Что значит элементная база
Элементная база
В ЭВМ непосредственную обработку информации, представляемой в виде двоичных электрических сигналов, осуществляют электронные элементы и узлы.
Число разновидностей электронных элементов ЭВМ относительно невелико, несмотря на их большое количество в машине. По своему назначению они могут быть классифицированы на логические, запоминающие и вспомогательные.
Запоминающие элементы выполняют функцию памяти. В них под действием входных сигналов устанавливается соответствующее состояние 0 или 1, которое сохраняется неизменным до прихода последующего управляющего сигнала.
Вспомогательные элементы служат для формирования и генерирования сигналов, их усиления и преобразования по амплитуде, мощности и длительности.
В свою очередь элементы ЭВМ являются основой для построения типовых узлов, с помощью которых и реализуются необходимые операции над кодами. К числу типовых узлов ЭВМ относятся регистры, дешифраторы, счетчики и сумматоры.
Регистры предназначены для временного хранения и преобразования двоичной информации (например, для сдвига числа при выполнении операции умножения и деления).
Счетчик служит для подсчета числа сигналов (импульсов), поступающих на его вход, и фиксации этого числа в виде кода с последующим запоминанием.
Дешифратором называется логическая схема, служащая для преобразования поступающего кода числа в управляющий сигнал, формируемый на одном из его выходов. Таким образом, например, производится выбор необходимых ячеек запоминающего устройства.
В сумматоре происходит суммирование чисел путем поразрядного их сложения. Этим способом осуществляется также умножение, деление и вычитание.
Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью так называемого интерфейса.
Интерфейс— совокупность линий, шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов.
Причем, среди интерфейсных каналов можно выделить как те, что работают между центральными устройствами, так и те, которые осуществляют связь между ними и устройствами периферии. Имеется также и система разделения каналов на быстрые и медленные (часто их именуют параллельными и последовательными каналами).
Узловыми элементами, связывающими различные типы интерфейсов в компьютере, являются так называемые контроллеры. Фактически контроллеры имеются у каждого из устройств ЭВМ и предназначены для устранения проблем взаимодействия (информационного, аппаратного и др.) между отдельными устройствами.
Исходя из представленных сведений о функциональных возможностях аппаратуры, составляющей типовую ЭВМ, можно сделать вывод о том, что реальные компьютеры могут отличаться от классической типовой схемы по разнообразию и назначению применяемых устройств. В силу этого в практическом применении ЭВМ имеется понятие «конфигурации» для каждого конкретного компьютера.
Из знаний о классификации и направлениях применения современных ЭВМ можно определить, что самыми разнообразными вариантами конфигураций обладают вычислительные системы на базе персональных компьютеров, где одной из сторон проявления персонализации как раз и является комбинирование требуемым набором аппаратных средств и их взаимодействия.
Таким образом, нами рассмотрены виды аппаратных средств, составляющих ЭВМ и обеспечивающих определенный набор функций в совместной работе по обработке информации.
В тоже время в составе реальных ЭВМ имеются ещё ряд устройств, работа которых не изменяет общего представления о концепции обработки информации на компьютере, но имеет свою специфику.
КЭШ-память может присутствовать в конфигурации ЭВМ при наличии дополнительных средств на приобретение, а может отсутствовать и тогда компьютер работает с обычным ОЗУ. В отличие от КЭШ-памяти, ПЗУ в том или ином варианте имеется практически у любого компьютера.
Заканчивая разговор о «фон-неймановской» архитектуре ЭВМ и ее программном принципе работы, напомним из краткого обзора истории развития вычислительной техники, что теоретически и практически разрабатываются, уже реально существуют и другие подходы к архитектурному построению компьютеров.
Инициируются данные разработки недостатками «фон-неймановской» архитектуры в области обработки различных видов информации. Причем во многих случаях отмеченные проблемы носят принципиальный характер.
Приведем лишь примеры их них:
— плохо поддается программированию творческая деятельность человека, но имеется все более расширяющаяся необходимость применения компьютеров именно в этой сфере приложений, например в системах поддержки и принятия решений, основывающихся и могущих самостоятельно развиваться на основе баз знаний;
— невозможность реализации образного, ассоциативного (в самом простом случае, очень многопараллельного) принципа обработки информации;
— медленная и, перспективно очень жестко ограниченная, скорость обработки отдельных видов информации, например графической и совмещаемой с ней, где, хотя и достигнуты значительные практические достижения (компьютерная анимация, кино, мультимедиа и др.), но продолжает ощущаться острая потребность, как в реализации новых задач, так и модернизации имеющихся.
Изложим некоторые сведения о других архитектурах ЭВМ, которые разрабатываются в последнее время.
Элементная база ЭС. Определение элементной базы
Страницы работы
Содержание работы
Раздел 1. Элементная база Э.С.
1.1. Определение элементной базы
Элементная база – это чрезвычайно широкое понятие. В элементную базу входят все электрорадиоэлементы, показываемые на электрических принципиальных схемах и входящие в их перечни элементов.
Элементы РЭС можно разделить на пассивные (например, резистор, конденсатор) и активные (например, электронные лампы, транзисторы, ИМС).
Таким образом, элементная база – это те функциональные «кирпичики», из которых создаётся РЭА, они непосредственно участвуют в обработке сигналов. Конечно, в РЭА есть и другие элементы (платы, стойки, корпуса и т.п.), они выполняют механические функции и не участвуют в обработке сигналов (хотя и могут влиять на технические характеристики РЭА), но такие элементы в данной дисциплине не изучаются.
Технические характеристики, сложность задач, которые может решать РЭА, надёжность её работы, срок службы во многом зависит от используемой элементной базы.
1.2. Поколения РЭА
(определяются по активным элементам).
Изобретением в 1948 году транзистора (электрорадиоэлемента, обладающего большой надежностью и небольшими размерами) мы обязаны Д.Бардину, В.Браттену и У.Шокли (США). Это привело к уменьшению размеров и массы РЭА и повышению ее надежности (т.к. нет нити накаливания и вакуума), появились печатные платы. Это способствовало упорядоченности монтажа; в межкаскадных связях исчез жгутовой монтаж. Появилась стандартизация конструкций (стандарты на размеры блоков и узлов, так как транзистор мал, то пришлось уменьшать размеры других элементов). Появились карманные радиоприемники, ЭВМ высокой сложности, но все еще довольно большие. Аппаратуру на дискретных транзисторах относят ко II поколению.
Однако транзисторизация лишь ослабила и отодвинула кризис. Дальнейший рост сложности аппаратуры стал возможным благодаря появлению планарного транзистора и групповой технологии их производства – появились микросхемы, родилась микроэлектроника.
III поколение – на ИС средней степени интеграции, выполняющих более сложные функции, чем одиночный транзистор (каждая ИС содержала примерно 10-100 транзисторов).
Следующим шагом стала комплексная миниатюризация всех других элементов РЭА – IV-V поколения.
Приведем несколько примеров совершенствования техники.
2. Цветные телевизоры в период 1970-1980гг. при переходе от электронных ламп к транзисторам и ИМС намного улучшили свои качественные и габаритные показатели (энергопотребление снизилось от 300 до 120 Вт, диагональ стала 59-61см, число элементов снизилось в 4 раза, что, следовательно, привело к снижению трудоемкости производства).
Таким образом, элементная база определяет возможности ТХ и прогресс, причем не только в РЭА, но и во многих других областях, так как области применения РЭС нашли широчайшее применение во всех сферах человеческой деятельности.
Выбор или разработка элементной базы для РЭА – это задача инженеров нашей специальности. Чтобы решать эти задачи необходимо знать используемые физические явления, принципы их действия, конструктивно-технологические особенности и, конечно, ТХ ЭРЭ, владеть методами их проектирования, уметь разрабатывать и анализировать электрические и математические модели изделий.
1.3.Состав элементной базы электронных средств
Условно состав элементной базы можно представить в виде следующей схемы:
1. ПДЭРЭ – пассивные дискретные электрорадиоэлементы, основанные на относительно простых физических явлениях (электрический контакт, взаимодействие электрического тока и магнитного поля идругих). К таким ЭРЭ относят резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и тд.
Что такое элементная база и где она применяется
Элементная база – это компоненты, из которых состоят абсолютно все электронные приборы и устройства. Чтобы грамотно спланировать прибор, необходимо знать технические характеристики, а также как использовать те или иные электронные компоненты. Если на этом этапе допустить ошибку, весь прибор будет неработоспособен, так как содержит в себе ошибку.
Знание современной крайне обширной базы элементов, а также методов их изготовления, особенности строение и эксплуатации нужны самым различным специалистам в области электрики и электроники. В данной статье будет подробно рассмотрена структура современной элементной базы, которая существует на данный момент, а также что должен знать современный электронщики и специалист по «железу». В качестве дополнения, статья содержит в себе два ролика и одну скачиваемую статью в формате PDF.
Что такое микроэлектроника
Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника).
Современный этап развития электроники характеризуется широким применением интегральных микросхем (ИМС). Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратурой, что привело к росту числа элементов в ней. Число элементов постоянно увеличивается. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и ее элементов, микроминиатюризация электронных компонентов и комплексной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.
Становление микроэлектроники как самостоятельной науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьезные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе. Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, так и в направлении использования новых физических явлений.
Разработка любых ИМС представляет собой довольно сложный процесс, требующий решения разнообразных научно-технических проблем. Вопросы выбора конкретного технологического воплощения ИМС решаются с учетом особенностей разрабатываемой схемы, возможностей и ограничений, присущих различным способам изготовления, а также технико-экономического обоснования целесообразности массового производства.
Эти вопросы находят решение путем использования двух основных классов микросхем — полупроводниковых и гибридных. Оба эти класса могут иметь различные варианты структур, каждый из которых с точки зрения проектирования и изготовления обладает определенными преимуществами и недостатками. По своим конструктивным и электрическим характеристикам полупроводниковые и гибридные интегральные схемы дополняют друг друга и могут одновременно применяться в одних и тех же радиоэлектронных комплексах.
При массовом выпуске различных ИМС малой мощности, особенно предназначенных для ЭВМ, используются, в основном, полупроводниковые ИМС. Гибридные микросхемы заняли доминирующее положение в схемах с большими электрическими мощностями, а также в устройствах СВЧ, в которых можно применять как толстопленочную технологию, не требующую жестких допусков и высокой точности нанесения и обработки пленок, так и тонкопленочную технологию для обеспечения нанесения пленочных элементов очень малых размеров.
Элементная база радиолюбителя
Интересный исторический факт: когда еще не было электрических паяльников, то выручала обычная пятикопеечная монета. Ее определенным образом затачивали и приклепывали к железной проволоке с деревянной ручкой. Будучи нагретой в пламени спиртовки монета вполне справлялась с функцией паяльника. Сейчас, конечно, такой совет кажется просто нелепым, но ведь было же!
При современной элементной базе, которая постоянно пополняется новыми микросхемами и транзисторами, таким «паяльником» просто нечего делать, ведь в некоторых случаях при ремонте электронной техники приходится пользоваться микроскопом. Таким образом, элементная база определяет не только конструкцию электронных устройств, а еще и то, какими инструментами эти устройства будут собираться или ремонтироваться.
Достаточно просто и наглядно развитие элементной базы можно проследить на различных поколениях ЭВМ, по современной терминологии компьютеров. Вот уже почти сорок лет развивающийся рынок персональных компьютеров как локомотив тащит за собой кремниевые технологии, что вызывает появление все новых и новых электронных компонентов.
Электромеханические вычислительные машины
Еще до создания ЭВМ использовались электромеханические вычислительные устройства – табуляторы. Первый табулятор был изобретен еще в 1890 году Германом Хопперитом в США, для подсчета результатов переписи населения. Ввод информации осуществлялся с перфокарт, а результаты обработки выдавались в виде распечатки на бумаге. Табуляторы были основным оборудованием машиносчетных станций – МСС. В СССР МСС дожили до семидесятых годов двадцатого столетия, по крайней мере, в составе крупных госпредприятий.
Основной задачей МСС был расчет заработной платы. Именно оттуда появлялись расчетные листки, которые до сих пор называют «корешками». Внешний вид «современного» табулятора показан на рисунке (квадрат с правого бока это рабочая программа, набранная проводами на коммутационной панели). Вес такой вычислительной техники достигал 600 кг. В 1939 году в США по заказу военных фирмой IBM была разработана вычислительная машина Mark 1.
Ее элементной базой были электромеханические реле. Сложение двух чисел она выполняла за 0,3 сек, а умножение за 3. Mark 1 предназначалась для расчета баллистических таблиц. Компьютер Mark 1 содержал около 750 тысяч деталей, для соединения которых потребовалось 800 км проводов. Его размеры: высота 2,5м, длина 17 м.
Поколения ЭВМ и элементная база
Первое поколение ЭВМ было построено на электронных лампах. Так в Великобритании в 1943 году была создана ЭВМ Colossus. Правда, она была узкоспециализированная, ее назначение состояло в расшифровке немецких кодов путем перебора разных вариантов. Устройство содержало 2000 ламп, при этом скорость работы составляла 500 знаков в секунду.
В Советском Союзе в период с 1948…1952 год также проводились разработки ламповых ЭВМ, как и в США, использовавшихся в основном военными. Одной из лучших ламповых ЭВМ советского производства следует признать машины серии БЭСМ (большая электронная счетная машина). Всего было выпущено шесть моделей БЭСМ-1 … БЭСМ-2 (ламповые) БЭСМ-3 … БЭСМ-6 уже на транзисторах. На момент создания каждая модель этой серии была лучшей в мире в классе универсальных ЭВМ.
Второе поколение ЭВМ 1955 – 1970 гг
Элементной базой второго поколения были транзисторы и полупроводниковые диоды. По сравнению с ламповыми, транзисторные ЭВМ были менее габаритны, потребляемая мощность также была намного ниже. Быстродействие ЭВМ второго поколения достигало до полумиллиона операций в секунду, появились внешние запоминающие устройства на магнитных носителях – магнитные ленты и магнитные барабаны, были созданы алгоритмические языки и операционные системы.
Третье поколение ЭВМ 1965 – 1980 гг
Для третьего поколения в качестве элементной базы использовались микросхемы малой и средней степени интеграции – в одном корпусе содержалось до нескольких десятков полупроводниковых элементов. Прежде всего это были микросхемы серий К155, К133. Быстродействие таких ЭВМ достигало 1 млн. операций в секунду, появились монохромные алфавитно – цифровые видеотерминалы (у машин второго поколения использовались телетайпы и специальные пишущие машинки).
Дальнейшее развитие элементной базы привело к созданию микросхем большой (БИС) и сверхбольшой (СБИС) степени интеграции. В одном корпусе таких микросхем содержится несколько сотен элементов. Эти микросхемы в СССР были представлены серией К580.
Четвертое поколение ЭВМ 1980 – настоящее время
Это поколение появилось на свет благодаря созданию фирмой Intel в 1971 году микропроцессора, что было явлением просто революционным. Чип Intel 4004 при размерах кристалла 3,2*4,2 мм, содержал 2300 транзисторов и имел тактовую частоту 108 КГц. Его вычислительная мощность была эквивалентна ЭВМ ENIAC. На базе этого устройства был создан новый тип компьютера микро – ЭВМ. Первые персональные компьютеры (ПК) были выпущены в 1976 году фирмой Apple, но в 1980 году фирма IBM перехватила инициативу, создав свой ПК IBM PC, архитектура которого стала международным стандартом профессиональных ПК. Современные процессоры второго поколения Core i7 фирмы Intel содержат свыше миллиарда транзисторных структур.
Элементная база бытовой электроники
Как уже было сказано выше, локомотивом развития элементной базы электроники стал быстро растущий, развивающийся рынок ПК. Благодаря этому современная бытовая техника напоминает специализированный компьютер. Телевизоры, домашние кинотеатры, проигрыватели DVD дисков имеют такие эксплуатационные параметры, которые лет двадцать назад просто невозможно было представить.
Даже стиральные машины, холодильники, простые новогодние гирлянды управляются микроконтроллерами. Современные поющие и говорящие детские игрушки, сделанные в Китае, также с микроконтроллерным управлением. Кстати, поразительный факт: еще в шестидесятые годы двадцатого столетия китайцы не могли наладить даже выпуск детекторных приемников, а теперь почти вся электроника делается в Китае.
В промышленности также любое современное устройство управления техпроцессом, даже не очень сложное построено на основе микроконтроллеров и, как правило, имеет интерфейс для подключения к ПК. Такой интерфейс имеют, например, электронные счетчики электроэнергии, что позволяет использовать их в системах автоматического учета.
Надежность современных электронных компонентов достаточно высока. Тем не менее, нередки случаи, когда любая электронная техника приходит в негодность, нуждается в ремонте. В случае поломки бытовой электронной техники не всегда возможно отнести неисправное устройство в специализированную мастерскую, просто не везде они есть. Тогда на помощь приходят радиолюбители, ремонтирующие технику в своих домашних мастерских.
Квалификация таких домашних мастеров, как правило, очень высокая, ведь ремонтируется весьма широкий спектр электронной техники: от простых дверных звонков до спутниковых систем телевидения. Об устройстве и организации таких мастерских на дому будет рассказано в следующей статье.
О пресловутом отставании элементной базы
О ПРЕСЛОВУТОМ ОТСТАВАНИИ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
Борис Малашевич
Автор: Малашевич Б.М.
В последнее время выходит масса печатных и телевизионных изданий об истории отечественной науки и техники, о главных конструкторах космических, ракетных, авиационных и иных систем, об их продукции, зачастую превосходящей своих зарубежных современников. Издания достаточно интересные и, безусловно, полезные. Но практически у всех имеется один принципиальный недостаток – они полностью умалчивают о важнейших составляющих этих систем. Так, в фильме о главном конструкторе ракетных систем П.Д. Грушине («Защита Грушина» в сериале «Тайны забытых побед») много внимания уделяется точности поражения ими целей, но ни слова не говорится о том, чем такая точность обеспечивается. Ни о бортовой или наземной системах управления, ни о радиолокаторах, ни о чем ином, где работают электроны, даже не упоминается. Слова с корнем «электрон» в этом фильме и многих подобных изданиях просто отсутствуют. Из фильма создается впечатление, что эти хитрой конструкции гептиловые бочки умны сами по себе, сами находят и поражают цель. А ведь без электроники в принципе было бы невозможно создание всех тех систем, о которых рассказывают печатные и телевизионные издания. Без электроники ракеты Грушина не только не попали бы в цель – вообще не полетели бы.
Но разработчики систем управления, радиолокаторов, компьютеров и других радиоэлектронных систем, о которых забывают упомянуть создатели ракет, самолетов и т.п., оказались больны той же болезнью. В подавляющем большинстве, рассказывая о вычислительной технике и иной радиоэлектронике, они забывают о комплектующих изделиях, из которых их аппаратура строится, умалчивают, что именно уровнем развития комплектующих изделий определяется и технический уровень их продукции. А если и вспоминают, то чаще всего для того, чтобы недостатки своих изделий «списать» на пресловутую «отсталость элементной базы». Из всей массы пишущих, пожалуй, только В.В. Пржиялковский (ген. конструктор ЕС ЭВМ) и В.И. Штейнберг (гл. конструктор семейства БЦВМ «Аргон») не забывают достаточно объективно оценить роль элементной базы.
Такая однобокая подача материалов, на фоне нынешнего подавляющего распространения импортной электроники, создает ложное представление у читателя и зрителя, особенно у молодежи, об уровне развития станы и ее электроники в недалеком прошлом. В результате общество стремительно забывает, что во многих областях науки и техники дореформенного периода наша страна имела весьма высокий уровень развития, часто превосходящий мировой. Первый в мире спутник, первый в мире космонавт были наши. Первое в мире поражение баллистической ракеты противоракетой с безъядерным зарядом (кстати, ракетой «В-1000» П.Грушина) было получено нашей системой ПРО (Система А), американцы отстали на 23 года. И сбита она была благодаря системе управления, полностью отечественной, построенной на основе ЭВМ «М-40» академика А.С. Лебедева. Первая в мире атомная электростанция была наша. Первый в мире атомный ледокол был наш. Первой в мире ЭВМ производительностью более 1 млн. оп/с. была наша К340А (кстати, так и оставшаяся мировым рекордсменом по производительности среди ЭВМ второго поколения, на транзисторах). Лучшей ЭВМ Восточного полушария и второй в мире в своё время была наша БЭСМ-6. Производство интегральных схем в СССР и США (конструктивно и технологически разных) началось практически одновременно, в 1962 г. Таких примеров нашего лидерства или соответствия передовому уровню было огромное количество. В СССР информация о достижениях электроники, как и многих других направлений науки и техники, была в значительной степени засекречена. И тогда общественность о многих наших достижениях и приоритетах не знала, а в нынешних условиях и то, что было известно, забывается. Это создает у непосвященных, особенно у молодежи, не знающей жизненных реалий тех времен, ложное представление, что своей электроники у нас никогда не было. Что совершенно не соответствует действительности и дает ложные ориентиры на будущее.
Что же было на самом деле? Номенклатура «элементной базы», официально это называлось «изделия электронной техники» – ИЭТ (сейчас ЭКБ – электронная компонентная база), весьма обширна и разнородна. От «простейших» резисторов, до сложнейших микросхем. Это и конденсаторы, и транзисторы, и разъемы, и переключатели, и трансформаторы, и радиолампы, и кинескопы, и многое, многое иное. С самого зарождения электронной промышленности в стране в 1961 г. министр А.И. Шокин стремился реализовать принцип ее опережающего развития относительно запросам потребителей. На основе инициативных разработок отрасли. Но далеко не всегда потребители воспринимали эти инициативы. Так 1 февраля 1973 г. на заседании в Военно-промышленной комиссии при СМ СССР (ВПК) А.И. Шокин привел следующий пример [1]: «МЭП инициативно разработал СВЧ-приборы миллиметрового диапазона, опережающие зарубежный уровень, но 5;6 лет эти приборы остаются невостребованными разработчиками РЭА – они не видят аналогов за рубежом и не хотят рисковать. Пример СВЧ ЭВП миллиметрового диапазона – не единственный». (Кстати, в СВЧ приборах наша электроника всегда была и есть на передовых в мире позициях).
Именно инициативные разработки МЭП соответствовали, а часто и превосходили мировой уровень. И именно для демонстрации преимуществ созданных ИЭТ, не оценённых потребителями, Минэлектронпрому часто приходилось разрабатывать и аппаратуру на их основе. Сохранились [1] оценки уровня разработок ИЭТ в интересах заказчика относительно мирового уровня, которые давало заказывающее 16ГУ Минобороны (МО) на ежегодных отчётах МЭП в Военно-промышленной комиссии (ВПК), и выглядят они весьма достойно:
Год разработки Отстаёт, % Соответствует, % Опережает, %
1974 10,0 90,0 0,0
1976 9,0 67,0 24,0
1977 3,0 77,0 20,0
1980 12,9 87,1 0,0
1981 3,1 96,9 0,0
1982 4,0 96,0 0,0
1983 13,0 57,0 0,0
1984 5,3 94,7 0,0
Подчеркнём, что это оценки заказчика, не заинтересованного в приукрашивании успехов Минэлектронпрома.
Но и без лукавства здесь не обошлось – сравнивались только что законченные разработки с новыми, но уже серийными зарубежными образцами, т.к. информации об их последних разработках, как правило, не было. Но если за мировой уровень принимать не рекордсменов, а некоторый спектр производимых изделий с лучшими параметрами, что вполне справедливо, то многие наши ИЭТ этому спектру вполне соответствовали, а не редко и превосходили.
Этот вывод в 2010 г. в своей статье [2] подтвердил наш нобелевский лауреат за работы в микроэлектроники Ж.И. Алфёров: «В 1970 – 1980-е годы существовали только три страны с развитой электроникой: США, Япония и СССР. Но по многим направлениям советская электроника занимала передовые позиции».
Все вышесказанное о техническом уровне отечественной электроники относится к разработкам и началу производства новых ИЭТ. Хуже обстояло с организацией их массового производства – МЭП всегда находился в состоянии острого дефицита специального технологического оборудования и материалов.
Основой электронной промышленности являются новые технологии, в этом ее принципиальное отличие от радиопромышленности, основой которой являются новые архитектурные и схемотехнические решения, слабо связанные с технологиями производства. А новые технологии влекут за собой необходимость микроэлектронике новых материалов (сверхчистых) и нового технологического оборудования (сверхсложного и сверхпрецизионного), причём, в основном, специализированных, не востребованных в других отраслях промышленности. Эта специализация привела к тому, что профильные министерства (химики, металлурги, машиностроители, приборостроители и др.) отказывались от разработок и производства для Минэлектронпрома специальных материалов, технологического и контрольно-измерительного оборудования. А централизованная плановая система, которая, вроде бы по определению должна была просто решить эту проблему волевым методом, не сработала, государство не смогло (или не сочло нужным) заставить министерства выполнять свои функции – воли не хватило. И импортировать в условиях противостояния двух систем в форме «холодной войны» с «балансированием на грани войны» (термины тех лет) ничего передового не удавалось, только второстепенное. Страны НАТО во главе с США создали специальный международный комитет КОКОМ, который строго следил, чтобы ничего передового, стратегически важного в СССР и его союзникам из капиталистических стран не поставлялось.
В результате Минэлектронпрому все приходилось делать самому. Но собственных ресурсов у МЭП-а для производства в нужных объемах технологического оборудования и материалов было недостаточно, а помощь государства была ничтожна. В результате достаточных мощностей серийных заводов Минэлектронпрому создать так и не удалось. По этой причине на заводы профильных инновационных центров, например зеленоградского по микроэлектронике, изначально задуманные как опытные для отладки новых технологий и новых изделий, директивными документами было возложено серийное производство продукции, что, естественно, влекло к снижению эффективности инновационных центров по созданию новой продукции.
Руководство Минэлектронпрома предпринимало все возможные меры исправить положение. Вот примеры выступлений А.И. Шокина на заседаниях ВПК, записи о которых сохранились у В.М. Пролейко [1], в течение18 лет начальника Главного научно-технического управления МЭП:
19.03.1975: «МЭП вынужден производить более 1000 типов материалов и более 100 типов вынужден закупать по импорту».
13.08.1975: «Мы не можем получить от МРП, МПСС, МОП их стандартной метрики и оптики».
7.04.1976: «МЭП производит для себя все технологическое оборудование, включая металлорежущие станки, и более 1000 наименований материалов, включая бескислородный кремний».
13.04.1977: «МЭП сегодня – 12 500 типов ИЭТ, 20 млн. типономиналов, 340 тыс. договоров на поставку. Объемы производства в 10-й пятилетке в полтора раза превышают суммарный объем четырех пятилеток. МЭП сегодня в связи с уровнем микроэлектроники способен производить РЭА любой сложности. 100 типов материалов для МЭП закупаются за рубежом, хотя еще на 23-м съезде КПСС было решено создать в СССР производство всего комплекса материалов для электронной промышленности. В МЭП самая низкая зарплата и худшее обеспечение среди МООП» (Министерств Оборонных Отраслей Промышленности).
7.03.1978: «Сохраняется крупный дисбаланс: строят 20 заводов по производству цветных телевизоров и только один завод (вместо 10 необходимых) по производству ИС. Этот единственный завод микроэлектроники строится в Кишиневе уже 10 лет. О дисбалансе я говорю последние четыре года, а об отсутствии в МЭП необходимых материалов – много лет».
4.04.1981: «По-прежнему трудности с поставкой материалов для МЭП, поставкой из МПСС метрики. Мы не смогли добиться такого же отношения к микроэлектронике, как в США, где она объявлена высшим приоритетом».
24.02.1983: «В США со времен Картера высший приоритет отдается электронике, а МЭП СССР не обеспечен материалами и метрикой».
4.04.1984: «В стране никто кроме МЭП не производит электронные материалы. МЭП уже выпускает более 1000 наименований материалов, а более 100 получает по импорту». Следовательно, с 1975 г. (см. выше) ничего в отношении к обеспечению МЭП не изменилось.
Инициатива МЭП по разработке современных видов РЭА закончилась тем, что МО (Покровский, Ивашутин, Белов) переадресовывают рода войск на заказы, которые должны выполнять МРП и МПСС, на МЭП. Это приведёт к развалу МЭП».
20.02.1985 г. А.И. Шокин комплексно коснулся принципиальных вопросов, определяющих уровень электроники:
«1. Технология: МЭП имеет 150 проекционных литографических установок стоимостью по 160 тыс. руб. А электронная промышленность США имеет 3200 установок стоимостью по 1 млн. долл. Ежегодно США направляет 23 млрд. долл. на развитие микроэлектроники.
2. Материалы: в МЭП поставляются материалы, которые не имеют ни ГОСТов, ни ТУ. На входном контроле заводов цветных кинескопов бракуется до 60% материалов. Глинозем для корпусов ИС не имеет ТУ. Ферритовые порошки не поставляются. Из 113 типов материалов, поставляемых по импорту, только на 47 типов подписаны контракты. Нельзя снабжать электронную промышленность материалами, качество которых никто не гарантирует.
3. Оборудование: МЭП выпускает оборудование на 800 млн. руб. в год. Электронной промышленности требуется оборудование с годовым выпуском в 3 млрд. руб., MOM, МРП, МПСС, Минприбор требуют поставки оборудования из МЭП на 5 млрд. руб. Но наша главная задача разрабатывать и производить для обороны и народного хозяйства СССР электронные приборы.
4. Радиоаппаратуростроение: МЭП за прошедший период 11-й пятилетки произвел на основе микроэлектронных технологий РЭА на 4 млрд. руб. Характеристики этого класса РЭА так понравились генеральному заказчику – Министерству обороны, что многие из родов войск стали заказывать РЭА номенклатуры МРП, МПСС, Минприбора, МЭТП прямо в МЭП. Но, повторяю: это не наше дело, наша главная задача – разработка и производство современных высоконадёжных ИЭТ.
5. Положение электроники, как традиционной третьесортной комплектующей отрасли, (а не определяющей, как в США).
6. Нам не учитывают наши работы, пока не сданы конечные системы вооружения. Мы вынуждены производить ИЭТ разработки 1935 и даже 1928 года из-за нежелания производителя РЭА модернизировать её.
7. Электроника требует другого, государственного отношения к её развитию».
Как видим, MOM, МРП, МПСС, Минприбор, вместо того, чтобы обеспечивать Минэлектронпром оборудованием для производства необходимых им ИЭТ, уже требуют от МЭП поставки оборудования, соответствующего их специализации. А военные начали заказывать аппаратуру в МЭП. Комментарии, как говориться, излишни. Это не поддаётся никакому пониманию. Но это факт.
Даже этого короткого экскурса на заседания ВПК достаточно, чтобы понять невыносимость условий, в которых развивалась отечественная электронная промышленность.
Но, несмотря на эти ужасные условия, в дореформенный период темпы роста объемов производства в МЭП всегда был значительно выше, чем в промышленности страны в целом, к 1990 г. – в 35 раз [3]. При том, что рост численности производственного персонала в МЭП был всего в 3,5 раза выше, чем в промышленности в целом. Следовательно, эффективность производства в электронной промышленности была примерно в 10 раз выше, чем в среднем по промышленности в стране. И, при этом, как уже было сказано А.И. Шокиным: «В МЭП самая низкая зарплата и худшее обеспечение среди МООП».
Именно благодаря высочайшей эффективности работы отечественной электронной промышленности наша страна занимала уверенные, а часто лидирующие позиции в важнейших отраслях науки и техники. 13.08.1975 г. на заседании ВПК С.А. Афанасьев (министр общего машиностроения) заявил: «Только благодаря МЭП с надежностью ИС в 1 отказ на 100 миллионов и миллиард часов, нам удалось создать новые ракеты». А в 2009 г. свою статью, посвященную 100-летию А.И. Шокина, Ж.И. Алферов начал абзацем [2]: «Я очень высоко оцениваю советскую электронику, созданную под руководством ее министра, Александра Ивановича Шокина в 60–80-е годы прошлого века. В 1970–1980-е годы существовали только три страны с развитой электроникой: США, Япония и СССР. Но по многим направлениям советская электроника занимала передовые позиции…»
И все же многие ИЭТ МЭП разрабатывал и производил по зарубежным аналогам, программируя этим отставание от мирового уровня в данном направлении.
Попробуем разобраться с этим на примере микроэлектроники – самом сложном изделии электронной техники. И самом важном. И прежде всего на уже упомянутом утверждении многих отечественных компьютерщиков и радиоэлектронщиков об «отставании отечественной элементной базы». Действительно, большинство изделий микроэлектроники (но далеко не все) разрабатывались по зарубежным аналогам, следовательно, появлялись в нашей стране на пару и более лет позже, чем в других развитых странах. В народе этот процесс уничижительно назывался «передиром», официально – «воспроизведением». Но всегда ли это было, почему и как это происходило?
ВСЕГДИ ЛИ ЭТО БЫЛО?
Рождение мировой микроэлектроники состоялось в 1962 г. и связано с началом серийного производства первых полупроводниковых интегральных схем (ИС) фирмами Fairchild (серия «Micrologic»), Texas Instruments (серия «SN-51») в США и Рижским заводом полупроводниковых приборов (полупроводниковой ИС «Р12-2» и серии гибридных ИС (ГИС) «Квант» на ее основе) в СССР [4]. В СССР это событие ознаменовалось еще и выходом Постановления ЦК КПСС и СМ СССР от 8 августа 1962 г. (№ 831-353) о развитии отечественной микроэлектроники и создании ее инновационного центра – Центра микроэлектроники (ЦМ, позже «Научный центр» – НЦ) в будущем Зеленограде [5, 6].
ЦМ создавался практически на пустом месте, располагая сначала только тремя типовыми школьными зданиями. Но уже через два года завод «Ангстрем» выпускал микроприемник «Микро» и первую серию толстопленочных ГИС «Тропа», а завод «Элион» приступил к изготовлению вакуумного оборудования. И это было только начало.
На вновь создаваемые предприятия микроэлектроники, и в ЦМ, и в других регионах страны пришли высококвалифицированные инженеры из радиоэлектронных предприятий. Они принесли с собой богатый опыт проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) из дискретных элементов и прекрасно знали, какие функциональные узлы (ячейки) нужны для построения РЭА. Поэтому они четко понимали стоящие перед ними задачи, которые можно сформулировать следующим образом – в виде интегральной микросхемы выполнить те же самые функциональные узлы, которые ранее они выполняли на печатной плате. Иными словами функциональный состав микросхем и их схемотехника были специалистам хорошо известны, проблемы были в конструкции и технологии. Но в этих вопросах никакого отечественного опыта тогда еще почти не было, а о зарубежном опыте, который тоже был еще ничтожно малым, информацию можно было почерпнуть только в редких и скудных публикациях – на свободном рынке микросхем еще не было. Первые полупроводниковые ИС ф. Fairchild и Texas Instruments с 1962 г. поступали только для военных и космических программ, а первые ГИС, анонсированные ф. IBM в 1964 г., использовались ею только для новых ЭВМ системы IBM-360. И это все, что имелось тогда в мире.
В этих условиях и началось создание советской микроэлектроники. Вновь образуемые коллективы сразу приступали к разработкам изделий принципиально нового тогда класса продукции, и, как правило, это им удавалось не хуже, чем их зарубежным коллегам. Вот некоторые примеры отечественных пионерских проектов:
• Первая отечественная полупроводниковая ИС Р12-2 и гибридные ИС (ГИС) «Квант» на её основе [6] имели важные преимущества перед американскими:
— Р12-2 реализовала функцию «2НЕ-ИЛИ» – универсального элемента для построения любых цифровых устройств. Первые американские ИС были триггерами – схемами ограниченного применения.
— ГИС серии «Квант» были первыми в мире промышленными ГИС с двухуровневой интеграцией (в них использовались полупроводниковые ИС «Р12-2»).
— ИС «Р12-2» и ГИС «Квант» сразу же пошли в серийное производство, продолжавшееся более 30 лет, первые американские ИС Дж. Килби и Р. Нойса остались экспериментальными, в производства пошли другие ИС, даже не ими разработанные.
• Первое зеленоградское изделие – радиоприёмник «Микро» был первым в мире функционально законченным изделием потребительской микроэлектроники (конечным продуктом). За ним последовал радиоприемник «Эра». Фактически, это были предтечи (за 40 лет) современных MP3-плееров – то же назначение, те же компоновки (в кармане – левые на рисунке, и за ухом – правые).
• Первая зеленоградская серия ГИС «Тропа» по уровню не уступала STL-модулям IBM. Она была создана на совершенно иных конструктивно-технологических принципах. Их некоторое внешнее сходство объясняется одинаковым прототипом – плоским микромодулем, которые тогда промышленно производились и в СССР, и в США.
Список отечественных изделий микроэлектроники первых лет весьма внушителен и характерен тем, что все это, как правило, оригинальные разработки, не имеющие прямых зарубежных аналогов. По техническому уровню они, в основном, либо не уступали зарубежным современникам, либо превосходили их, как ГИС «Талисман» из НИИТТ с многослойным керамическим корпусом, за рубежом тогда еще не известным. Иными словами, отечественная микроэлектроника в первые годы своего существования в целом соответствовала мировому уровню. Однако её золотой век, когда микроэлектронщики могли творить самостоятельно и использовать все свои потенциальные возможности, продолжался не долго.
В 2-3 рода раскрутив маховик создания микроэлектроники, Минэлектронпром вскоре оказался в кризисной ситуации. На него обрушился огромный шквал заявок на создание и поставку широчайшей номенклатуры ИС. Многие потребители ИС занимались воспроизводством зарубежных образцов РЭА, выпускаемых самыми различными фирмами. И они требовали воспроизводства комплектующих изделий, в т.ч. ИС, примененных в оригиналах аппаратуры. Часто эти требования оформлялись в виде постановлений ЦК КПСС и СМ СССР, обязательных к исполнению. Аналогично поступали и те, кто разрабатывал оригинальную аппаратуру. Они заказывали не ИС с такой-то функцией и такими-то параметрами, а называли зарубежный аналог и требовали в точности его воспроизвести. Так в 1971 г. от потребителей поступило более 3000 заказов на воспроизводство ИС, при возможностях Минэлектронпрома выполнить около 150 разработок. В перспективе такая практика приводила к необходимости воспроизводства всей мировой номенклатуры ИС. А значит к воспроизводству всех многократно дублированных разными фирмами технологий, мирового парка разнообразного (и также многократно дублированного) технологического оборудования (а оно в микроэлектронике очень сложно и очень дорого), особо чистых материалов и т.п. Этот абсурд не по силам ни одной стране, тем более скромному по своим возможностям Минэлектронпрому. Решение этой проблемы могло быть только одно – резкое ограничение непомерных запросов аппаратурщиков до возможностей микроэлектронщиков. Это требовало большой работы с потребителями, фактически постоянных и тяжелых сотрудничества и борьбы с ними. И форма такого «сотрудничества в борьбе» была найдена.
Минэлектронпром перешел на формирование отраслевых планов разработок изделий электронной техники на основе заявок министерств-потребителей. Проводилась ежегодная, так называемая, «Заявочная компания». Каждое министерство, разрабатывающее и производящее радиоэлектронную аппаратуру, собирало со своих предприятий заявки на разработки новых изделий электронной техники, проводило их определенную унификацию и оптимизацию и представляло в Минэлектронпром сводную заявку. Общее число таких заявок было весьма внушительно, и Минэлектронпром проводил следующий этап унификации и оптимизации всех поступивших заявок. А в конце года выносил результаты для обсуждения на межотраслевое заключительное совещание, на которое министерства приводили представителей всех заинтересованных предприятий – своих заказчиков. Там все заявки обсуждались, и принималось окончательное решение. В результате количество заявок приводилось к целесообразному и реально выполнимому объёму при удовлетворении потребностей максимального числа заказчиков. Принятые заявки автоматически включались в планы разработок Минэлектронпрома на следующий год. Заявочную компанию по изделиям микроэлектроники проводил зеленоградский «Научный центр» – головной в отрасли по микроэлектронике. А проведение заявочной компании по разделу «Микропроцессоры» от их появления и до ликвидации Минэлектронпрома было одной из моих служебных функций. И за все эти почти два десятка лет ни от одного из потребителей не поступило ни одной заявки на разработку микропроцессора с заданными функциями и характеристиками. Все заявки были на воспроизведение конкретных зарубежных аналогов, причем самых различных. То же самое было и по другим разделам: «Память», «Логика», «ЦАП-АЦП» и т.д. Интересный пример – создание ЭСЛ ИС серии 100. Еще к 1969 г. в НИИМЭ была разработана, поставлена на Микроне своя технология производства ЭСЛ ИС и получены первые образцы нескольких оригинальных ИС серии 138. Но вскоре началась разработка суперЭВМ «Эльбрус» и по требованию ее главного конструктора (подкрепленного постановлением ЦК КПСС и СМ СССР, с которым не поспоришь) НИИМЭ и Микрону было поручено воспроизведение серии МС10000 ф. Motorola. Выпускать две близкие по характеристикам серии ИС было и не целесообразно, и не по силам НИИМЭ и Микрону. В результате развитие оригинальной серии К138 пришлось остановить и, в угоду заказчику, делать аналоги уже давно выпускаемых МС10000 (серия 100), уступающих серии К138 по быстродействию (важнейший для ЭСЛ ИС параметр).
Так, под давлением потребителей, оригинальные разработки в Минэлектронпроме постепенно были вытеснены и замещены воспроизводством зарубежных аналогов. Известный закон: «Делай заказчику не то, что он просит, а то, что ему нужно» был блокирован. Аппаратурщики далее получали то, что просили. Тут-то и началось самое интересное – те же самые аппаратурщики, навязавшие практику воспроизводства, начали обвинять Минэлектронпром в «отставании элементной базы». Т.е. в том, что заказанные ими же Минэлектронпрому аналоги зарубежных ИС появлялись у нас в стране позже, чем их оригиналы за рубежом. Это и абсурдно, и аморально.
Но аморальности ситуации заказчики не замечали. Мало того, многие пошли дальше. И свои неудачи в реализации проектов они частенько стали оправдывать «недостатками» элементной базы. Специалистам НИИНЦ (в т.ч. и мне) и ЦКБ «Дейтон» часто приходилось выезжать на предприятия и разбираться с такими обвинениями. В подавляющем большинстве они были беспочвенны, а причинами неудач аппаратурщиков, как правило, были нарушения режимов и условий применения ИС (несмотря на прекрасное информационное обеспечение – на каждую серию ИС потребителю давался «Руководящий технический материал по применению»). А частенько эти причины не имели никакого отношения к элементной базе.
Навязанная Минэлектронпрому практика воспроизводства ИС неизбежно привела к реальному отставанию отечественной элементной базы, а вслед за ней и РЭА. Зарубежный потребитель получал в свое распоряжение ИС сразу по выпуску ее на рынок производителем. Наш потребитель получал ее с задержкой, складывающейся из следующих этапов:
• Для потребителя ИС, разрабатывающего оригинальную аппаратуру:
o время на продвижение ИС аналога на рынок производителем,
o время на принятие решения о целесообразности «воспроизводства» ИС,
o времени оформления заявки на «воспроизводство» ИС и принятия решения,
o времени разработки ИС и освоения ее в производстве.
В сумме это составляло 2-4 года.
• Для потребителя ИС, «воспроизводящего» зарубежную аппаратуру задержка была еще больше и включала:
o время для продвижения ИС-оригинала производителем на рынок,
o время разработки и организации производства аппаратуры-оригинала,
o время продвижения аппаратуры-оригинала на рынок,
o время на принятие решения о целесообразности «воспроизводства» аппаратуры и формирование соответствующих планов и заданий,
o времени оформления заявки на воспроизводство ИС и принятия решения,
o времени разработки ИС и освоения ее в производстве.
В сумме это составляло 5-8 лет.
Устав от аморальных обвинений в «отсталости» элементной базы и понимая, что «идущий следом никогда не догонит», Минэлектронпром в 1978 г. в форме отраслевого стандарта ОСТ 11 348.901-78 [7] (с 1987 г. ГОСТ-27394-87) разработал процедуру и технологию метода совместного проектирования БИС. В разработке стандарта активное участие принимали 22ЦНИИИ МО и 16ГУ МО.
Расчёт был на интеллект аппаратурщиков, в то время еще имевших (даже среди «передиравших» РЭА) огромный опыт создания систем на основе дискретных приборов и ИС низкой и средней степени интеграции. В это время Минэлектронпром вышел на уровень серийного производства микропроцессоров и других функционально сложных БИС, т. е. к микроэлектронной реализации устройств. Предполагалось, что разработчики радиоэлектронных систем захотят реализовать свои заделы, свои оригинальные структурные и схемотехнические решения, свои «know-how» (которых тогда было еще много) в интегральном исполнении в виде БИС, захотят сохранить за собой приоритет новизны своих решений. Фактически ОСТ приглашал аппаратурщиков к творческому сотрудничеству с микроэлектронщиками. Он позволял создавать оригинальные БИС и тем самым избавиться от пресловутого воспроизводства и связанного с ним отставания и элементной базы, и РЭА.
Метод совместного проектирования предусматривал выполнение схемотехнического этапа создания ИС (позже в США получившего названия «Front-End» проекта) заказчиком, а этапа разработки топологии, конструкции и т.д. («Back-End» проект) – предприятием Минэлектронпрома (исполнителем). Метод позволял заказчику получить именно те ИС и БИС, которые ему нужны для оптимального решения его задач с использованием его оригинальных технических решений.
Для того чтобы донести идею предлагаемого метода до потенциальных партнеров в журнале «Электронная промышленность», тогда весьма популярном среди и микроэлектронщиков, и аппаратурщиков, была размещена статья [8], обосновывающая и подробно описывающая суть метода.
Предложение строилось не на пустом месте. Этот метод уже был практически апробирован и отработан в Зеленограде при создании ИС серий «Конус» и «Круг» (1969-1972 гг., «Front-End» – СВЦ, «Back-End» – завод «Экситон», Павловский Посад) и микропроцессоров серий К587 («Front-End» – СВЦ, «Back-End» – НИИТТ), К588 («Front-End» – СВЦ, «Back-End» – ПО «Интеграл», Минск), К1883 («Front-End» – СВЦ и НИИТТ, «Back-End» – ф. Robotron, ГДР) и К1802 («Front-End» – СВЦ и НИИТТ, «Back-End» – НИИМЭ). Кстати, подобным методом создавались и первые отечественные ИС, разработанные в 1962 г. в Риге ИС «Р12-2» (схемотехника НИИРЭ, Ленинград) и в 1964 г. в НИИТТ ГИС серии «Тропа» (в разработке электрических схем участвовал НИИЭМ).
Проверенный таким образом метод совместного проектирования, доказавший свою эффективность и на межотраслевом, и на международном уровне, в форме отраслевого стандарта ОСТ 11 348.901-78 предлагался для более широкого применения. Повсеместно ругаемые ныне советские чиновники верно оценили возможности метода. ОСТ был согласован Генеральным заказчиком, а ВПК приняла решение о введении ОСТ 11 348.901-78 в действие в аппаратурных министерствах. О том, что Минэлектронпром и госчиновники не ошиблись, свидетельствует тот факт, что через два десятка лет метод совместного проектирования получил распространение во всем мире в виде дезинтеграции процесса создания ИС на этапы «Front-End» (схемотехническое проектирование) и «Back-End» (топологическое проектирование), которые в ОСТ именовались «этап архитектурно-схемотехнической разработки» и «этап конструкторско-технологической разработки».
Но ОСТ опередил своё время. Отечественные аппаратурщики не воспользовались предоставленной им прекрасной возможностью резко повысить технический уровень своей РЭА, сократить или ликвидировать свое отставание от мирового уровня. Они оказались психологически не готовыми к участию в создании БИС – серьезных технических препятствий тому не было. Они так и не отказались от порочной практики заказов воспроизводства зарубежных аналогов, обрекающей их на отставание от зарубежных конкурентов. По прогрессивной технологии в СССР совместно с заказчиком другого ведомства создан только один микропроцессорный комплект – серия К583 для некоторых моделей компьютеров ЕС ЭВМ и бортовых компьютеров («Front-End» – межведомственная рабочая группа при НИЦЭВТ во главе в В.А. Гринкевичем (инициатором и энтузиастом этой работы), «Back-End» – минское ПО «Интеграл»). Только с появлением матричных базовых кристаллов (БМК) некоторые потребители потихоньку начали включаться в процесс создания полузаказных БИС, но очень робко и очень медленно.
Таким образом, на вопрос: «Почему Минэлектронпром воспроизводил зарубежные ИС?» следует однозначный ответ – по требованию потребителей. Рассмотрим, «как осуществлялось воспроизводство?».
КАК, ИЛИ КАЖУЩАЯСЯ ПРОСТОТА
Непосвященным кажется, что Минэлектронпром легко скатился на воспроизводство потому, что этот путь значительно проще технологически. Якобы берется чужая микросхема и повторяется «один-в-один», ничего придумывать и изобретать не нужно (часто пишут: «не смогли даже содрать точно!»). Это абсолютно безграмотная дилетантская позиция, потому, что «содрать точно» принципиально невозможно. Потому, что прежде чем приступать к «воспроизводству» какой-нибудь БИС (несколько образцов и пользовательскую документацию всегда можно было достать), нужно создать комплексную научную и производственную инфраструктуры, соответствующие техническому уровню воспроизводимой БИС.
Подчеркнём – прежде. Именно поэтому за рубежом «воспроизводством» занимаются только мощные полупроводниковые фирмы с технологическим уровнем, соответствующим уровню производителя оригинала. (А они этим широко занимались и занимаются, чтобы вклиниться в чужой сектор рынка. Фирма Intel переименовала свой процессор I586 в запатентованный лейбл «Pentium» именно в конкурентной борьбе с дублерами, выпускавшими процессоры-аналоги, в обозначения которых включались цифры 86, 186, 286, 386 и 486 из незащищаемых обозначений оригиналов: I8086, I80186, I80286, I80386 и I80486). Значит и Минэлектронпрому, прежде чем приступать к воспроизводству ИС, нужно было создать соответствующие технологии, особочистые материалы, сверхпрецизионное оптико-механическое, технологическое и контрольно-измерительное оборудование, системы автоматизации проектирования и управления процессами и многое, многое другое. И все это растиражировать в требуемых для оснащения заводов объемах. На это требуются годы. И только тогда, когда все это сделано, опробовано и аттестовано, когда подтверждены возможности вновь созданной технологии, только тогда можно приступать к созданию (или «воспроизводству») ИС. И уже неважно, будут они оригинальными, или сделаны по аналогу, поскольку все они конструктивно-технологически оригинальны, т.к. полупроводниковые технологии у всех производителей имеют свои особенности и «know-how» и точно повторить сделанное на чужой технологии невозможно. Если взять комплект фотошаблонов ИС одной фирмы и запустить их в производство другой фирмы с таким же уровнем технологии, ничего не получится. Все вышеуказанное Минэлектронпрому приходилось делать самостоятельно, поскольку организованный странами НАТО международный комитет КОКОМ изолировал СССР от международной кооперации, он строго следил, чтобы ничего прогрессивного в нашу страну не попадало – шла «холодная война». И эта сложнейшая инфраструктура создавалась практически одновременно с зарубежными фирмами. Из исторического факта, что ДОЗУ 64 Кбит фирма Intel и завод Ангстрем начали производить почти одновременно, в 1979 г. (Intel на несколько месяцев раньше), следует, что созданием необходимых для этого инфраструктур за несколько лет до того они начали тоже практически одновременно и, естественно, независимо, т.к. «заимствовать» было еще нечего. Вопроса «что создавать» перед специалистами, освоившими предыдущий уровень технологии, не стояло. Им это было совершенно ясно. Трудности были в том, как получить нужные результаты, и каждая фирма решала эти трудности сама. Не зря главной проблемой, особо охраняемым секретом в эпоху именно микроэлектроники стало «знаю как» («know-how»). Поскольку со «знаю что» обычно все ясно. И советским микроэлектронщикам проблему «как» приходилось решать самостоятельно, естественно используя все доступные источники информации о работах зарубежных конкурентов (те поступали так же – технический шпионаж всегда был, всегда будет и никто от него никогда не отказывался). И проблему всегда решали своевременно.
Именно поэтому Минэлектронпром, как правило, был готов принимать заявки на воспроизводство зарубежных ИС сразу по их появлении на рынке. Именно поэтому советская микроэлектроника входила в тройку мировых лидеров, занимая почетные второе место по изделиям военного назначения и третье место по изделиям индустриального и коммерческого назначения, иногда вырываясь вперед. И это в условиях фактической блокады нашей страны от мировых достижений науки и техники международным комитетом КОКОМ с его 250-страничным перечнем научно-технической продукции, запрещенной для поставки в СССР и его союзникам. И именно поэтому СССР был единственной в мире страной, обеспечивающей свои (и союзников) потребности в изделиях электронной техники всех видов и классов (США, Европа, Япония широко пользовались недоступной для СССР стараниями КОКОМ международной кооперацией, в т.ч. и для военных систем). Уровень развития советской микроэлектроники обеспечивал возможность создания и тиражирования лучших в мире ракет, самолетов, подводных лодок и многого другого. А если иногда чего-то недоставало, то не более чем в других отраслях.
Навязанная и ежегодно подкрепляемая потребителями практика «воспроизводства» кроме задержки появления в нашей стране новых ИС имела еще два негативных последствия в самом Минэлектронпроме/
Во-первых, многие руководители Минэлектронпрома и его предприятий постепенно привыкли к этой практике, которая существенно облегчала им жизнь, т.к. в значительной степени избавляла их и от необходимости скрупулезной работы над формированием номенклатуры, и от ответственности за качество этой номенклатуры. Они долго сопротивлялись, например 7 марта 1978 г., на заседании ВПК с отчетом МЭП за 1977 г. А.И. Шокин заявил: «То, что нас заставляют разрабатывать аналоги зарубежных БИС, а не дают нам совершенные и перспективные системо- и схемотехнические отечественные решения для создания БИС, тормозит как развитие МЭП, так и МООП в целом». Но там же прозвучало заявление Л.И. Горшкова, зам. председателя ВПК: «МЭП должен разработать аналоги более 100 типов зарубежных БИС». Так оригинальные разработки ИЭТ, как правило, более высокого технического уровня, волей потребителей постепенно вымывались из планов Минэлектронпрома.
Во-вторых, в большинстве НИИ и КБ Минэлектронпрома разрабатывающих ИС так и не были созданы (а где изначально были – деградировали) коллективы, способные на самостоятельную архитектурную, структурную и схемотехническую разработку оригинальных ИС. Все силы были направлены на «срисовывание» топологий чужих ИС, восстановления из этих топологий электрических схем, переработку схем под возможности своей технологии (с неизбежной корректировкой схем), разработку своей топологии и т.п. Воспроизводство – это тоже своего рода профессия, наука и искусство. Таким образом, в результате навязанной и ежегодно подкрепляемой потребителями (подчеркнем это еще раз) практики «воспроизводства» ИС, большинство предприятий Минэлектронпрома (к счастью не все) оказалось неспособными выполнять, выражаясь современным языком, «Front-End» этап проектирования ИС (при «воспроизводстве» не нужный), т.е. этап созидания нового. Пока ИС были относительно несложными, процесс «воспроизводства» проходил за терпимые сроки. Но с появлением БИС и СБИС «срисовывать» топологии и восстанавливать из них электрические схемы становилось все проблематичнее, а далее и практически невозможно. Да и авторы оригиналов постоянно придумывали хитроумные способы защиты от воспроизводства. К этому рубежу отечественная микроэлектроника вплотную приблизилась в попытках воспроизведения микропроцессоров I386 и I486, завершить которые помешала безобразно неудачная реализация давно назревших в стране реформ. Но «после драки кулаками не машут».
В Минэлектронпроме были коллективы и специалисты, которые «воспроизводить» микропроцессоры и другие БИС не хотели и не умели (это, как мы уже говорили, тоже искусство и профессия), а разрабатывали их самостоятельно. Потому, что имели в своей предыстории богатый опыт создания различных ЭВМ и имели соответствующие квалификацию, опыт и научные заделы. В первую очередь это коллективы СВЦ (переведенный затем в НИИТТ) в Зеленограде и ЛКТБ «Светлана» в Ленинграде. Все их разработки были оригинальны, и именно они успешно конкурировали с зарубежными достижениями, именно они были предметом гордости Минэлектронпрома. О некоторых мы уже говорили. Вот ещё несколько примеров:
• В 1975-77 гг. в СВЦ и ЛКТБ были созданы семейства микро-ЭВМ с оригинальными архитектурами «НЦ» и «С5» соответственно, не уступающие по совокупности параметров лучшим зарубежным образцам своего класса.
• В 1979 г. и в НИИТТ, и в ЛКТБ были разработаны однокристальные 16-разрядные микро-ЭВМ (ОЭВМ в терминологии тех времен, в нынешней терминологии – микроконтроллеры) К1801ВЕ1 и К586ВЕ1. Их характеристики превосходили параметры единственной известной тогда зарубежной 16-разрядной ОЭВМ TMS 9940, ф. TI, США.
• В 1980 г. ЛКТБ «Светлана» разработало, а в последующие годы реализовало идею фрагментно-модульного проектирования однокристальных (например, Л1875ВЕ1) и одноплатных контроллеров. Сегодня, т. е. почти через 30 лет, эта идея нашла повсеместное распространение в виде IP-блоков и систем на кристалле (СнК).
Это далеко не полный список оригинальных разработок Минэлектронпрома.
Если бы предприятиям Минэлектронпрома не помешали закрепить первый опыт создания оригинальных ИС и если бы потребители включились в процесс создания ИС в части перспективной номенклатуры и схемотехники, наша микроэлектроника и радиоэлектроника развивались бы совершенно иначе. Но этого не произошло. В первую очередь по вине потребителей, навязавших «воспроизводство» аналогов. Во вторую очередь по вине руководителей Минэлектронпрома и большинства его предприятий, которые либо не смогли, либо не захотели противостоять этому давлению. В результате многие предприятия Минэлектронпрома оказались в нелепой ситуации. Они разрабатывали и внедряли новые полупроводниковые технологии, оборудование и материалы, часто соответствующие мировому уровню, а иногда и опережающие его. Они прекрасно разрабатывали топологии ИС. Они прекрасно выпускали ИС в массовом производстве (к сожалению, не всегда в достаточных объемах). И умея все это делать, в целом не хуже зарубежных коллег (во всяком случае, до 1980 г. [5]), они были вынуждены «воспроизводить» чужые изделия, т.е. идти со значительным отставанием от своих возможностей. Многолетней практикой заказов «воспроизводства» зарубежных ИС потребители сами «рубили сук, на котором сидели». И срубили – эта практика не позволяла реализовать имевшиеся потенциальные возможности ни микроэлектронщикам, ни аппаратурщикам.
Подводя итог нельзя не отметить, что ни одно из достижений отечественной радиоэлектроники и вычислительной техники, а их было множество (а могло быть много больше, если бы не практика «воспроизводства»), было бы невозможно без соответствующих и опережающих достижений отечественной электронной промышленности. О которых так часто забывают.
А помнить о них необходимо.
Во-первых, свою историю нужно знать, чтобы знать свои возможности и не повторять ошибки, чтобы пресечь зарождение комплекса неполноценности, который из-за нашей забывчивости уже, к великому сожалению, зародился и развивается.
Во-вторых, чтобы новые поколения, ориентируясь на дела дедов и отцов, стремились не только восстановить отечественную микроэлектронику, но и возвратить её на мировой уровень.
А без своей микроэлектроники в диапазонах микро- и наноразмеров нашей стране не обойтись. Это одно из необходимых условий жизнеспособности России.
1. Пролейко В.М. «Электронная промышленность СССР и её Министр (обзор важнейших решений коллегии ГКЭТ – МЭП с 1961 по 1985 год)», – В сб. «Очерки истории российской электроники. Вып. 2. Электронная промышленность СССР. 1961 – 1985. К 100-летию А.И. Шокина» // М., Техносфера, 2009, стр. 46-75.
3. Шокин А.А. «Министр невероятной промышленности СССР. Страницы биографии». // М., Техносфера, 2007. 456 стр.
4. Малашевич Б.М. «Зарождение и становление отечественной микроэлектроники». – В сб. «История отечественной электроники», том 1. М. 2012, ИД «Столичная Энциклопедия», с. 469-496.
7. Малашевич Б.М., Щебаров Ю.Г., Шуклин А.М. и др. ОСТ11 348.901-78 «Микросхемы интегральные высокой сложности. Порядок проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ», Москва, Зеленоград, НПО НЦ, 32 стр.
8. Васенков А.А., Малашевич Б.М., Шахнов В.А. «Микропроцессоры и проблема взаимодействий между потребителями и создателями изделий электронной техники». – Электронная промышленность, № 5, 1978 г., с.22-26.
Статья с иллюстрациями опубликована: Малашевич Б.М. «О пресловутом отставании элементной базы». – В сб. «История отечественной электроники», том 1. М. 2012, ИД «Столичная Энциклопедия», с. 497-509.
Размещение произведения на сторонних ресурсах, а также его публикация на бумажных и иных носителях запрещены без согласия автора.
Малашевич Б.: boris@malashevich.ru
© Copyright: Борис Малашевич, 2012
Свидетельство о публикации № 217011901746