Геннадий Красников: мы должны максимально производить особо чистые материалы

О проблемах развития микроэлектронной отрасли в России, необходимости участия в «гонке за нанометрами», о том, создан ли в стране 50-кубитный квантовый компьютер и какие беспилотные технологии надо сегодня развивать в интервью ТАСС на полях форума «Микроэлектроника 2024» рассказал президент Российской академии наук Геннадий Красников.

— Как бы вы обозначили основные проблемы, сейчас стоящие перед российской микроэлектронной отраслью в нынешних условиях?

— Первое, на что следует обратить внимание — особенность микроэлектронной отрасли, не совсем типичная для других. Производство интегральных микросхем у нас осуществляется в чистых комнатах. Многие представляют комнату как небольшое помещение, но на самом деле чистая комната может занимать несколько десятков тысяч квадратных метров, а обслуживающая инфраструктура — в десять раз больше. Это огромное сооружение, включающее водородно-кислородные станции, азотно-компрессорные установки, системы подготовки деионизированной воды, охлаждение, вакуумные системы, газовое хозяйство, химические установки — все это может занимать до 100 тысяч квадратных метров.

Такое предприятие работает круглосуточно, и не имеет значения, производит ли оно одну микросхему или миллионы — все должно функционировать непрерывно. Остановить процесс практически невозможно, как в случае с мартеновской печью: если остановить, запуск будет очень долгим, и в магистралях сразу же начнут расти бактерии и появятся опасные для производства чипов примеси. Поэтому для поддержания работы необходимо учитывать несколько важных факторов.

Первый — мы должны максимально производить особо чистые материалы у себя. Некоторыми материалами невозможно запастись наперёд, так как они со временем разлагаются. Например, фоторезисты имеют срок годности около полугода, после чего их нужно утилизировать. Степень чистоты материалов сейчас измеряется не в ppb (частях на миллиард), как раньше, а в ppt (10⁻¹²), и мы должны производить их самостоятельно. Поэтому первая задача — быстро восстановить производство особо чистых материалов, включая разработки и освоение технологий.

Второй — вопрос спроса. Необходим гарантированный минимальный объём производства, потому что если загрузка чистых комнат меньше 60 %, предприятие начинает нести убытки. Обеспечить такой спрос без помощи государства и других структур очень сложно, особенно в текущих условиях. В любой стране, где развивается эта отрасль, подобные задачи решаются совместно с государством, включая предоставление различных льгот, так как конкуренция по ценам очень жёсткая.

Третья задача — развитие электронного машиностроения. Ранее в Советском Союзе мы производили практически 100 % оборудования самостоятельно. Сейчас Запад особенно строго контролирует поставки не только оборудования, но и запасных частей. Поэтому у нас разработана целая программа по развитию электронного машиностроения.

Кроме того, важны вопросы подготовки кадров и, самое главное, соединение фундаментальной академической науки с отраслевой. Мы стремимся к непрерывной связи между ними, и на этом форуме эта связь как раз демонстрируется. Вы можете увидеть здесь множество академических институтов, академиков, руководителей институтов и отделений РАН. Мы возрождаем сотрудничество с академическими институтами в области химии, материаловедения, физики и уже реализуем эту часть программы. Таков весь комплекс задач.

— На пленарной сессии форума «Микроэлектроника» вы задали министру науки и высшего образования Фалькову вопрос по поводу подготовки кадров. И, насколько я помню, он вам ответил, что только на бюджетных местах по 30 специальностям учится больше 70 тысяч человек. В области микроэлектронной промышленности, на ваш взгляд, это достаточно для обновления кадрового состава?

— Я задал вопрос не просто о подготовке кадров, а именно о подготовке технологов. Дело в том, что кадры бывают разные. Например, схемотехнику для работы нужен компьютер и программное обеспечение. А подготовка технологов — это ключевая профессия и специальность, — гораздо сложнее, потому что они должны работать на современном технологическом оборудовании, находиться в чистых комнатах, куда поступают особо чистые материалы. Для многих университетов затруднительно иметь такую инфраструктуру.

Именно поэтому я спросил, как обстоят дела с подготовкой технологов. Я знаю, что при строительстве современных кампусов уже предусматриваются большие инвестиции на создание чистых комнат, закупку современного технологического оборудования. Мы недавно были в Бауманском университете, где построен грандиозный кампус, они серьезно увеличили свои площади — почти вдвое. Там предусмотрены чистые комнаты, технологическое оборудование, которое я внимательно осмотрел, согласовывал, и это будет уже подготовка тех специалистов, которые нужны в первую очередь сейчас в технологии. То же в Московском институте электронной техники, там целые есть лаборатории, оснащённые современным оборудованием.

— Одним из ярких событий форума стало представление 50-кубитного квантового компьютера. Как бы вы оценили это достижение?

— Мы говорим не о машине или компьютере, а о платформе для 50-кубитного ионного вычислителя. В России исследуется множество типов платформ, главным образом четыре: на основе СКВИДов — сверхпроводящих интерферометров, использующих эффект Джозефсона; вторая, также очень перспективная — ионная платформа. Кроме того, есть платформы на нейтральных атомах и фотонные. Существуют и другие варианты, работающие на магнонах, квантовых точках из изотопов кремния — их много, но основных четыре.

Ионная платформа хороша, потому что в квантовых вычислениях есть понятие квантового объёма. Несмотря на то, что у СКВИДов есть определённые преимущества по времени жизни в когерентном состоянии, они ограничены — раньше каждый кубит окружало четыре кубита, сейчас IBM сделала так, что каждый кубит окружают шесть кубитов. А ионная платформа удобна тем, что она объёмная, и на ней можно запутывать большее число кубитов, что очень важно — так называемый большой квантовый объём. Эта платформа тоже перспективна.

Таким образом, мы говорим о том, что созданы возможности, при которых мы можем удерживать 50 ионных кубитов и проводить между ними операции по запутыванию, одно- и двухкубитовые операции. Это основа для того, чтобы через какое-то время у нас появился сначала 50-кубитный вычислитель, а потом и 100-кубитный.

— То есть вы всё-таки сосредоточились пока на ионах?

— Нет, почему? У нас недавно демонстрировали несколько очень крупных групп, которые работают на СКВИДах. Это большая работа в Физтехе, они создают на сверхпроводящих интерферометрах, о которых я уже говорил. Есть ещё большая группа в Бауманском университете, которая тоже работает на сверхпроводниках. У них свои задачи. Поэтому нет, у нас развитие СКВИДов продолжается.

— Правильно ли я понимаю, что в развитии квантовых вычислителей, мы находимся примерно на одном уровне с мировыми лидерами?

— С точки зрения понимания физики мы, конечно, на одном уровне. А вот с точки зрения реализации, которая требует больших инвестиций в оборудование — причём такие инвестиции могут позволить себе только очень богатые компании, потому что многие вложения очень рискованные — мы, к сожалению, не можем себе такие ресурсы позволить. Но я хотел бы уточнить: я не люблю слово «компьютер». Я все-таки предпочитаю «вычислитель».

— Гонка за нанометрами. Часто говорят о том, что мы очень сильно отстаём, что мы освоили 180 нанометров в развитии чипов, стабильно 90, где-то возле 60 нанометров. Стоит ли нам вообще гнаться за этим?

— Безусловно, да. Вопрос в том, как мы к этому подходим. Для специалистов сам по себе топологический размер абсолютно ничего не говорит, потому что надо знать, к какой технологии он относится. А таких технологий у нас десятки. Скажем, у вас есть мобильный телефон — там процессор действительно семь нанометров, а есть SIM-карта. Меньше 45 нанометров в мире никто не сделал, потому что здесь используется технология embedded flash — то есть в одном процессе вы должны создать разные типы транзисторов. Очень сложно сделать и перепрограммируемую память: вы должны создать и ячейку памяти, и высоковольтную схему. И пока сегодня сделать это по технологии меньше 45 нанометров не удаётся. Это мировой уровень, и это нормально.

Есть и другие технологии. Например, схемы, которые работают в космосе и подвергаются воздействию радиации. На них воздействуют разные факторы: тяжёлые заряженные частицы, гамма-излучение, и поэтому там уже используется топология 65 нанометров. Есть другие факторы воздействия на микросхемы, например, связанные с мощным электромагнитным импульсом. Там другой уровень и меньше 90 нанометров пока никто не сделал.

Поэтому все зависит от того, где будет использоваться микросхема и какую функцию она будет выполнять. Конечно, если мы говорим о минимальных топологических размерах, то они в первую очередь используются на рынке гражданской продукции. Для того, чтобы сделать рыночный продукт, нужно построить большую фабрику. Большая фабрика требует больших инвестиций, которые должны оправдываться. Для этого должен быть гарантированный спрос. Если у вас нет гарантированного спроса, но вы построили фабрику, она будет генерировать сплошные убытки. Поэтому это сложный механизм.

Но сейчас, так как наша страна ставит задачу быть технологически независимой, мы планируем и дальше уменьшать топологические размеры микросхем, совместно с государством решать вопрос гарантированного спроса. Кроме того, мы создаем особо чистые материалы, электронное машиностроение, формируем рынок, строим чистые комнаты.

Кстати, я вспоминаю, что когда мы работали над технологиями 180 нанометров, некоторые говорили: «Это нам не нужно». А теперь представьте, что у нас сегодня нет этих 180 нанометров. Значит, нет банковских карт «Мир», нет SIM-карт, нет паспортов — всего, что необходимо в повседневной жизни.

— Простите, сразу банальный вопрос в продолжение того, что вы сказали: у нас проблем с производством чипов, необходимых для карт, паспортов и прочего, а также для оборонных нужд, уже нет?

— Проблемы есть, и они состоят из трёх частей. Во-первых, мы жили в эпоху глобализации, словно в магазине. Люди думают, что можно просто сформировать потребность и сразу все получить. Когда говорят: «Делай в десять раз больше», — не понимают, что все работает по другим законам. Те, кто так думают, привыкли, что заходят в магазин, и на полках все есть. Завтра можно заказать, и привезут. Поэтому первая проблема — это увеличение объёмов производства, которое не происходит мгновенно.

Во-вторых, санкции. Мы не были к ним полностью готовы и не укрепили свои позиции. Нужно было сделать одно, другое, а «супостаты», скажем так, вводят санкции не просто так. Они используют искусственный интеллект для определения цепочек поставок к нам комплектующих, материалов, анализируют платежи, разрывают эти цепочки. Это тоже вызывает определённые сбои.

Третье, очень важное. Всем понятно, что армии и боевые действия всегда являются мощным двигателем для внедрения новшеств. Естественно, все хотят чего-то нового, а новые задачи требуют новых интегральных микросхем и решений. И здесь нам зачастую не хватает возможностей. Поэтому мы активными темпами работаем над созданием новых чистых комнат и других проектов, которые сейчас срочно реализуем, хотя могли бы спокойно заниматься ими в мирное время.

— Расскажите об основных задачах в развитии беспилотных систем.

— Сейчас в сфере беспилотников очень много задач. Основная задача — это не только автономность, но и ориентация в условиях сильных помех и воздействий. То есть, когда возникают серьёзные помехи, чтобы обеспечить автономный полёт, беспилотник должен уметь всё видеть, анализировать видеоизображение, работать с МЭМС-сенсорами, обрабатывать сигналы — всё должно быть автономно. Но сейчас главное направление — это управление роем беспилотников. Когда летит рой, они обмениваются информацией между собой.

— Каждый из них выполняет разные функции?

— Да, каждый выполняет разные функции, причем каждый маневр должен быть заранее согласован между ними. И наладить коммуникацию между беспилотниками — это крайне сложная задача. Изначально она отрабатывалась для беспилотных автомобилей, однако события, связанные с военными действиями, ускорили эти процессы.

Источник: Официальный сайт РАН