CC BY
49
SCIENCE TIME
■
АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ В ПЕРИОД ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ (ЧАСТЬ 1)
Володин Валерий Дмитриевич, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь
E-mail: wwd777@mail.ru
Шаронов Андрей Александрович, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь
E-mail: stepper88@inbox.ru
Полевщиков Иван Сергеевич, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь
E-mail: i. s.polevshchikov@gmail. com
Аннотация. В статье представлены результаты анализа отечественной элементной базы в период импортозамещения.
Ключевые слова: отечественная элементная база, микропроцессор, микроконтроллер, микросхема.
Не смотря на развал электронной промышленности в 90-е годы, до начала 2000-х российские разработчики активно использовали элементы преимущественно отечественного производства, созданные зеленоградскими предприятиями «Ангстрем», «Микрон», украинскими предприятиями, белорусскими заводами «Интеграл» и «Транзистор». Объяснить подобное можно следующими фактами:
- необходимые для разработки данные на отечественные микросхемы было возможно легко найти в справочной литературе и журналах «Радио» (раздел «Справочный листок» тех лет отдавал предпочтение новейшим отечественным разработкам, даже, если они являлись «копиями» зарубежных микросхем
«
1 SCIENCE TIME 1
десятилетней давности);
- для данных микросхем существовали наработанные схемотехнические решения;
- легкость приобретения микросхем у поставщиков и в магазинах;
- наличие вариантов исполнения с военной приемкой.
Фактически, наиболее активно применялись импортные микропроцессоры, микроконтроллеры и микросхемы ПЗУ, так как большинство из них не имело отечественных аналогов, либо аналоги появлялись гораздо позже. Процесс использования зарубежных процессоров уходит корнями еще в конец 80-х годов, когда получили распространение компьютеры, совместимые с ZX Spectrum и телефоны с автоматическим определителем номера (чуть позже). Оба устройства использовали центральный процессор Z80, аналога которого в СССР и России не было до 1991 года. В то время на устройства устанавливались либо оригинальные процессоры производства компании Zilog или других западных производителей, либо процессоры MME и U880 производства ГДР. В компьютеры, совместимые с IBM PC, кроме выпускавшихся украинскими предприятиями микропроцессоров КР1810ВМ86 и КР1810ВМ88, устанавливались процессоры 8088 и 8086 производства Intel, AMD, Siemens, а также более мощные процессоры NEC. Примерно похожая ситуация была с микроконтроллерами - даже при наличии отечественных аналогов, в ряде устройств гражданского назначения устанавливались микроконтроллеры 8031, 8051 и 8751 производства Intel.
Появившиеся позднее более совершенные микроконтроллеры серий PIC16C5x [1], PIC16C6x [2] и Z86E официально не имели отечественных аналогов. Фактически, единственным противовесом новым микроконтроллерам стал КР1878ВЕ1 [3], разработанный «Ангстремом» в 1998 году, когда уже PIC16F84 [4] стал широко распространенной основой новых устройств. Однако, в качестве «обвязки» разработчики использовали знакомые микросхемы серий К555, К1533, К140, К544, КР142 и другие. Поэтому большинство устройств представляло собой смесь отечественных и зарубежных компонентов (вернее, зарубежную микросхему, окруженную отечественными компонентами), например, [5-8].
Толчком к полному переходу на импортные элементы послужили следующие факторы:
- переход с навесного на поверхностный монтаж: большинство отечественных микросхем гражданского применения выпускались в корпусах, совместимых с DIP, о микросхемах в корпусах для поверхностного монтажа большинство разработчиков не знало;
- развитие интернета привело к доступности документации на большинство микросхем зарубежного производства и при этом получение
»
96
1 SCIENCE TIME 1
документации на новые изделия отечественных предприятий стало более сложной процедурой: для получения каталога необходимо было звонить или писать на электронную почту;
- более понятная, чем у отечественных аналогов система маркировки, например, в маркировке линейных стабилизаторов серии 78хх последними двумя цифрами указывалось напряжение стабилизации [9], в то время, как в маркировке аналогов серии 142ЕНх напряжение стабилизации определяла последняя цифра и буква, что нередко вносило путаницу, так как микросхемы КР142ЕН5А и КР142ЕН5В имели выходное напряжение 5В (как 7805), а микросхемы КР142ЕН5Б и КР142ЕН5Г имели выходное напряжение 6В (как 7806) [10].
Поэтому микросхемы зарубежного производства постепенно вытеснили отечественные не только из гражданских, но и из военных разработок. Попытка внедрять отечественную элементную базу административными ресурсами вызывала больше отторжения, так как в качестве основного микроконтроллера предлагался разрекламированный к середине 2000-х КР1878ВЕ1. Развивать серию «Ангстрем» не хотел, создав вариант микросхемы с развитой периферией для эмулятора, но не пустив его в серию. Продукция, производимая другими предприятиями, была не так известна.
При использовании зарубежных микросхем в военных разработках существует ряд проблем и «подводных камней». Например, апофеозом стала катастрофа межпланетной станции «Фобос-грунт» в 2012 году. В официальном заключении одной из причин отказа блока управления станции значится воздействие тяжелых заряженных частиц на микросхему статического ОЗУ [11]. В [12] приводятся отрывки из статей зарубежных экспертов, где указывается, что данная микросхема неприменима для использования в космических аппаратах, хотя и предназначена для устройств с военной приемкой (класс Military).
Имели место разговоры о «закладках» в зарубежных микросхемах. Например, в [13] автор указывает на использование не только зарубежной элементной базы, но и программного обеспечения, в которое гораздо проще вставить «закладку».
Так или иначе, но принимается решение о возрождении отечественной электроники и начинают, в первую очередь, с элементной базы и предприятий Зеленограда. В 2002 году выходит указ президента России, поддерживающий создание в стране дизайн-центров. В это же время предприятия получают разрешение на применение зарубежной технологической базы при производстве элементов [14]. Разработано у нас - произведено у них. Подобная схема была использована при создании DSP NeuroMatrix, но в порядке исключения -процессор был нужен, но произвести его на отечественных заводах было невозможно. Теперь же разрешалось использовать зарубежные
1 SCIENCE TIME 1
производственные мощности, а также закупленные у зарубежных разработчиков библиотеки.
Кроме всего прочего, в отрасль пошли деньги [15]. «Микрон» и «Ангстрем» закупают новое оборудование, появляются новые предприятия, получают поддержку практически никому неизвестные фирмы. Вместо привычных «Ангстрема» и «Интеграла» на слуху названия «НТЦ Элвис» и «ПКК Миландр».
«ПКК Миландр» была образована еще в 1993 году, но до 2002 года компания занималась только поставкой радоэлектронных компонентов оборонным предприятиям. В 2002 году появляется идея создания собственного дизайн-центра, занимающегося разработкой интегральных микросхем. Разрешительные документы были получены в 2003 году и в 2004 «Миландр» впервые участвует в конкурсе Министерства обороны на выполнение ОКР [14]. Первой разработкой стал операционный усилитель, который, к сожалению, на данный момент не производится в связи с отсутствием спроса [16].
Первым же продуктом, принесшим компании успех, стала серия микроконтроллеров с ядром PIC17 - 1886ВЕ [17]. К сожалению, в радиолюбительские массы микроконтроллеры не пошли из-за высокой цены даже на версии в пластиковом корпусе (фактически, таким был только 1886ВЕ3, но цена 1500 руб. и корпус QFP не способствовали популярности - любители использовали ATmega8 и ATmega16 из-за богатой периферии, продуманной архитектуры и DIP-корпуса, профессионалы ATmega16 и ATmega128 в QFP-корпусах). Кроме того, предприятием были освоены микросхемы интерфейсов RS-232 и RS-485, выпускавшиеся до этого только «Интегралом». В 2010 году предприятием были разработаны микроконтроллеры на ядре Cortex-M3 - серия 1986ВЕ91Т, 1986ВЕ92У, 1986ВЕ93У, а также MDR32F9Q2I [18] - вариант 1986ВЕ92У в пластиковом корпусе, впоследствии переименованный в К1986ВЕ92QI.
Другое зеленоградское предприятие ОАО «НПЦ ЭЛВИС» начало свой путь с создания современного российского DSP, а вернее двухъядерной системы на кристалле - «Мультикор» МС_11Т [19]. Микросхема содержала ядро микропроцессора общего назначения MIPS и DSP-ядро. Для данной системы на кристалле были адаптированы операционные системы Linux и QNX, а также разработана операционная система реального времени uOS, которая больше подходила для микропроцессорного ядра, работающего на частоте 80МГц. Цена на данную микросхему составила 10 т.р., что, в какой-то мере сыграло на ее популярности (цена сходного решения от Texas Instruments для гражданского рынка 1500 руб., за 10 т.р. можно приобрести отладочную плату или одноплатный компьютер, правда, производства третьих фирм).
Также о себе заявили и предприятия других городов России, в частности,
1 SCIENCE TIME 1
воронежская КТЦ Электроника, которая, совместно с ВЗПП-С выпустила первую российскую ПЛИС - 5576ХС1Т [20, 21]. Так как созданная в Воронеже ПЛИС относилась к типу FPGA, для хранения программы требовалась отдельная микросхема памяти, которая была разработана «ПКК Миландр» - 5576РС1У и однократно программируемая микросхема 5576РТ1У для космических применений. Также были разработаны микросхемы 1640РС1У, 1640РС2У и 1640РС4У компанией «Ангстрем» [22].
Номенклатура отечественных микросхем для специальных применений начала разрастаться, но данным изделиям еще было необходимо дойти до конечных потребителей - разработчиков радиоэлектронной аппаратуры специального применения.
Продолжение данного актуального [23] исследования будет рассмотрено в следующей статье.
Литература:
1. PIC16C5x EEPROM/ROM-Based 8-bit CMOS Microcontroller Series. - URL: https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30453d.pdf/ (дата обращения: 06.10.2015).
2. PIC16C6x 8-bit CMOS Microcontrollers. - URL: https://ww1.microchip.com/ downloads/en/DeviceDoc/30234E.pdf/ (дата обращения: 06.10.2015).
3. КР1878ВЕ1 8-разрядный RISC-микроконтроллер. - URL: https://angstrem.ru/ products/micro/tesey-8/KP1878BE1.html/ (дата обращения: 04.09.2015).
4. PIC16F84A 18-pin Enhanced FLASH/EEPROM 8-bit Microcontroller. - URL: https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/35007C.pdf/ (дата обращения: 06.10.2015).
5. И. Коршун, С. Прасол. «Страж-2» - телефонная охранная система // Радио. -1995. - №2. - С.30-31.
6. Д. Ганженко, Е. Кабаков, И. Коршун. PIC и его применение // Радио. 1995. -№10. - С.47-49.
7. Д. Ганженко, И. Коршун. Две конструкции на PIC-контроллере // Радио. 1996. - №1. - С.50-51.
8. Д. Фролов. Многопрограммный таймер-часы-термометр // Радио. 2003. - №3. -С.18-21.
9. L78. Positive voltage regulator ICs. - URL: https://st.com/web/en/resource/ technical/document/datasheet/CD00000444.pdf/ (дата обращения: 09.10.2015).
10. А. Щербина, С. Балгий. Микросхемные стабилизаторы серий 142, К142, КР142 // Радио. 1990. №8. С.89-90.
11. Основные положения Заключения межведомственной комиссии по анализу причин нештатной ситуации, возникшей в процессе проведения летных испытаний космического аппарата «Фобос-Грунт». - URL: https:// roscosmos.ru/18126/ (дата обращения: 15.09.2015).
1 SCIENCE TIME 1
12. Фобос-Грунт. Уроки для оставшихся на Земле. - URL: https://geektimes.ru/ post/139819/ (дата обращения: 15.09.2015).
13. Е. Карабельников. Об отечественной электронике. - URL: https:// ikarab.narod.ru/Elektronika.html/ (дата обращения: 15.09.2015).
14. П. Асташевич. «ПКК Миландр»: работа, связанная с искусством // Компоненты и технологии. - 2007. - №2. - С. 6-10.
15. Найти изюминку // Электронные компоненты. - 2009. - №12. - C. 1-4.
16. Форум ПКК Миландр. 1484УД1У. - URL: https://forum.milandr.ru/ viewtopic.php?f=14&t=2315/ (дата обращения: 15.09.2015).
17. М. Какоулин, С. Шумилин, Р. Волков, И. Бернгард. Отечественные 8-разрядные микроконтроллеры с флэш-памятью и другие разработки ЗАО «ПКК Миландр» // Электронные компоненты. - 2005. - №7. - С. 36-37.
18. М. Ермак. Российские микроконтроллеры с ядром Cortex-M3 и пример реализации проекта // Компоненты и технологии. - 2010. - №9. - С. 54-57.
19. Я. Петрикович, Т. Солохина. SoC серии "Мультикор" - первый шаг и положительная динамика развития // Компоненты и технологии. - 2003. - №6. -С.138-141.
20. ВЗПП-С. Новые изделия. - URL: https://vzpp-s.ru/new_production.php/ (дата обращения: 15.09.2015).
21. Форум разработчиков. ПЛИС 5576ХС1Т применение... [Электронный ресурс]. - URL: https://electronix.ru/forum/lofiversion/index.php/t68107.html/ (дата обращения: 15.09.2015).
22. Микросхемы запоминающих устройств. Серия 1640. - URL: https:// promvpk.ru/Catalog/Index/51a26afb6d0fad80e40359c3/ (дата обращения: 09.10.2015).
23. Файзрахманов Р.А., Слаутин Ю.А., Володин В.Д., Шаронов А.А., Полевщиков И.С. Опыт использования российских технологий при построении тренажера погрузочно-разгрузочного устройства // Science Time. - 2014. - №10 (10). - С. 357-364.
