Геннадий Красников, генеральный директор ОАО «Концерн «Научный центр»,
член-корреспондент РАН
Мировые тенденции
Начиная примерно с 1958 года — спустя десять лет после изобретения первого транзистора,— в мировой микроэлектронике наблюдается неизменно стабильный прирост объемов производства, составляющий 14 — 16 % в год. При этом важно именно то, что в последние 50 лет эти темпы были постоянными и в среднем вдвое превышали прирост ВВП соответствующих стран. Очевидно, что, начиная с некоторого момента времени, темпы роста микроэлектроники должны начать снижаться.
О том, когда наступит этот момент, идут жаркие дебаты. При этом одни предрекают его наступление в ближайшем будущем. Другие же специалисты предотвращение спада видят в развитии альтернативных микроэлектронике направлений — разработке нано- и квантовой электроники, создании квантовых компьютеров и т.д. Об этом можно говорить долго и увлекательно, но это уже отдельный повод для обсуждения.
Я же, например, считаю, что отмеченные выше мировые тенденции развития микроэлектроники сохранятся ещё несколько десятилетий. И к тому, на мой взгляд, имеются следующие предпосылки.
Постоянно увеличивающаяся в микроэлектронике степень интеграции компонентов неизбежно ведёт к расширению функциональных возможностей интегральных схем (ИС). А это, в свою очередь, приводит к существенному расширению их применяемости. Так, если раньше удельный вес ИС в различной готовой аппаратуре — компьютерах, телевизорах, цифровых телефонных станциях и пр. составлял порядка 10%, то сегодня это соотношение доходит уже до 20 — 25%, а в перспективе возрастет до 100%, поскольку сейчас микроэлектроника развивается быстрыми темпами в исторически нетрадиционных для неё направлениях. Например, в направлении создания интегральных, так называемых гираторных схем. Изготовление в интегральном исполнении индуктивно — емкостных цепочек позволило до минимума упростить всю электронную часть телевизоров. Сегодня это уже небольшая однослойная печатная плата, не содержащая традиционных проводных колебательных контуров, требующих скрупулёзной и потому достаточно трудоёмкой настройки. Современные же телевизоры благодаря использованию гираторных ИС вообще не требуют никакой настройки — она жёстко заложена в их схемно — интегральном исполнении и соответствующей микроминиатюрной конструкции.
В настоящее время мы являемся свидетелями мощного наступления микроэлектроники на другие, казалось бы, далёкие от неё области радиоэлектроники — уверенного «захвата» интегральными схемами новых территорий в области радиоэлектронной элементной базы.
Так, благодаря использованию новых материалов микроэлектроника вторгается в достаточно обширную область промышленности, изготовляющей различные пассивные радиоэлементы — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. При этом не просто вторгается на территорию производства этих радиокомпонентов, но ещё и резко повышает их качество — точность, надёжность, миниатюрность, а главное, исключает из технологии изготовления и эксплуатации радиокомпонентов такие трудоёмкие и требующие высокого профессионализма, а следовательно и дорогие операции, как настройка, юстировка. Результат — кризис в сфере производства пассивных радиокомпонентов и, наоборот,— бурное развитие тех предприятий микроэлектроники, которые производят их в виде матриц.
Расширение функциональных возможностей интегральных микросхем, обусловленное прежде всего ростом степени их интеграции и применением новых материалов, породило такую новую область техники, как микромеханика. А это, в свою очередь, вызвало заметное перераспределение заказов ряда приборостроительных отраслей промышленности в пользу микроэлектроники. Так, в настоящее время уже появились микросхемы, в которых на одном кристалле содержится 64 (!) датчика. А в самом ближайшем будущем такие микросхемы смогут заменить даже такие архисложные, прецизионные и достаточно дорогие при своём традиционном исполнении приборы, как гироскопы. Также большие возможности таит в себе микроэлектроника при её внедрении в область телекоммуникаций.
Это всё означает, что постепенно микроэлектроника, вторгаясь в целый ряд областей производства с высокими технологиями — радиоэлектронику, приборостроение, телекоммуникации и др., начинает ощутимо теснить и в пределе вытеснять с рынка эти, основанные на устаревшей элементной базе направления.
Огромную роль микроэлектроника начинает играть при создании средств отображения информации. Здесь, помимо жидкокристаллических экранов, которые целиком выполняются по технологии микроэлектроники и которые в приборостроительной аппаратуре приобретают всё больший и больший вес, следует обратить ещё внимание и на так называемые полимерные экраны, также производимые по технологии микроэлектроники. Сегодня уже получены 5-дюймовые образцы таких экранов. Все знают об огромных, можно сказать, колоссальных преимуществах полимерных экранов перед любыми другими видами таковых: во- первых они не требуют никакой подсветки и, во-вторых, уже в ближайшем будущем они смогут сворачиваться в рулон. А это ни много ни мало означает то, что в этом же самом будущем, скажем, весь телевизор целиком будет иметь толщину самого обыкновенного бумажного листа. И, что ещё очень важно по целому ряду причин, включая безопасность и энергоёмкость, такой телевизор сможет быть запитан от типового напряжения самых обычных микросхем. При этом следует также отметить, что такой телевизор в основном может быть полностью сделан в том же маршруте групповой технологии, что и типовые микросхемы.
Как было показано выше, в настоящее время вся логика развития микроэлектроники ведёт к повышению её функциональных возможностей. А это, в свою очередь, приводит к резкому увеличению доли ( в пределе — до 100 процентов ) ИС в самых разных видах радиоэлектронной аппаратуры, придавая ей принципиально новые возможности и тем самым существенно расширяя ее применяемость, а следовательно, и сбыт.
Таковы, с моей точки зрения, основания для оптимизма при утверждении о сохранении нынешних мировых прогрессирующих темпов развития микроэлектроники в течение ещё нескольких последующих десятилетий.
Конечно, потом будет и спад, но уж, во всяком случае, никак не ниже уровня средних цифр прироста ВВП.
Следует ещё отметить, что момент названного спада будет в определённой степени объективным — обусловленным не внутренними перспективными, практически неограниченными возможностями микроэлектроники, а определённым эффектом насыщения потребительского спроса на них.
Так, по-видимому, уже в ближайшее время те возможности быстродействия и объёмов памяти, которые может обеспечить современная микроэлектроника, как правило, окажутся существенно выше имеющих место потребностей массового пользователя компьютеров.
Далее. На сегодняшний день наблюдается определённый бум с заменой пластмассовой фотоплёнки на цифровую память в фотоаппаратах и кинокамерах. Например, простейший из фотоаппаратов, так называемая «мыльница», обеспечивает разрешение в 3 млн. пикселей, а аппарат класса «супер» — разрешение в 6 млн. пикселей. И выше этого для практических (не каких-либо специальных) целей разрешение уже просто не требуется. Что же касается «цифрового видения», то уже сегодня имеются матрицы памяти на приборах с зарядовой связью, которые, будучи встроенными в соответствующие фотоаппараты и кинокамеры, обеспечат разрешение при фотографировании в 20 млн. пикселей. И процесс роста объёма такой памяти постоянно прогрессирует, далеко опережая потребности массового пользователя.
И ещё пример — телевизор высокой чёткости (ТВЧ), имеющий — соответственно цифровой памяти в один пентабайт (1015) — рекордный растр из 1250 строк и 800 столбцов и обеспечивающий таким образом предельное на сегодняшний день разрешение. Предельное потому, что если для ТВЧ осуществлять съёмку «картинки» в реальном масштабе времени, то для заполнения имеющейся у него памяти потребуется ни много ни мало, несколько тысяч лет (!).
Критерии рынка
Теперь об особенностях рыночной экономики в области микроэлектроники в мире вообще и в России, в частности.
Известно, что продукция микроэлектроники — ИС должна быть конкурентоспособна. Но при этом надо ещё и совершенно отчётливо представлять, почему именно эта продукция будет покупаться, а другая — нет. Этот вопрос имеет два ответа:
— продукт покупается, если он имеет наименьшую стоимость (принцип «наименьшей стоимости»);
— продукт покупается, если он имеет свои, потребительски более привлекательные, отличительные особенности (принцип «отличительных особенностей»).
И, самое главное, никогда не надо пытаться совместить эти принципы. Нечто подобное имел в виду ещё в 60-е годы проф. А. А. Фельдбаум, когда утверждал, что требование одновременного наличия в динамической системе двух экстремумов является практически некорректным. Вспомним хотя бы брежневскую пресловутую 10-ю пятилетку «эффективности и качества», когда вместо максимума того и другого в итоге не получили ничего. Т. е. попытки совмещения в бизнесе принципов наименьшей стоимости и отличительных особенностей, как правило, обречены на неудачу.
К примеру, фирма «Тойота» всегда работала по принципу «наименьшей стоимости», фирма же «Мерседес» — по принципу «отличительных особенностей». По этой причине обе фирмы динамично развивались и развиваются, ноѕ каждая в своём секторе рынка. И если это не понять, то можно попасть в ту ситуацию, в какой оказались страны Юго- Восточной Азии (Южная Корея, Гонконг, Тайвань, Сингапур), которые исторически первыми начали работать по гармонично соответствующему всему их жизненному укладу принципу «наименьшей стоимости». Можно сказать, что эти страны даже научили названному принципу весь мир и в результате добились таких успехов, что в середине 90-х годов начали теснить уже и такого признанного бизнес-лидера, как Япония. При этом вырос жизненный уровень в странах Юго-Восточной Азии. И тогда они решили начать работать ещё и по принципу «отличительных особенностей» — создавать ЭВМ так называемого 5-го поколения. Известно, какую сокрушительную неудачу они при этом потерпели.
В настоящее время названные бизнес-принципы утвердились во всём мире — во всех отраслях производства и, очевидно, в микроэлектронике, в частности.
Так, по принципу «наименьшей стоимости», как уже отмечалось, работают страны Юго-Восточной Азии — это массовое изготовление схем памяти. В США же производят память всего две фирмы. В своё время фирма «Сименс» также начинала делать память. Начинала даже дважды. И оба раза выходила из этой сферы бизнеса потому, что терпела убытки в сотни миллионов долларов.
В конечном итоге, исходя из следования бизнес-критериям, в мире сложилось такое распределение производства микросхем:
США занимают рынок микропроцессоров — принцип «отличительных особенностей», а Европа пытается охватить оба бизнес- принципа. Микропроцессоры (принцип «отличительных особенностей») — это прежде всего продукция фирмы «Филлипс». И какой бы телевизор вы бы сегодня ни вскрыли: «Сони», «Самсунг» и др., — во всех стоят микропроцессоры этой фирмы. И силовая микроэлектроника в мире сегодня — тоже европейская. Ноѕ производство чипов (принцип «наименьшей стоимости») — это тоже европейская продукция.
Жертва российских реформ
В «советский» период вся отечественная микроэлектроника производилась на предприятиях Министерства электронной промышленности и по своему объёму занимала третье место в мире после США и Японии. В СССР была создана вся необходимая для производства микроэлектроники промышленность, производившая все нужные материалы и оборудование, а также промышленность, изготавливающая аппаратуру на ИС.
В последние годы по микроэлектронике России был нанесён ряд сокрушительных ударов, в результате которых произошел тотальный распад рынка отечественных ИС и микроэлектронной аппаратуры. При этом сначала распался рынок СССР, потом рынок СНГ, а потом уже и наш, внутренний российский рынок изделий отечественной микроэлектроники.
Известно, что производство ИС должно осуществляться только в чистых технологических помещениях, так называемых «чистых комнатах» (гермозонах), которые призваны обеспечивать строго регламентируемые климатические (температура, влажность, давление), энергетические условия и строго нормируемые условия чистоты (запылённость и т.п.). При этом для стоимости обслуживания таких чистых комнат совершенно неважно, сколько ИС в них производится — единицы или же десятки и десятки тысяч. А это значит, что в связи с резким падением в настоящее время потребности в ИС также резко возрастает и их удельная себестоимость, вызванная постоянной составляющей, обусловленной большими затратами на содержание чистых комнат. Так, в США эксплуатация 1 м2 площади гермозоны обходится примерно в 10 000 долларов.
Очень важная проблема, с которой сегодня столкнулась микроэлектроника в России, — это навязанная повсеместно в начале так называемых «рыночных отношений» тенденция к разукрупнению предприятий. Тогда, в начале реформ, существовало мнение, что суть их именно и заключается в таком дроблении гигантов. Однако жизнь показала, что делать-то всё это надо как раз наоборот.
Допустим, созданы две цифровые телефонные станции — у нас и, скажем, на «Сименсе». Качество одинаково высокое у обеих, а у нашей, может быть, даже и выше, и стоит- то наша станция, допустим, в 2 раза меньше. И что же? Берут всё-таки у «Сименса». Потому, что эта фирма продаёт в кредит: она не требует сразу, скажем, все 100 млн. долларов продажной цены, а будет брать их постепенно, например, в течение 10 лет по мере получения прибыли от применения станции. Такая огромная фирма, как «Сименс», безусловно, может позволить себе подобный бизнес — в кредит, а наша маленькая, конечно, нет. Ведь у нашей даже объём всего производства бывает подчас меньше этого кредита. Нашей фирме требуются деньги все сразу и притом немедленно, иначе она просто не выживет.
Ещё одна трудность нашей микроэлектроники — бедность и несовершенство нашего внутреннего рынка. На нём отсутствует многое из того, в чём остро нуждается микроэлектроника: нет нормального литья, подходящих пластмасс, требуемой элементной базы для печатных плат и пр. Вплоть до нерешённости таких банальных вопросов, как урегулирование таможенных пошлин. И пройдёт, видимо, немало времени, пока всё это придёт в норму.
Пути выживания
В такой обстановке наша микроэлектроника не может ждать преодоления всех поименованных трудностей.
Первый напрашивающийся выход — вынужденная работа на внешний рынок. Так, на заводе «Микрон» 50% всей производимой продукции идёт на экспорт — в страны Юго — Восточной Азии.
Завоевав там рынок «наименьшей стоимости», завод начинает постепенно входить и в рынок «отличительных особенностей». Но при этом следует обязательно отметить, что всё это далось «Микрону» очень и очень непросто. Вплоть до того, что пришлось коренным образом ломать многие сложившиеся производственные стереотипы, например, менять не только всю систему контроля и обеспечения качества, но даже и саму философию, на которой эта система основывается. Однако в таких трудностях имеется и своё светлое начало. Дело в том, что достигнутое с таким трудом завоевание рынков сбыта за рубежом дало предприятию главное — фирменное имя. А оно в условиях рыночных отношений значит очень и очень много. Например, выражает деловую репутацию, которая в конечном итоге влияет даже и на цену выпускаемой продукции.
На сегодняшний день производство ИС на заводе «Микрон» работает на два рынка:
— экспортный — страны Юго — Восточной Азии (ИС для часов, калькуляторные схемы, регуляторы напряжения, силовая электроника). Этот рынок завод «Микрон» удерживает достаточно прочно;
— внутренний — на 98% по заказам Министерства обороны.
Философия развития микроэлектроники в России
В России в области микроэлектроники принципиально не имеет смысла работать по критерию «наименьшей стоимости». Вынужденно прижившись сейчас, в будущем этот режим работы, безусловно, обречён на неудачу. Себестоимость наших изделий всегда будет выше, чем, скажем, в Китае, Юго-Восточной Азии или даже в США. Дело в том, что по сравнению с Китаем и Юго — Восточной Азией у нас более дорогая рабочая сила, а по сравнению с США — более суровый климат, а следовательно, и большие энергозатраты, например, в гермозонах.
Поэтому единственно приемлемый путь для нас — это использование принципа «отличительных особенностей». И здесь мы должны в максимальной степени использовать японский опыт. Т.е. нам следует искать такие отличительные особенности в области изделий микроэлектроники, которые поставили бы нас в более выгодное положение по сравнению с другими странами.
Каковы же источники для такого оптимизма?
У нас ещё сохранились остатки когда-то широко разветвлённой инфраструктуры микроэлектроники, которые и сейчас можно с успехом использовать для её нужд.
Мы всегда можем закрыть те направления, которые являются на текущий момент неперспективными, т.е. поглощая средства, не дают прибыли. В этом отношении мы располагаем большим опытом подобных действий в других странах. Пример — Япония, которая в своё время решила создать телевизор с повышенной чёткостью изображения, перейдя на другой стандарт развёртки. При этом оказалось, что требуемые затраты на изменение стандартных частот и построение соответствующей приёмно-передающей аппаратуры намного превышают предполагаемую прибыль. Эти работы были прекращены.
Исходя из мировой конъюнктуры, мы твёрдо знаем, какие из работ можем с выгодой для себя производить. Например, делать всё, что связано с гетероструктурами. Сейчас весь мир переживает бум: вся осветительная техника, начиная с бытовой и автомобильной, переходит на использование в качестве источников света энергосберегающих семислойных яркостных светодиодов. Реализация этой программы в России потребует одних только эпитаксиальных установок порядка 500, которые позволят создать семислойные светодиоды на основе сапфира и галлия. Столь же перспективным направлением, к которому полностью готова наша микроэлектроника, является разработка и производство полимерных экранов, об уникальных свойствах которых уже говорилось выше.
Безусловно, следует интенсивно развивать разработку и производство всевозможной цифровой телекоммуникационной аппаратуры. Известно, что для её успешного производства одним из главных условий является наличие быстродействующей элементной базы. В частности, биполярных ИС, производством которых мы владеем вполне.
Назрели революционные преобразования и в Интернете благодаря возможности иметь изображение в реальном масштабе времени, используя, например, телевизор со стандартом ТВЧ. Здесь имеет место колоссальный рынок, который на сегодняшний день полностью открыт для России. Особенно если учесть, что здесь не требуются ИС с суперминимальными топологическими размерами входящих элементов, т.е. не требуются суперпамять и супермикропроцессоры.
Какие же имеются возможности для развития микроэлектроники в России?
1. Осуществление структурной реорганизации.
В настоящее время в отечественной экономике наблюдается тенденция к объединению малых предприятий — так проще не только выживать, но и получать прибыль. Постепенно создаются холдинги, где уже работают тысячи и десятки тысяч человек. Сначала это наблюдалось в добывающей промышленности, потом — в металлургии (производство алюминия, титана), а в настоящее время — уже в машиностроении. Так, алюминиевые компании купили Горьковский автомобильный завод. Покупаются таким же образом и другие автомобильные компании.
Аналогичные процессы начали происходить и в микроэлектронике. Правда, здесь укрупнение в основном идёт по профессиональному признаку — создаются концерны.
2. Успешная параллельная работа на экспортных рынках, где не требуются рекордно малые топологические размеры микросхем.
В то же время, имея возможность получения достаточно больших объёмов производства, мы всегда, основываясь на законах статистики, можем отобрать те или иные образцы ИС, которые отнюдь не уступают по качеству любым из имеющихся у заказчиков. Здесь наш лозунг: «Не предельно малые топологические размеры, а предельные параметры в смысле конкурентоспособности». Поэтому нам не следует планировать завоевание рынков суперпамяти и супермикропроцессоров и стремиться к получению рекордно малых топологических размеров элементов.
3. Мы должны постоянно отслеживать все те области зарубежной микроэлектроники, где у нас есть возможность (например, с помощью задела разработок или же прежней инфраструктуры) сделать рывок в зону «отличительных особенностей» и завоевать свою сферу рынка.
