лет, вплоть до 1995 года.

В настоящее время с выходом индустрии полупроводников на свои предельные возможности по литографическим методам производства чипов, сложности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и, наконец, производственных потенциалов ожидается определенное замедление роста плотности упаковки транзисторных элементов.

Наряду с этим специалисты ассоциации считают, что обычного экстенсивного развития технических характеристик полупроводников на основе только современных технологий достичь невозможно. Непременно появятся новые перспективные технологии производства полупроводниковых устройств.

При современном уровне технологий достижимая разрешающая способность в нанесении активных и пассивных элементов на кристалл чипа (будущей интегральной схемы) оценивается в 0,35…0,25 микрона.

256-гигабайтный объем памяти на интегральной схеме возможен при достижении разрешающей способности в нанесении полупроводниковых элементов на кристалл порядка в 0,05 микрона. В фотолитографическом процессе нанесения покрытий на кристалл найдут обязательное применение, по крайней мере, три технологии.

Так, фирма Intel занимается разработкой технологии ультрафиолетового спектра. Другие компании отрабатывают технологии с применением рентгеновских и элетронно-лучевых методов нанесения покрытий. Считается, что со временем произойдет переход к субмикронной геометрии топологии интегральных схем, а затем - к молекулярной и, в конце концов, атомной технологиям.

Чрезвычайно большое внимание компании-конкуренты будут уделять ценовому фактору научных исследований и производства, добиваясь минимизации своих затрат. По некоторым прогнозам (фирма «VLSI Research'»), цена отдельного транзистора в составе интегральной схемы достигнет своего минимального значения приблизительно на промежутке времени между 2003 и 2005 годами. С этого момента становится нерентабельно прилагать усилия для дальнейшего уменьшения размеров транзисторов.

И вот здесь одним из путей наращивания вычислительных мощностей полупроводниковых устройств является увеличение количества полупроводниковых слоев на производимых чипах, т.е., по существу, увеличение толщины интегральных схем. В этом случае резко возрастет количество соединений на интегральной схеме и весьма остро будет стоять вопрос обеспечения удовлетворительного выхода годных кристаллов и достаточной эксплуатационной надежности выпускаемых чипов.

Вследствие этого толщина интегральных схем возрастет от 200 мкм (1997 год) до 300 мкм (1999 год), а затем до 450 мкм (2009 год). В соответствии с этим прогнозом компании, занимающиеся производством чипов, в настоящее время приложат свои усилия на разработку и производство 300-мкм чипов, минуя стадию получения 250-мкм, а позже - и 350-мкм чипов. Многоуровневая технология особенно применима при производстве элементов памяти.

Ряд полупроводниковых компаний обратили свое внимание на разработку изоляторов с более низкими диэлектрическими константами, освоение технологий создания межсоединений на основе меди, а в перспективе - и на основе применения оптических межсоединений.

Дальнейшее развитие транзисторной микроэлектроники имеет теоретический предел, обусловленный конструктивной сложностью, снижением надежности, потребляемой мощностью. Проблема преодоления этих ограничений может быть решена лишь при переходе к развитию новых направлений микроэлектроники. Основная тенденция такого развития сводится к функциональному укрупнению конструктивных устройств. Это укрупнение возможно при использовании физических явлений, позволяющих с помощью простых нерасчленяемых структур осуществлять функции, обычно реализуемые с помощью более сложной многоэлементной цепи или устройства. Многие надежды разработчики полупроводниковой техники связывают с появлением новых приборов функциональной микроэлектроники. Использование функциональных приборов значительно повысит производительность систем обработки информации при заданных габаритах и потребляемых мощностях, что эквивалентно резкому возрастанию степени интеграции по сравнению с классическими интегральными схемами.

Таким образом, ассоциация SIA прогнозирует достаточно волнующие перспективы развития микроэлектроники, используя для этого в качестве одного из основных инструментов закон Мура.

Неужели навсегда?..

Ужасающая картина нашего технологического отставания открылась взору наших сограждан во второй половине 80-х годов. Тогда на наш вопрос «Насколько мы отстали в области информационных технологий?» ответ японцев звучал так: «По-видимому, навсегда».

Чрезвычайно обидно за державу, которая еще до начала 50-х годов имела выдающиеся достижения в целом ряде отраслей электроники, но затем, под прессом командной административной системы, отвергла магистральные пути развития научной мысли в областях кибернетики, генетики и т.п. И первая в Европе ЭВМ, созданная в Киеве под руководством академика С.Лебедева, была последним нашим крупным достижением, с которого, как ни странно, началось наше ужасающе быстрое отставание. Годы независимости Украины только усугубили и без того безрадостную картину.

Первоначально наши электронщики по заказу сверху еще всячески сопротивлялись диктату зарубежья. По существу, они работали по заказам ведомств, осуществляющих промышленный шпионаж. Чужие схемы копировались и устанавливались в отечественных электронных устройствах. На это уходили титанические усилия технологической мысли. Наши чудо-левши здесь считались непревзойденными мастерами своего дела. Правда, выход годных интегральных микросхем, воспроизведенных нашими умельцами, не превышал 3% от их общего выпуска. Все некондиционные схемы сбрасывались в огромные бочки, которые находились в цехах полупроводниковых заводов.

В Украине ведущие позиции по проведению комплекса работ по изготовлению ИС в течение четверти века занимал Киевский НИИ микроприборов. Значительные наработки в КБ, НИИ и на заводах имели в Харькове, Запорожье, Днепропетровске, Ивано-Франковске, Херсоне.

Впоследствии зарубежье стало усиленно прятать свои технологии, появились драконовские для нас законы о запрете экспорта передовых технологий. Топологические слои микросхем стали делать волнистыми, а не строго планарно-параллельными. Это существенно затрудняло изучение слоя за слоем конструктивных особенностей копируемых схем. Позиции по наличию собственной элементной базы для ЭВМ мы полностью сдали в середине

80-х.

Затем отечественная промышленность перешла на производство собственных ЭВМ на чужой элементной базе. И здесь последовал контрвыпад хитрого Запада (Востока?): в изготавливаемые интегральные схемы капиталисты стали встраивать различные «радиозакладки», настроенные на только им известные частоты.

Наша «оборонка» вынуждена была всесторонне тестировать такие импортные схемы с целью определения их «чистоты». Поступающие же для ее нужд значительно более производительные, чем отечественные, импортные ЭВМ фирмы IBM в режимных организациях вынуждены были разбирать до последнего неделимого модуля и заниматься его всесторонней диагностикой. Естественно, после новой сборки ЭВМ ее надежность значительно понижалась по сравнению с первоначальной. Но иначе и нельзя было поступать.

Свидетельством этому является опыт военных действий многонациональных сил во главе с США против Ирака, когда за считанные часы, воздействуя на компьютерные сети системы ПВО Ирака с помощью радиочастотного оружия, союзники оставили вооруженные силы арабского государства слепыми и глухими.

С 1992 года страны СНГ полностью сдали свои позиции по производству отечественной компьютерной техники. Все украинские предприятия электронной промышленности ныне остановлены или влачат жалкое существование.

Положение усугубляет также мощный отток квалифицированных кадров из электронной промышленности. Две волны миграции специалистов (сначала 30-40-летних, а затем 40-50-летних) ослабили и без того слабые позиции отечественной электроники. Остались только специалисты, возраст которых давно перевалил за цифру 50.

В то же время закупать за рубежом лицензии и патенты, как это делают цивилизованные страны и за счет чего появились замечательные электронные произведения японцев и юго-восточных «тигров», считалось и считается сейчас крайне непатриотичным и дорогим удовольствием.

Надеяться на зарубежные инвестиции в отечественную электронику не приходится. По причине своей высокой прибыльности рынок электронной техники весьма плотен и укреплять своего потенциального конкурента никто не станет.

Крайне скудные бюджетные ассигнования по-прежнему распыляются, извините, разделяются между всеми страждущими по принципу «каждой сестре по серьге». А в это время в соответствующих министерствах ведется «вселенская» работа по формированию облика электронной промышленности Украины и сопутствующих ей отраслей на третье тысячелетие.

В связи с вышеизложенным интересен опыт России. За прошлый год потребление электронных приборов у соседей произведено на сумму $20 млрд., в т.ч. доля электронных компонентов составила $0,6 млрд. Ежегодный прирост продаж электроники превышает 30%. В полную силу работает российская Кремниевая долина - г.Зеленоград, которому правительством России предоставлен режим максимального благоприятствования: снят или снижен ряд налогов, льготное кредитование и предоставление энергоносителей.

В производстве электроники практически на полную мощь задействованы воронежское ПО «Электроника», санкт-петербургское ПО «Светлана», зеленоградские АО «Ангстрем» и ПО «Квант».

Многие российские электронные фирмы проводят усиленную работу по созданию совместных предприятий с соответствующими фирмами США, Японии и стран Юго-Восточной Азии.

* * *

К сожалению, Украина утратила свои позиции в электронной и, особенно, в микроэлектронной промышленности. Однако, к счастью, отечественная как научная, так и производственно-технологическая школа микроэлектроники пока еще существует. При отсутствии пристального внимания к нуждам микроэлектроники со стороны государственных и негосударственных структур об украинской микроэлектронике в следующем тысячелетии можно будет узнать только в исторических музеях.