доктор технических наук
Мировой опыт в создании гражданской электроники
Электронизация гражданских отраслей экономики и инфраструктуры, а также производство бытовой электронной аппаратуры в России находятся на уровне стран третьего мира, что приводит к огромным потерям времени у активного населения страны и серьезно снижает как качество жизни, так и производительность труда. Поэтому для роста инноваций и улучшения жизни наших сограждан необходимо массовое внедрение новейших электронных средств и информационных технологий в гражданские отрасли и общественные институты с последующим интенсивным развитием базовых технологий электроники в рамках общемирового прогресса.
В современной гражданской электронной инженерии можно выделить следующие составные части иерархии производства:
— маркетинговые исследования и разработка начальных спецификаций системы/устройства (исследовательские группы, прикладные лаборатории); — разработка модели системы/устройства и верификация идей, заложенных в начальные спецификации (исследовательские группы, прикладные лаборатории);
— разработка экспериментальных прототипов систем с использованием специальных сверхбольших интегральных схем (СБИС) перепрограммируемой логики (прикладные лаборатории, малые инженерные компании-стартапы);
— разработка архитектуры и точных регистровых моделей заказных или полузаказных СБИС (инженерные фаблесс-компании или центры);
— разработка топологии СБИС (продукционные дизайн-центры) и изготовление фотошаблонов для производства на кремниевой фабрике;
— разработка базовых элементов, библиотек и технологии изготовления СБИС (инженерия для кремниевых фабрик массового производства);
— массовое производство СБИС (кремниевые фабрики);
— системная интеграция одной или нескольких СБИС в встроенные системы и конечные изделия с разработкой всех уровней необходимого программного обеспечения (компании-разработчики встроенных систем и электронных изделий массового потребления);
— малосерийное, крупносерийное и массовое сборочное производство встроенных систем и электронных изделий (бытовая электроника, контроллеры, системные платы, телефоны, телевизоры и т. д.).
Прикладная наука специально не выделена в этой иерархии, так как из-за сложности процессов разработки и производства электронных изделий научная поддержка требуется практически на каждом их уровне. Обеспечение конкурентоспособности электронной индустрии без интенсивного взаимодействия с прикладной наукой в принципе невозможно.
Многие крупные мировые электронные компании имеют полную вертикаль разработки и производства в своей структуре. Однако в последнее время видна отчетливая тенденция использования специальных кремниевых фабрик массового производства (фаундри), выпускающих СБИС по контрактам и на основе топологий, разработанных заказчиками, а также контрактных сборочных производств. Это дает возможность активно развивать малые и средние фаблесс- и системные компании, которые, не имея собственного производства, разрабатывают и заказывают производство изделий на крупных контрактных фабриках.
В России, к сожалению, сегодня нет ни одной компании, которая бы включала все уровни современной электронной инженерии. Это либо вертикаль, выстроенная еще во времена СССР и сильно уже обветшавшая, либо ее отдельные фрагменты с использованием импортных компонентов в системной интеграции и массовом производстве.
Необходимо отметить, что мощная гражданская электроника является одним из ключевых факторов выживания страны, так как других способов выживания у России просто не осталось из-за катастрофических потерь населения в прошлом веке. Альтернатив «технотронной державе» нет также из-за огромной территории и богатства природных ресурсов, которые являются лакомым куском для «глобализации доступа», пропагандируемой некоторыми державами и транснациональными корпорациями. Числом защитить интересы страны и народа теперь невозможно, остается только умение и всеобщая техническая вооруженность.
Мировой опыт показывает, что возможно создать целую отрасль гражданской электроники практически на пустом месте, разумеется при политической воли властей, наличии специалистов и финансовых средств. Наиболее наглядным примером является Тайвань, который в конце 1970-х годов переживал стагнацию традиционных отраслей индустрии из-за роста стоимости рабочей силы.
Кроме того, крайне высокой была «утечка мозгов» среди ученых и инженеров. В 1980 году правительство Тайваня приняло решение о создании научно-технологического парка в городе Шинчу (Hsinchu Science Park), который бы специализировался на микроэлектронике и производстве электронных устройств.
Так как построить большую многоуровневую электронную компанию с нуля за короткое время практически невозможно, то упор был сделан на инкубацию и развитие малых и средних инженерных компаний, сосредоточенных в одной географической точке. То есть технологическая вертикаль разработки и производства электроники выполнялась в виде кластера взаимосвязанных малых и средних инженерных компаний, расположенных в пределах технопарка.
Массированная инкубация малых инженерных компаний оказалась крайне успешной и опиралась на следующие ключевые факторы:
— мощная поддержка государства через администрацию технопарка в строительстве офисных и произодственных площадей для инкубируемых резидентов; — активное привлечение экспатриантов из США для создания новых компаний и миграции технологий (реверс «утечки мозгов»);
— создание идеальной среды для индустриальных предпринимателей и инженеров;
— создание эффективной системы финансирования малых инженерных компаний, начиная с их инкубации через систему государственных грантов и венчурных фондов;
— создание устойчивых связей между университетами, исследовательскимим центрами и малыми/средними инженерными фирмами;
— терпимое отношение к неудачам при создании новых изделий и технологий (всегда давался следующий шанс, так как отрицательный результат и опыт, при этом полученный, ценились всегда).
В настоящее время технопарк Шинчу является местом концентрации нескольких сотен электронных компаний, среди которых такие гиганты электронной индустрии как ACER, TSMC, UMC и множество других компаний, которые лидируют на мировом рынке.
Малые и средние инженерные предприятия
Рассмотрим типичный жизненный цикл и активность малой инженерной компании. Здесь все начинается с мысли и идеи отдельного ученого или группы специалистов. Причем в условиях рыночной экономики идеи часто возникают в одном месте, а воплощаются в другом, а многие пилотные проекты инициируются государственными структурами в рамках открытых тендеров на проведение исследовательских работ и научно-технических разработок.
Но в любом случае от момента появления идеи до появления продукции имеются несколько основных стадий жизненного цикла, которые нуждаются в организационном оформлении в виде создания малого инженерного предприятия, инкубации и соответствующем финансировании его деятельности:
— научно-исследовательская стадия, которая включает также создание малой инженерной компании (стартапа) и инкубацию с первым этапом финансирования — через инновационные фонды. На поздних этапах этой стадии происходит активное развитие малой инженерной компании в рамках инкубатора с возможным привлечением венчурного капитала для второго этапа финансирования;
— опытно-конструкторская стадия, в которой происходит завершение инкубации, и венчурный капитал производит третий раунд финансирования для вывода изделия в производство;
— производственная стадия, которая также предусматривает дальнейшее развитие компании с четвертым раундом финансирования, но только венчурным капиталом;
— стадия самофинансирования и развития, которая достигается при коммерческом успехе пилотного проекта малой компании. Как результат, возможно публичное акционирование компании или слияние с крупной корпорацией.
Разумеется, пилотный проект может быть всегда прерван по желанию венчурных инвесторов при получении отрицательных результатов на любой ступени обеих технической и маркетинговых ветвей и неуверенности в последующих положительных результатах. Обычно для снижения финансовых рисков принята многораундовая система финансирования, каждая ступень может иметь свой раунд, либо несколько раундов, если ступень достаточно длительная во времени.
Теперь перечислим и прокомментируем основные шаги, реализация которых окажет влияние на становление саморазвивающейся системы гражданской электронной инженерии: — массированная инкубация компаний по всем уровням иерархии электронной инженерии и цепи «заказчик-потребитель» для продукции современных кремниевых фабрик;
— целевая расширенная подготовка и переподготовка специалистов по требуемым специализациям на уровне требований мировой индустрии, что предусматривает использование новейших учебных пособий, методик и инструментальных средств САПР;
— восстановление подготовки специалистов по всем ступеням полупроводникового производства для комплектации персонала будущих кремниевых фабрик (у нас была практически свернута из-за отсутствия спроса в период развала);
— миграция современных электронных технологий на территорию страны и запуск «технологического насоса», позволяющие максимально быстро адаптироваться в общемировой уровень с одновременным дополнением уже имеющихся в стране технологических заделов;
— создание критической массы для «цепной реакции» саморазвития кластеров СБИС-разрабатывающих и системно-интегрирующих инженерных компаний, сконцентрированных в одной географической точке и обеспечивающих загрузку, по крайней мере, одной современной кремнивой фабрики.
Массированная инкубация может подразумевать как создание взаимодополняющих кластеров малых инновационных компаний, занимающих один или два уровня иерархии электронной инженерии, так и формирование больших вертикально-интегрированных компаний в рамках практикуемых в последнее время корпоративных слияний и создания вертикальных холдингов с участием госструктур. Вопрос только в эффективности создаваемых компаний и их разворотливости в адаптации новых технологий. Скорее всего, в России должны использоваться оба пути как взаимодополняющие.
Целевая подготовка и переподготовка специалистов могут быть наименее болезненным шагом, так как в значительной степени поддержаны общей реформой высшей школы. Тем не менее нужны существенные усилия по расширению подготовки высококвалифицированных инженеров в рамках магистратуры и аспирантуры по профильным специальностям.
Миграция современных технологий в Россию является вопросом достаточно сложным и не решаемым одним-единственным способом. Технология – это прежде всего ее носители – высококвалифицированные инженеры с необходимыми знаниями и навыками работы. И реальная миграция технологии без их непосредственного участия невозможна.
Одним из вариантов может быть приобретение малых и средних существующих электронных компаний и создание на их базе филиалов российских компаний в Кремниевой долине или в других центрах электронной промышленности США и стран ЮВА. Это опробованный путь, по которому прошли практически все известные электронные компании Сингапура, Южной Кореи и Тайваня.
Теперь по такому же пути идут индийские и китайские электронные компании. Это позволяет в значительной степени упростить проблемы с интеллектуальной собственностью за счет приобретенного вместе с местной компанией ее патентного багажа и наладить постоянный переток технологий за счет использования местных квалифицированных инженеров для работы в командах со стажерами из главного офиса компании, которые сменяются каждые три-четыре месяца. Такой «технологический насос», работающий в течении нескольких лет позволяет перекачать технологии даже в страны без каких-либо серьезных традиций в развитии электроники.
Другим вариантом «технологического насоса» является приглашение определенного числа высоквалифицированных инженеров и предпринимателей из стран-лидеров электронной индустрии в Россию для работы с командами российских инженеров. Такой вариант, особенно в рамках создания венчурных инженерных компаний, мог бы быть интересен тысячам российских инженеров, работающих в настоящее время в США, Западной Европе и странах ЮВА.
В последние годы Тайвань, Китай, Индия и Южная Корея получили огромные преимущества за счет массированного «реэкспорта» собственных квалифицированных инженеров из США, и теперь центр инновационной и венчурной активности в мировой электронной индустрии переместился из Кремниевой Долины в эти страны. В частности в Китай из США выехало около 100 000 специалистов и предпринимателей, в Индию – не менее 50 000. Разумеется, это далеко не полный реверс «утечки мозгов», но сам факт восстановления баланса должен быть отмечен.
Теперь несколько слов о критической массе, которая подразумевает концентрацию предприятий в определенном регионе для заполнения всех клеток иерархии электронной инженерии, обеспечение постоянного притока квалифицированной рабочей силы и организацию замкнутого цикла «разработка-производство-продажа-новая разработка». Для этого в России должен быть создан новый центр развития гражданской электроники с концентрацией в виде кластера инкубированных компаний всех уровней электронной инженерии и кремниевой фабрики. Причем географическое расположение и архитектура этого центра должны быть определены с учетом множества факторов, влияющих на успех строительства аналогичных глобальных технопарков в мировой практике.
Организационные аспекты решения проблемы
Существует несколько возможных организационных вариантов решения проблемы развития гражданской электроники, которые подробно обсуждались в мартовском выпуске «Промышленных ведомостей» за 2007 г. Остановимся на том, который предусматривает поэтапное создание нового специализированного научно-технологического инкубационного центра с открытой архитектурой. Он обеспечивает полные циклы проектирования СБИС и технологий производства микро- и нано-электроники при возможном партнерстве с одним из лидеров мировой индустрии и привлечении российских и иностранных специалистов из ведущих мировых центров развития микроэлектроники.
Этот вариант является сложным и дорогостоящим мероприятием, но в целом может оказаться эффективнее и дешевле других вариантов, так как изначально предполагает интегрированность в мировую электронную индустрию и использование общепринятых в этой индустрии стандартов и методик в управлении научно-технологическими разработками, организации производства электронных компонент и финансировании инновационной деятельности. Кроме того, открытая архитектура и гражданская направленность такого центра позволят обеспечить быструю миграцию технологий и привлекать иностранных инвесторов без каких-либо ограничений, характерных для оборонной промышленности.
Одним из ключевых моментов являются рыночные аспекты развития гражданской электроники, так как конечным мерилом успеха будут продажи готовых изделий и ноу-хау.
Построение полного цикла маркетинга и коммерциализации по всем уровням инженерии и производства электронной промышленности является еще одним сложным процессом, сопровождающим создание инкубаторов технологических компаний. Если в России имеется богатый опыт в области технологий и научных разработок, то специалисты по маркетингу и инфраструктура коммерциализации продукции электронной инженерии в значительной степени отсутствуют. Поэтому нужно инкубировать также и инфраструктуру венчурного финансирования, готовить специалистов по маркетингу и инженерно-производственной интеграции.
Географическая локализация в определенном регионе с построением всей необходимой инфраструктуры является необходимым условием для устойчивого выживания и эффективной работы российских и зарубежных специалистов, массированное привлечение которых необходимо для быстрого старта и последующей эффективной работы центра с наращиванием кластеров из небольших компаний по всему спектру электронной инженерии.
Активная миграция технологий и запуск всех вариантов «технологического насоса» с использованием объединенных команд отечественных и зарубежных специалистов, являются одними из главных условий быстрого старта и эффективной работы такого инкубационного центра и растущих кластеров инкубированных электронных компаний.
Прогресс в массированной инкубации компаний электронной инженерии должен позволить этому центру электронной промышленности развиться в глобальный технологический парк, для которого должны быть предусмотрены территориальные резервы для расширения.
Балтийская кремниевая долина (БКД)
Предлагаемая концепция научно-технологического инкубационного центра электронной промышленности является антиподом ныне строящихся технопарков, рассчитанных на аутсорсинг и использование российских инженерных ресурсов крупными западными компаниями без развития базовых технологий в самой России.
В России свободных людских ресурсов, как в Индии или Китае, просто нет, и страна остро нуждается в их использовании на собственное благо, так же как и в привлечении высококвалифицированных инженеров, предпринимателей и менеджеров индустрии из других стран.
Особенности географического расположения в Северо-Западном регионе позволяют создать там центр электронной промышленности и постепенно превратить его в глобальный инновационный парк мирового значения, который сможет радикально изменить положение России в мировом разделении труда. Развитие аналогичного технопарка Шинчу на Тайване полностью изменило профиль экономики страны, превратив ее в одного из «азиатских тигров». Отметим, что при территории примерно в 1000 гектаров, в этом технопарке производится электронной продукции на 30 миллиардов долларов в год.
Каждый этап такого проекта является самодостаточным и рассчитан на достижение конкретных результатов, которые могут быть использованы независимо от дальнейшего продолжения проекта. Предлагаются следущие основные этапы развития специализированного центра (технопарка) гражданской электронной инженерии и массового производства микроэлектронной техники. При этом строгая последовательность этапов необязательна, они могут в значительной степени параллельными, и каждый последующий этап может начинаться до завершения полного цикла предыдущего в зависимости от обстоятельств. Кроме того, возможны варианты ускорения отдельных этапов.
Этап 0. Развертывание подготовки специалистов и проектирование технопарка (1,5 года)
Примерный список необходимых действий с момента утверждения проекта технопарка и создания его оператора: — инвентаризация и консолидация имеющихся ресурсов высшей школы и академических институтов региона;
— коррекция профиля подготовки магистров в технических университетах согласно иерархии электронной инженерии;
— издание современных учебников для подготовки и переподготовки специалистов; — разработка концепций инкубаторов для всех уровней электронной инженерии;
— разработка предварительной конфигурации кремниевой мини-фабрики;
— работа со стратегическими партнерами и потенциальными инвесторами; — разработка детального бизнес-плана следующего этапа;
— подготовка рамочного проекта по всем этапам БКД.
Этап 1. Инкубация компаний и исследовательских лабораторий (1,5 -2 года)
Основные задачи: — создание двух параллельных инкубаторов А и Б для компаний-разработчиков электронных устройств (фаблесс-компаний) и разработчиков полупроводниковой технологии;
— создание в рамках инкубаторов А и Б системы повышения квалификации и обучения специалистов современным методам и инструментарию проектирования электронных устройств;
— создание «технологического насоса» для привлечения высококвалифированных специалистов-носителей технологии и предпринимателей с целью создания малых инженерных компаний и расширенного обучения молодых инженеров при работе в общих командах;
— создание центра поддержки разработчиков совместно с одним из мировых лидеров индустрии для работы с резидентами инкубаторов;
— проектирование и строительство кремниевой мини-фабрики совместно с одним из мировых лидеров;
— создание бизнес-модели взаимодействия кремниевой минифабрики с инкубированными компаниями и лабораториями.
На этом этапе критической является помощь государства в создании инкубаторов и финансировании процесса инкубации. Центр поддержки разработок может функционировать в рамках частно-государственного партнерства.
Для каждой ветви развития кластера малых и средних инженерных компаний электронного технопарка нужен период инкубации, поэтому создание специализированных инкубаторов является первостепенной задачей, с решением которой проект может развиваться дальше. Для производственной ветви первичным инкубатором является центр поддержки разработки СБИС одного из мировых лидеров в производстве полупроводниковой электроники, технология которого будет адаптироваться и использоваться на минифабрике на начальном этапе.
Этап 2. Запуск кремниевой минифабрики и создание мини-кластеров (2 года)
На этом этапе завершается формирование инженерно-технологического ядра технопарка. Инкубированные компании замещаются новыми резидентами. Формируются мини-кластеры для дальнейшего роста. Основные задачи:
— строительство и запуск мини-фабрики, существенно ускоряющий процесс разработки изделий инженерными компаниями;
— переход к рыночному механизму венчурного финансирования инкубированных компаний и лабораторий;
— массированное привлечение специалистов-носителей технологии и предпринимателей из РФ и зарубежных стран в малые инженерные компании; — расширенная подготовка инженеров и управленцев в соответствии с международными стандартами;
— создание ядра кластеров (мини-кластеров) компаний всех уровней электронной инженерии.
Второй этап является ключевым в успехе всего проекта, так как в этот промежуток времени должны быть созданы основное ядро компаний и технологий, которые станут необходимой критической массой для дальнейшего развития в обеих ветвях развития полупроводниковых технологий. Кроме того, должен быть создан устойчивый и саморегулирующийся механизм для создания новых инженерных компаний и исследовательских лабораторий с использованием имеющихся инкубаторов, госпрограмм и инновационных фондов. Новые компании и лаборатории необходимы для создания конкурентной среды и ускорения развития технологий.
Этап 3. Расширение центра и акционирование компаний ядра глобального технопарка (2-3 года)
Задачи: — акционирование и рост отечественных компаний центра; — урбанистическое планирование ядра глобальной технологической зоны для размещения расширяющихся кластеров-групп компаний, строительство технопарков-сателлитов в непосредственной близости от мини-фабрики;
— постепенный переход на собственные программно-технологические средства при разработке и производстве электронных приборов;
— массовая подготовка инженеров и управленцев в соответствии с международными стандартами в филиалах университетов и системе поствузовского образования; — расширение мини-фабрики для линейки производства по собственной технологии;
— параллельное производство по адаптированной и собственной технологии;
— создание оператора и строительство кремниевой фабрики массового производства, ориентированной на собственную технологию, либо в рамках частно-государственного партнерства с мировым лидером;
— инвестиции в организацию массового производства 300-мм кремниевых пластин — предположительно в Сосновом Бору Ленинградской области.
Этап 4. Создание кластеров электронной индустрии и массовое производство (2-3 года)
Этап возможен в случае успеха предыдущих. При этом решаются следующие задачи: — массовое производство на кремниевой фабрике по собственным и адаптированным технологиям;
— урбанистическое планирование глобальной технологической зоны и строительство современных транспортных коммуникаций;
— привлечение крупных инвесторов из Ближнего Востока и ЮВА в инфраструктурные объекты (офисы, гостиницы, жилые комплексы, сервис и торговая сеть);
— размещение растущих кластеров собственных компаний и филиалов зарубежных производителей – расширение технопарков-сателлитов в непосредственной близости от фабрики массового производства;
— инвестиции в опережающее развитие полупроводниковых технологий и разработку специального оборудования; — привлечение зарубежных электронных компаний для строительства еще одной крупной полупроводниковой фабрики и сопутствующих производств;
— расширение массового производства 300-мм кремниевых пластин в Сосновом Бору.
Продолжительность этапа будет в значительной степени зависеть от макроэкономических факторов и общеполитической атмосферы, как в стране так и за рубежом. В случае благоприятного стечения обстоятельств это может быть период в два-три года. В случае неблагоприятного стечения обстоятельств, развитие центра может остановиться на этом этапе.
Этап 5. Превращение кластеров в глобальный инновационный парк (3-5 лет)
Этот этап реализуется только при полном успехе осуществления проекта специализированного технопарка и включает в себя решение следующих задач: — массовое строительство жилья и объектов инфраструктуры глобального инновационного парка;
— строительство кремниевой фабрики одним из мировых лидеров индустрии;
— расширение числа филиалов крупных электронных компаний; — строительство филиалов университетов и университетских городков в глобальном инновационном парке;
— массовое привлечение молодых специалистов из других регионов РФ, стран СНГ, Европы, США и Индии.
Создание благоприятных условий для инвесторов, для жизни и работы инженеров и препринимателей позволит привлечь отечественные и зарубежные компании, а также значительное число квалифицированных специалистов из других стран.
Создание глобального научно-технологического парка «Балтийская кремниевая долина» может радикально изменить нынешнее положение России в мировом разделении труда, позволит в значительной степени избавиться от сырьевой направленности экономики и провести последовательную модернизацию всех областей жизни общества и отраслей народного хозяйства.
***
Создание конкурентоспособной и саморазвивающейся гражданской электроники является крайне сложным и многосторонним проектом такого масштаба, который может оказаться не под силу по отдельности ни государственным, ни частным структурам, так же как и крупным корпорациям. Успех или неудача могут иметь долгосрочные последствия для грядущих поколений наших граждан, которые не простят нам промедления и некомпетентности.
Поэтому создание гражданской электроники как неотъемлемой части инновационной экономики новой России должно стать истинно всенародным делом с использованием всех возможных интеллектуальных ресурсов при жестком контроле за ходом проекта и расходовании средств.
Автор — профессор Северо-Западного политехнического университета, менеджер по разработке архитектур графических процессоров S3 Graphics Inc., Фримонт, штат Калифорния
