СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

УДК 621.3

СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

© 2022 О. В. Яковлев1, О. В. Смолина2

1 кандидат технических наук, старший научный сотрудник, профессор кафедры физики и нанотехнологий e-mail: yacovlevoleg @ yandex. ru 2 старший преподаватель кафедры физики и нанотехнологий e-mail: osmolina2014@yandex. ru

Курский государственный университет

В статье рассматриваются актуальные проблемы развития современной электронной промышленности в Российской Федерации. Представлен опыт зарубежных стран по развитию полупроводниковой индустрии, а также возникшие проблемы при реализации этой задачи и пути их решения.

Ключевые слова: российская электронная промышленность, производство полупроводников, инвестиции, кадровые проблемы электронной области.

MODERN PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF ELECTRONICS IN THE RUSSIAN FEDERATION

© 2022 О. V. Yakovlev1, О. V. Smolina2

1 Candidate of Technical Sciences, senior researcher, Professor of the Department of Physics and Nanotechnology e-mail: yacovlevoleg @ yandex. ru

2 Senior Lecturer of the Department of Physics and Nanotechnology e-mail: [email protected]

Kursk State University

The article discusses the current problems of the development of the modern electronic industry in the Russian Federation. The experience of foreign countries in the development of the semiconductor industry is presented, as well as the problems that have arisen in the implementation of this task and ways to solve them.

Keywords: Russian electronic industry, semiconductor manufacturing, investment, personnel problems of the electronic field.

Электронная промышленность является третьим сектором мировой экономики после здравоохранения и банковского дела по масштабам рыночного оборота и первым по динамике своего развития. Объём современного отечественного рынка радиоэлектронной промышленности превышает 3 трлн рублей с перспективой дальнейшего роста до 9 трлн рублей к 2030 г. Эта отрасль является одной из ключевых для обеспечения государственного суверенитета нашей страны и должна развиваться независимо и стабильно.

Однако, по материалам подготовленного Минпромторгом стратегического документа «Основы государственной политики России в области развития электронной промышленности на период до 2030 г. и дальнейшую перспективу» [1], в настоящее время отрасль испытывает следующие краеугольные проблемы:

- отставание технологий на 10-15 лет от мирового уровня;

- высокая зависимость процессов проектирования и выпуска продукции от зарубежных технологий;

- сложности с освоением технологических процессов ниже 180 нм;

- дефицит производственных мощностей;

- нехватка персонала;

- невозможность обеспечить рынок необходимой электроникой;

- низкая инвестиционная привлекательность;

- высокая стоимость производства компонентов в России;

- недобросовестная конкуренция со стороны зарубежных поставщиков электроники.

Проблемы, с которой столкнулась сегодня российская отрасль полупроводников, складывались в течение длительного времени. До 2020 г. государственная политика не предполагала единой программы на высшем уровне, предъявляющей требования к объемам производства микроэлектроники, материалам, а также устанавливающей цели данного производства. Несмотря на многочисленные обращения отрасли за господдержкой для создания новых и отладки имеющихся производств, основными направлениями поддержки были дизайн-центры, которые могут разрабатывать процессоры, но не производить их.

В отсутствие бюджетов на комплексное поддержание отечественной электроники с 1990-х гг. решались задачи сохранения научной школы и института подготовки кадров, но были упущены актуальные потребности производств -за рамками поддержки остались производственное оборудование и материалы.

Первая в новейшей истории сферы микроэлектроники комплексная стратегия развития появилась в 2008 г.: речь шла о строительстве российских заводов, но собственного производства полупроводников для гражданской электроники до сих пор нет.

Попытка запустить производство «Ангстрем-Т» в 2004 г. потерпела неудачу из-за возникших сложностей с финансированием закупки в Голландии технологического оборудования и введения санкций в 2014 г. Несмотря на все трудности, завод всё же был запущен в 2016 г., но очередные санкции, введенные в августе того же года и непосредственно направленные на «Ангстрем-Т», привели к началу банкротства предприятия, продолжающемуся до сих пор.

В январе 2020 г. Правительство Российской федерации утвердило «Стратегию развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года» [2], предусматривающую создание кремниевых фабрик с возможностью массового выпуска полупроводниковых компонентов и приборов. Реализации этого национального проекта в первоначальном виде помешали новые санкции, введённые в ответ на специальную военную операцию на Украине.

По итогам изменения макроэкономической картины Минпромторг в качестве концептуального пути разрешения перечисленных проблем предложил создать «фактически с нуля» отрасль электронного машиностроения и отказаться от иностранных технологий при проектировании.

Для осознания сложностей предлагаемого пути целесообразно рассмотреть опыт зарубежных лидеров отрасли (рис. 1).

Рис. 1. Характеристика рынка полупроводников в финансовом выражении [3]

Тайвань, лидирующий в производстве полупроводников и занимающий 63% этого рынка, вложил в развитие производства два десятилетия труда и инвестиции, измеряющиеся десятками миллионов долларов. Решение запустить на острове производство полупроводников было принято в 1973 г. В работе использовались технологии компании RCA (Radio Corporation of America), первый завод начал работать через 4 года, на его запуск было потрачено $10 млн. Следующим этапом было создание United Microelectronics Corporation (UMC), на которую было выделено $12,5 млн изначально, а второй этап финансирования в начале восьмидесятых годов потребовал уже $22 млн. Также в 1987 г. государство содействовало основанию Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), о которой уже шла речь выше.

В конце восьмидесятых, на третьем этапе программы развития полупроводниковой индустрии, инвестиции составили $72 млн, что позволяло наращивать обороты и захватывать всё большую долю мирового рынка в производстве полупроводников. Так, в 1995 г. на Тайвань приходилось только 2,5 % мирового объема при продажах на $3,3 млрд, а к 2000 г. доля рынка доросла уже 6 %, в то время как общая сумма продаж составила $17 млрд.

В свою очередь, Китай, взявший курс на импортозамещение в 2015 г. с принятием программы "Made in China 2025", уже инвестировал в развитие $1,4 трлн. Параллельно в страну активно привлекались тайваньские специалисты - уже 3 тыс. сотрудников привлечено для участия в разработках, что составляет чуть больше одной десятой от общего их числа в самом Тайване. Что характерно, в семидесятых годах при запуске тайваньских производств специалисты привлекались, наоборот, китайского

происхождения: преимущественно это были эмигранты из Китая, получившие образование в США.

Сегодняшней России для повторения китайского опыта в такие же сжатые сроки действительно необходимо начинать с нуля. Оптимизма добавляет размах инвестиций, выделяемых в рамках «Стратегии развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года»: он составляет от 3 до 6 млрд рублей и сопоставим со стоимостью создания электронной промышленности Тайваня (рис. 2).

1400 ---^-г-30

1200

О со D х с

1000

=г s

ь

О)

-е-

I

а. ф

со

га CL

800

600

400

200

1 2 3

1 - Тайвань, 2 - Китай, 3 - Россия

Рис. 2. Характеристики национальных программ по созданию электронной промышленности

Но даже само по себе наличие финансирования не даст возможности построить и запустить заводы мгновенно. В течение ближайших лет потребуется сотрудничество с другими странами и компаниями, готовыми поставлять необходимые материалы и технологическое оборудование. При этом требуется сформированный запрос от государства на конкретную электронную компонентную базу, чтобы обеспечить разработчикам гарантии востребованности их продукции после окончания ресурсоёмкого цикла разработки.

Средства, выделяемые на поддержку дизайн-центров, лучше перенаправить на развитие производств, так как вокруг действующих производств дизайн-центры образуются самостоятельно. Если же вследствие экономической и технологической изоляции страны цены на металлы, газ и нефть существенно снизятся, это может способствовать развитию электронной промышленности, так как микроэлектронные фабрики обладают высокой энергоемкостью. Этот же фактор теоретически может привлечь и потенциальных зарубежных партнеров, например те же китайские компании.

Перспективы развития российской электронной промышленности существенно ограничиваются санкционными ограничениями на импорт технологического оборудования. Так, рынок современных литографических машин, обеспечивающих выполнение технологических норм до 12 нм, в настоящее время определяется Нидерландами (рис. 3).

Рис. 3. Характеристика рынка литографических машин [3]

В 2021 г. Зеленоградский нанотехнологический центр начал два проекта по разработке литографического оборудования с уровнем топологии до 350 нм и до 130 нм с перспективой его последующей модернизации до топологического уровня 65 нм. В конце 2026 г. планируется запуск серийного производства полностью отечественных фотолитографических установок. В рамках масштабного плана по развитию отечественной электронной промышленности в Зеленограде строят и планируют сдать в 2024 г. фабрику, которая сможет начать выпуск процессоров по 28-нм техпроцессу.

В свою очередь, успехи развития китайской полупроводниковой отрасли вполне очевидны: Китай переманил много экспертов из Тайваня; Китай не отрезан от остального мира и мог пользоваться экспертизой других стран; в Китае есть гораздо более современное оборудование (а значит возможность реверс-инжиниринга). У России нет ничего вышеперечисленного, так что получить своё производство с технологической нормой менее 65 нм в условиях жёсткого санкционного сдерживания не получится.

Наиболее крупное из действующих на сегодня российских производств -АО «Микрон» - может производить чипы по морально устаревшим 90 и 65 нм техпроцессам. И это при том, что в том же Китае уже освоили 14 нм и сейчас ведут работу по массовому выпуску чипов на базе 7 и 5 нм техпроцессам. Насколько можно понять, в этих условиях спектр задач, которые смогут выполнять отечественные чипы, будет достаточно узким:

- силовые компоненты для электромобилей, которые делаются не на кремнии, а на основе карбида кремния или нитрида галлия;

- радиочастотные силовые схемы для базовых станций 5в на основе нитрида галлия;

- компьютерные системы невысокой вычислительной мощности, тонкие клиенты, кассовые аппараты и т.п.

В то же время для производства электроники с более низкими требованиями к проектным нормам требуются гораздо меньшие начальные инвестиции, а доля электронных компонентов с достижимыми для российской промышленности в ближайшей перспективе проектными нормами достаточна высока - почти половина мирового рынка (рис. 4). В России на технологическом уровне 130 нм и более разрабатывается около 65 % общего объёма выпускаемой продукции.

Созданный отечественной электронной промышленностью научно-технологический задел, в том числе по направлениям нано- и микроэлектроники, СВЧ-электроники, радиационно-стойких компонентов, оптоэлектроники и фотоники в основном соответствует предъявляемым требованиям и ориентирован на оборонно-промышленный и атомный энергопромышленный комплексы, а также ракетно-космическую промышленность.

Имеется значительный потенциал роста и в гражданской электронике, прежде всего в части СВЧ-приборов. На технологическом уровне 130 нм и более разрабатывается порядка 65 процентов общего объема выпускаемой продукции.

Динамика общей численности работников отрасли характеризуется стабильным ростом на 6,6 процента за 10 лет, наблюдается рост доли научного персонала. Уровень оплаты труда сотрудников отрасли с 2008 по 2018 г. вырос в 2,9 раза.

Несмотря на все технические сложности, важнейшим препятствием достижения современного уровня электронных технологий остаётся дефицит кадров. Количество выпускаемых из вузов специалистов в десятки раз меньше потребностей рынка. В течение 3-5 лет этот разрыв увеличится по меньшей мере в пять или десять раз (рис. 5). При этом мировыми лидерами в подготовке выпускников по профилям STEM (science, tech, engineering & math's) являются страны с наиболее динамично развивающейся промышленностью.

■ <3.onm <гопт - г J0nт ■ <лопт - мопт eD.js^i- эдспт ■ голар

Рис. 4. Объём рынка электроники в эквивалентных пластинах на 2020 г. [3]

China В

4.7т

India

2.6т

United States ШШ

Indonesia ¡Щ 206,000

Russia

Iran ~ ■ 335,000

561,000

568,000

Japan • Щ" 195,000

Г

Рис. 5. Число выпускников по профилям STEM на 2016 г. [3]

На форуме «Российская электроника», посвященном проблемам электронной промышленности в России, отмечалось, что отрасль нуждается в квалифицированных разработчиках чипов, инженерах-схемотехниках и 1Т-разработчиках. К 2030 г. планируется ликвидировать типовые кадровые проблемы:

- в программе Единого государственного экзамена заметен явный недобор по физике и информатике даже на бюджетные места;

- не более 20 % студентов на 3-4 курсе понимают, в чем состоит эта самая работа по специальности, как строится их рабочий день, чем им придётся заниматься на рабочем месте и кем работать;

- серьёзной кадровой проблемой отрасли является неполное соответствие профессиональных компетенций выпускников вузов предъявляемым квалификационным требованиям;

- интерес к вакансиям на предприятиях электронной отрасли со стороны студентов и специалистов падает. 90 % организаций ощущают потребность в молодых кадрах, до 70% которой можно закрыть выпускниками вузов;

- в электронной сфере работают около 300 тысяч человек, в основном в возрасте 45-55 лет, лишь 5 % приходится на молодежь до 25 лет.

По мнению участников форума, для преодоления барьера недоверия и создания престижа профессий в электронной сфере важно, чтобы процесс обучения распространялся не только на высшее образование; начало подготовки будущих специалистов необходимо перенести с 3-4 курсов вузов в среднюю школу. При этом, по мнению участников форума «Российская электроника», ориентироваться на 10 11 класс уже поздно: надо растить контингент с самого начала, например с пятого класса. Подготовленные в рамках существующих проектов школьники идут сдавать физику, информатику и становятся абитуриентами в вузах.

Таким образом, высшее учебное заведение остаётся одним из ключевых звеньев выполнения рамках «Стратегии развития электронной промышленности Российской

Федерации на период до 2030 года» и, как следствие, обеспечения государственного суверенитета России.

Для формирования высококвалифицированного кадрового резерва отечественной электроники необходимо разрабатывать и внедрять новые формы образовательного процесса и обеспечить соответствие профессиональных компетенций выпускников предъявляемым квалификационным требованиям.

Библиографический список

1. Основы государственной политики России в области развития электронной промышленности на период до 2030 г. и дальнейшую перспективу. - URL: https://russianelectronics.ru (дата обращения: 07.10.2022).

2. Стратеги развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года. - URL: http://static.government.ru/media/files/10kfNDghANiBUNBbXaFBM69Jxd48ePeY.pdf (дата обращения: 07.10.2022).

3. Riddle Rider. Будущее российской микроэлектроники. - URL: http://habr.com/ru/post/661637 (дата обращения: 10.10.2022 г.).