Представления о катастрофическом отставании сильно преувеличены

Эта статья написана на основе материалов, предоставленных Борисом Малашевичем — автором многочисленных трудов по истории советской микроэлектроники и вычислительной техники, составителем биографий создателей этих направлений. В советское время Малашевич — начальник отраслевых лабораторий, отдела микропроцессоров и микропроцессорных средств вычислительной техники МЭП (МСВТ), заместитель председателя отраслевого Совета главных конструкторов МСВТ, главный конструктор по системной совместимости МСВТ. Занимался организацией разработок МСВТ на основе комплексно-целевых программ, а также системной совместимостью МСВТ в МЭП и со смежными отраслями. Член многих межведомственных рабочих групп по унификации СВТ. В 1994–2012 годах — главный специалист ОАО «Ангстрем», участвовал в формировании программ развития и модернизации предприятия, создании и выпуске пользовательской технической документации на продукцию «Ангстрема».

Политолог, публицист Александр Механик – об истории развития микроэлектроники в Советском Союзе.

Поводом для написания этой статьи стал выход в США книги Кристофера (Криса) Миллера »Война чипов. Борьба за самую важную технологию в мире» (Chip War. The Fight for the World’s most critical Technology). В ней автор представил свою, американскую версию истории создания и развития микроэлектроники во всем мире, в том числе в СССР. Историю, в которой много весьма важного для понимания того, как развивалась советская микроэлектроника, отсутствует, а многое искажено. «Стимул» пытается восполнить этот недостаток.

Для объективного сравнения отраслей микроэлектроники в СССР и США необходимо учитывать геополитические условия их создания и развития. Они были принципиально разные, о чем, к слову, Миллер в своей книге умолчал, и определялись итогами завершенной незадолго до того Второй мировой войны, после которой бывшие союзники сразу же превратились в соперников, заменив войну горячую на войну холодную.

Страны НАТО во главе с США создали специальный международный комитет КОКОМ, который строго следил, чтобы из стран Запада ничего передового, стратегически важного в СССР и его союзникам не поставлялось. В результате СССР практически все приходилось делать самому.

Естественно, все это способствовало замедлению развития советской науки и техники, чего США и добивались.

Но вопреки надеждам наших геополитических соперников во многих областях науки и техники послевоенного периода наша страна имела весьма высокий уровень развития, часто превосходящий мировой, в том числе в электронике.

Советская микроэлектроника входила в тройку мировых лидеров, занимая почетное второе место по изделиям военного назначения и третье место по изделиям индустриального и коммерческого назначения, иногда вырываясь вперед.

Более того, СССР был единственной в мире страной, обеспечивающей свои (и союзников) потребности в изделиях электронной техники всех видов и классов. В то время как США, Европа, Япония широко пользовались международной кооперацией, недоступной для СССР. А уровень развития советской микроэлектроники обеспечивал возможность создания и тиражирования как военной, так и гражданской продукции мирового уровня.

Как обеспечивалось опережающее развитие

Одно из искажений истории нашей микроэлектроники в книге Миллера — это его представление о министре электронной промышленности Советского Союза Александре Шокине, многоплановую стратегию развития, которой Миллер совершенно не понял, сведя ее к требованию «копировать «один в один».

Хотя, и это признает и сам Миллер, точно скопировать чужое изделие практически невозможно. Копирование «один-в-один» предполагает идентичность применяемых материалов, инструмента, оборудования, режимов обработки, технологических процессов и их маршрутов. То есть идентичность всего, что использовал автор копируемого изделия. Но в подавляющем числе случаев сделать это нельзя. А значит невозможно и копирование «один-в-один». Особенно в микроэлектронике.

Именно поэтому в Министерстве электронной промышленности (МЭП) СССР применялся термин «воспроизводство», предполагающий изготовление изделия с аналогичными потребительскими свойствами и характеристиками, но не копии. Фактически воспроизводство предполагает самостоятельную разработку подобного изделия на основе информации, которую можно получить в результате его анализа.
И именно Шокин понял, что для опережающего развития микроэлектроники были необходимы:

— унификация электронной продукции (ЭП) на основе функционально-параметрических рядов;
— унификация технологий, оборудования и материалов во всех заводах отрасли;
— комплексно-целевое планирование развития классов ЭП;
— опора на советы главных конструкторов видов ЭП.

Унификация позволяла создать в стране единую безызбыточную номенклатуру микросхем, обеспечивающую нужды всех потребителей.

Кроме того, для каждого уровня микроэлектронных технологий создавался единый комплект оборудования, объединенного в производственные линии для выполнения определенного технологического маршрута. Этим оборудованием комплектовались все заводы страны. Это предельно облегчало планирование производства интегральных схем (ИС), так как любую ИС можно было изготавливать на любом соответствующем заводе страны.

Создание первых транзисторов

Достижениям советской микроэлектроники предшествовали годы кропотливой работы многих выдающихся ученых и специалистов в США, Германии и СССР, которые в течение предшествующих десятилетий развивали науку о полупроводниках. Из советских ученых нельзя не отметить А. Ф. Иоффе, Б. В. Курчатова, В. П. Жузе, Я. Н. Френкеля, Б. Давыдова, В. Е. Лашкарева, К. М. Косоногова, И. В. Курчатова, Ю. М. Кушнир, Л. Д. Ландау, В. М. Тучкевича, Ж. И. Алферова и других. И к середине 1940-х основы теоретической базы для создания транзисторов были проработаны, в том числе советскими учеными, достаточно глубоко, чтобы можно было приступать к практическим работам.
А начиная с 1947 года интенсивные работы в области полупроводниковых усилителей велись в лаборатории С. Г. Калашникова в ЦНИИ-108 (позже ЦНИИРТИ, Москва) и в лаборатории А. В. Красилова в НИИ-160 (НИИ «Исток», Фрязино).

В 1948 году группа Красилова, разрабатывавшая германиевые диоды для радиолокационных станций, получила транзисторный эффект. И попыталась объяснить его в статье «Кристаллический триод» — первой публикации в СССР о транзисторах, независимой от статьи Уильяма Шокли в The Physical Review и вышедшей в свет почти одновременно с ней.

В 1949 году лабораторией Красилова были разработаны и вскоре переданы в серийное производство первые советские точечные германиевые триоды С1 — С4. В 1950-м образцы германиевых триодов были разработаны в ФИАНе (Б. М. Вул, А. В. Ржанов, В. С. Вавилов и др.), в ЛФТИ (В. М. Тучкевич, Д. Н. Наследов) и в ИРЭ (С. Г. Калашников, Н. А. Пенин и др.). А в 1953 году коллектив Красилова разработал и запустил в производство первые плоскостные транзисторы П1 — П3.

Из сказанного следует, что создание точечного транзистора в США и СССР произошло независимо и практически одновременно.

Первые микросхемы

Многие специалисты в мире, в первую очередь в США, видели перспективу развития электроники в разработке микросхем на полупроводниках.

Но большинство разработок имело частный характер, и они не стали основой для развития интегральной электроники.

Но Миллер в своей книге полностью умолчал об одновременных с США разработках ИС в СССР. Он лишь вскользь упоминает о создании Ю. В. Осокиным в 1962 году «прототипа интегральной схемы». Это ИС Р12-2, разработанная Л. И. Реймеровым в ленинградском НИИРЭ и освоенная в серийном производстве Осокиным на Рижском заводе полупроводниковых приборов, который уже в 1962 году произвел первые 5000 ИС.

Первые результаты исследований микроэлектроники в СССР были представлены в выпущенной в 1960 году в КБ-1 монографии А. А. Колосова «Вопросы молекулярной электроники» с глубоким анализом проведенных в мире и в стране работ по микроминиатюризации ЭА. Книга свидетельствовала о том, что в СССР серьезно работают над поиском выхода из общего кризиса дискретной электроники.

Монография Колосова привлекла внимание начальника отдела ленинградского НИИРЭ Е. М. Ляховича, получившего задание на разработку бортового авиационного компьютера, В ней он увидел подсказку, как создать многоэлементные компоненты для построения компьютера. В результате в НИИРЭ Л. И. Реймеров и Е. М. Ляхович (главный конструктор) создали оригинальную микросхему ТС-223 (в серии Р12-2, позже — 1ЛБ021). Ее серийное производство в 1962‒1995 годах осуществлял Рижский завод полупроводниковых приборов (РЗПП) объемами до пяти миллионов в год.

Первая в мире серия гибридных ИС с двухуровневой интеграцией (в качестве активных элементов в ней были использованы не дискретные транзисторы и диоды, а полупроводниковые ИС Р12-2) была создана Н. Н. Пелипенко в НИИРЭ и серийно (как модули «Квант», затем ИС серии 116) производилась в СССР и РФ до 1995 года.

И первый в мире бортовой авиационный компьютер третьего поколения «Гном» (главный конструктор Е .М. Ляхович) был создан в НИИРЭ СССР (на основе ИС Р12-2). Он применялся в разрабатываемых в НИИРЭ радиоэлектронных комплексах «Купол» и «Пума», более сорока лет надежно эксплуатируемых в большом парке самолетов, в частности в Ил-76.

В США микроэлектроника создавалась на основе инициативы полупроводниковых фирм TI и Fairchild. У них нашлось много последователей, но потребители, создатели ЭА, их достижения приняли не сразу.

В СССР первыми были московское КБ-1 и ленинградский НИИРЭ, создавший первые микросхемы. Проработки путей создания гибридных ИС для построения компьютера «от потребности» проводило ленинградское КБ-2, работавшее над созданием бортовых компьютеров.

И тогда Александр Шокин со специалистами МЭП пришел к выводу, что необходимо создавать и развивать принципиально новую отрасль — микроэлектронику, как систему НИИ, КБ, заводов, распределенных по всей стране и решающих все специальные проблемы по созданию и тиражированию изделий микроэлектроники — интегральных схем. И создать единый инновационный центр, включающий все необходимые НИИ с опытными заводами, размещенный в специально построенном городе.

В МЭП была подготовлена концепция Центра микроэлектроники и проект постановления ЦК КПСС и СМ СССР о создании Центра и других предприятий.

Для окончательного решения нужно было, чтобы «сошлись вместе» первый секретарь ЦК КПСС и глава правительства Никита Хрущев и микроэлектроника с демонстрацией ее преимуществ на понятном ему особо важном примере. И Шокин такую ситуацию создал. 4 мая 1962 года в Ленинграде планировалось совещание с участием Хрущева. В это время в ленинградском КБ-2 завершались разработки экспериментальных образцов управляющей ЭВМ УМ-1НХ на основе транзисторов и бортовой ЭВМ УМ-2 — первого опыта применения гибридной технологии.

Специально для этого мероприятия был сделан заушный микроприемник, то есть было что показать главе государства.

Визит был хорошо организован: ЭВМ, микроприемник и другие экспонаты произвели на главу страны нужное впечатление. Там же Хрущеву был доложен проект постановления о создании центра микроэлектроники около станции Крюково, который он в целом одобрил. После интенсивных согласований 8 августа 1962 года постановление ЦК КПСС и Совмина СССР было подписано.

Микроэлектроника в плановой системе

К концу 1977 года руководство зеленоградского Научного центра подготовило предложения о мерах по развитию в стране разработки и производства сверхбольших интегральных схем, где были намечены рубежи по разработке и производству новых поколений СБИС, материалов, оборудования, систем САПР как в МЭП, так и в других министерствах, ответственных за создание различных материалов и оборудования.

Предлагалось в 1978‒1985 годах построить в Зеленограде ряд новых НИИ, ОКБ и заводов, реконструировать действующие предприятия, расширить социальное строительство для города. Практически это были предложения по созданию центра информатики и электроники, которые попытались реализовать в начале 1990-х.

Но эти предложения были отклонены, в основном по настоянию руководства Москвы, которому были необходимы средства на приближающуюся Олимпиаду-80. И высшее руководство страны выбрало Олимпиаду. В результате время было упущено.

А ведь именно в 1978‒1980 годах отечественная микроэлектроника, особенно усилиями предприятий Зеленограда, была очень близка по своим возможностям и полученным результатам к американскому уровню, а в чем-то и превосходила его. Так, в 1979 году в зеленоградском НИИТТ и ленинградском ЛКТБ «Светлана» были разработаны первые в мире однокристальные ЭВМ (ОЭВМ) с 16-разрядными микропроцессорами, по совокупности параметров превосходившие зарубежные.

И с этого момента началось прогрессирующее отставание отечественной микроэлектроники.

В своей книге Миллер уделил много внимания Зеленоградскому научному центру, приписав ему главную роль в том, что он назвал «стратегией «копирования» Шокина», которой, как я сказал выше, на самом деле не существовало.

Зеленоградский научный центр был единственным в мире функционально полным холдингом предприятий микроэлектроники. С самого начала он включал в себя не только полный комплект НИИ, КБ и заводов, необходимых для создания спецматериалов, спецоборудования, непосредственно ИС и аппаратуры на их основе, но и НИИ физических проблем (НИИФП) для проведения фундаментальных теоретических исследований в области микроэлектроники, Центральное бюро по применению интегральных микросхем (ЦБПИМС, позже ЦКБ «Дейтон») для общей унификации изделий микроэлектроники и работы с потребителем и Московский институт электронной техники (МИЭТ) для подготовки высококвалифицированных кадров. А дирекция Центра микроэлектроники (ДЦМ) осуществляла координацию всех работ по микроэлектронике в стране и со странами-союзниками.

Ничего подобного в мире не было и нет. Теперь, к сожалению, нет и у нас.

Воспроизводство зарубежных образцов

На начальном этапе развития советской микроэлектроники все разработки были оригинальными. Ведь воспроизводить тогда еще было практически нечего, в основном поставки осуществлялись по контрактам заказчикам. Купить советским фирмам их было невозможно. Да и КОКОМ не дремал. Так что тогда в МЭП все делали сами.

А инициаторов воспроизводства зарубежных образцов было два:

— сам МЭП и министр Шокин в начале разработки и производства принципиально новых видов продукции, еще неизвестных в отрасли, не обеспеченных методологически, технологически, оборудованием и знаниями;
— заказчики изделий из других министерств и ведомств, потребители изделий МЭП в качестве комплектующих изделий своей продукции.

Привезенные нашими специалистами со стажировки в США шесть микросхем серии SN-51 фирмы Texas Instruments были выполнены по планарно-эпитаксиальной технологии, еще не освоенной в МЭП. Для него это был принципиально новый вид продукции. Опыт производства ИС Р12-2 здесь не годился. Поэтому Шокин дал задание: «Воспроизвести один в один, без всяких отклонений».

Как совершенно справедливо пишет Миллер, «советские ученые с негодованием отреагировали на предположение о том, что они просто копируют зарубежные достижения. Их научные знания были не хуже, чем у американских химиков и физиков. Советские студенты, обучавшиеся в США по обмену, отмечали, что на лекциях Уильяма Шокли они узнали мало того, что не смогли бы изучить в Москве».

В то время МЭП владел лишь первыми технологиями производства транзисторов и только завершал освоение планарной технологии, важного
элемента производства планарно-эпитаксиальных микросхем «по Нойсу». Все это нужно было воспроизвести самим — естественно, используя публикуемую информацию, а также документы и образцы, добываемые спецслужбами. Поэтому, требуя «воспроизвести один в один» Шокин рассчитывал, что специалисты подробно и точно разберутся с техническими решениями американцев и сами разработают и произведут все, что нужно для создания ИС, то есть создадут свою версию планарно-эпитаксиальной технологии.

Примерно за три года специалисты микроэлектронных предприятий МЭП полностью разобрались во всех тонкостях конструкции и технологии создания ИС, сформировали технологические процессы и базовые технологические маршруты производства планарных транзисторов и планарно-эпитаксиальных ИС. Совместными усилиями машиностроительных и иных предприятий МЭП было организовано серийное производство комплекта технологического оборудования «Корунд», материалов и всего иного необходимого. Затем приступили к разработкам и производству ИС. И все первые разработки, за исключением аналогов серии SN-51 (серия ТС-100), были оригинальные.

В результате, раскрутив за два-три года маховик создания микроэлектроники, МЭП оказался в сложной ситуации: на него обрушился огромный шквал заявок на создание и поставку широчайшей номенклатуры ИС. Нужно было искать выход, и он был найден — стандартизация и унификация микроэлектроники, для чего формировались функционально параметрические ряды микросхем, о важности которых 9 сентября 1969 года на заседании коллегии МЭП говорил Шокин: «Стандартизация в микроэлектронике, разработка параметрических рядов ИС для нас важнее, чем для США, так как у нас никто не считает экономическую эффективность».

Кстати, за рубежом в микроэлектронике тоже принято «воспроизводство», которое осуществляют только мощные полупроводниковые фирмы с технологическим уровнем, соответствующим уровню производителя оригинала. А они этим широко занимались, чтобы вклиниться в чужой сектор рынка. Фирма Intel переименовала свой процессор I80586 в запатентованный лейбл Pentium именно в конкурентной борьбе с дублерами, выпускавшими процессоры-аналоги.

Но прежде чем приступать к воспроизводству ИС МЭП нужно было создать соответствующие технологии, особо чистые материалы, сверхпрецизионное оптико-механическое и иное технологическое и контрольно-измерительное оборудование, системы автоматизации проектирования и управления процессами, библиотеки стандартных ячеек и многое другое. И все это растиражировать в количествах, требуемых для оснащения заводов МЭП. Это задачка не на один год. И только тогда, когда все это будет сделано, опробовано и аттестовано, когда будут подтверждены возможности новой технологии и всей соответствующей инфраструктуры, можно приступать к созданию (или «воспроизводству») ИС.

И эта сложнейшая научно-производственная инфраструктура создавалась в СССР практически одновременно с зарубежными фирмами. Факт, что динамическое ОЗУ 64 Кбит фирма Intel и завод «Ангстрем» начали производить почти одновременно, в 1979 году. И создание необходимой для этого инфраструктуры за несколько лет до того они тоже начали практически одновременно и, естественно, независимо, так как «заимствовать» и «копировать» было еще нечего.

Технологически отечественная микроэлектроника если порой и отставала от мировой, то, как правило, не более чем на год, иногда (при создании принципиально новой технологии) несколько больше. А иногда и опережала ее.

Об отставании советской микроэлектроники

Прежде чем говорить об отставании от мирового технического уровня, о соответствии или превосходстве микроэлектроники и других ЭП, нужно определиться, а что это такое — уровень.

Обычно сравнивались только что законченные наши разработки с анонсами новой зарубежной продукции или с новыми поступившими на рынок зарубежными образцами. И это верно для разработок, претендующих на лидерство в своем классе ЭП.

Но лидер — это высшее достижение. Это не мировой уровень ЭП. Мировой уровень ЭП — это некоторый спектр значений параметров ЭП, активно применяемых в новых разработках ЭА. Большинство советских активно применяемых ЭП этому спектру вполне соответствовали.

В СССР на технический уровень изделий микроэлектроники влияли три фактора:

— состояние электронной промышленности в части развития научно-технологической инфраструктуры, включая специальные машиностроение, материаловедение, системы автоматизации и др.;
— состояние аппаратостроительных отраслей — потребителей изделий микроэлектроники в части формирования требований к номенклатуре и характеристикам необходимых им изделий;
— состояние обеспечивающих отраслей: приборостроения, машиностроения, химической промышленности и др.

А в СМИ и выступлениях некоторых представителей властных и деловых структур часто звучат утверждения о традиционном отставании советской микроэлектроники. Даже называют сроки — до десяти лет, что, как мы установили, явная нелепость. Тем более как в 1965 году, когда «Микрон» выпустил первую планарно-эпитаксиальную ИС, можно на десять лет отставать от события 1962 года — начала производства ИС в США? Никто этого не объяснил.

Кстати, в 1966 году «Микрон» уже выпустил первые 100 тыс. ИС трех серий.

И далее технологическое отставание быстро сокращалось, о чем свидетельствует тот факт, что МЭП приступал к воспроизводству заказанных ему аналогов ИС сразу по получении заказа. Это означает, что вся научно-производственная инфраструктура, соответствующая инфраструктуре изготовителя оригинала, была подготовлена заранее, примерно одновременно с ним.

Печать