Микроэлектронный САПР: вчера, сегодня, завтра

Современное машиностроение неотделимо от электроники. Проектирование электронных устройств, как и всей промышленной продукции, уже невозможно без систем автоматического проектирования (САПР). Если у вас нет собственной САПР электроники, то у вас, скорее всего, нет и собственной полноценной разработки. САПР микроэлектроники составляет особый класс этих систем, который требует самостоятельного подхода к решению проблем его импортозамещения.

Александр Стемпковский

Сегодня

Во весь рост встала проблема импортозамещения зарубежной элементной базы на отечественную, которая должна быть полностью разработана и изготовлена в нашей стране. Но, к сожалению, Россия не располагает современными полупроводниковыми производствами достаточной мощности. Но и это еще не все. Разработки интегральных схем, которые базируются на современных системах автоматизированного проектирования, тоже полностью зависят от западных, а конкретнее, от американских поставок, поскольку уже долгое время рынок микроэлектронных САПР полностью монополизирован тремя американскими компаниями: Mentor Graphics, Cadence и Synopsis.

Следует отметить, что чрезвычайно дорогостоящее микроэлектронное производство совершенно беспомощно без САПР, а в стоимости самой интегральной схемы доминирует стоимость разработки, а не производства. Именно по причине крайней дороговизны американских САПР роскошь покупки временных лицензий на их использование могут себе позволить только крупные дизайн-центры и они совершенно недоступны для малых предприятий. Таким образом, потенциал страны в разработке интегральных схем тоже очень ограничен. По оценкам экспертов, потребность импортозамещения интегральных схем значительно превышает наши возможности по проектированию и производству.

Вчера

Одним из крупных НИИ в составе ЦИЭ должен был стать НИИ САПР радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и сверхбольших интегральных схем (СБИС), позднее — Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, ИППМ РАН, основной задачей которого являлось исследование и разработка перспективной САПР РЭА и СБИС.

Наш институт был создан на временных площадях и включился в активную работу, не дожидаясь обещанного большого здания и мощной компьютерной техники. Был создан малочисленный, но многообещающий научный коллектив. Наши иностранные коллеги с удивлением отмечали, что в условиях многолетнего крайне ограниченного обмена информацией исследователи, зачастую разными путями, приходили к похожим результатам. Вообще, все отмечали приблизительно одинаковый уровень состояния исследований, то есть в научном плане мы никому не уступали.

В начале 1990-х проект создания ЦИЭ был остановлен. Отдельные предприятия ЦИЭ, включая ИППМ РАН, которые успели открыться на временных площадках, уцелели, но функционировали совершенно в другом, десятикратно уменьшенном масштабе. Микроэлектронные производства находились в состоянии упадка. Это привело к страшному отток кадров из научных институтов, и единственным спасением представлялось сотрудничество с зарубежными компаниями. Были организованы совместные работы с такими мировыми лидерами, как Калифорнийский университет в Беркли (США), Университет Карнеги-Меллон (Питтсбург, США) и так далее. Выполнялись контрактные работы по заказам ведущих фирм, таких как Siemens, Motorola, Mentor Graphics, Intel и т. д. Практически все работы, сделанные на заказ, были внедрены за рубежом, большей частью в США. Удивительно, но коллективы, проводившие эти сложнейшие работы, были совершенно не востребованы в России.

Двадцать первый век принес в Россию перемены. Многое стало улучшаться, были закуплены и внедрены импортные технологические линии по производству интегральных схем. Более того, на базе этой линии были разработаны новые технологии следующего поколения.

Но, к сожалению, в области САПР интегральных схем лучше не стало. Ориентация на американские САПР сохранилась. Работы по САПР не финансировались и не финансируются до сих пор. По этой причине мы практически не имеем российских САПР и вынуждены платить большую «дань» американским компаниям. В структуре цены на разработку интегральной схемы в России затраты на покупку временных лицензий САПР достигают от 30 до 50%. Финансирование работ по созданию отечественной САПР до последнего времени не велось. А министерства предпочитали финансировать закупки временных лицензий на использование американских САПР, и такие бессистемные дорогостоящие закупки продолжаются до сих пор. Все это, а также практически неорганизованный процесс разработки интегральных схем в масштабах страны привело к высоким ценам и, как следствие, к полной неконкурентоспособности российских разработок. Их недостатками являются не только высокие цены, но и длительное время разработки, поэтому решение задачи импортозамещения в обозримые сроки и за разумные деньги представляется маловероятным. «Холодным душем» для чиновников стало сообщение о введенном США запрете на продажу САПР для ряда ведущих предприятий.

Завтра

Как правило, создание такой инфраструктуры — непосильная задача для отдельно взятого дизайн-центра, поэтому ее должно взять на себя государство. Необходимо полностью поменять политику государственного финансирования, переместив фокус с разрозненных проектов создания микроэлектронных устройств на создание инфраструктуры разработки таких устройств, доступной для всех предприятий страны.

Решение этой задачи должно, на мой взгляд, проходить в три этапа:

• создание начального варианта инфраструктуры на базе дизайн-центра коллективного пользования путем аккумулирования там на взаимовыгодных основах всего коллективного опыта разработок российских компаний, включая отечественные САПР;
• доведение начального варианта инфраструктуры до полного путем разработки и реализации дорожной карты по закрытию белых пятен — отсутствующих компонентов желаемой полной инфраструктуры — с помощью новых российских разработок или закупки западных компонентов;
• создание полностью российской инфраструктуры, включая САПР, на базе государственной программы.

А вот каким будет глобальный результат:

• возможность привлечения к выполнению программы импортозамещения колоссального количества дизайнеров;
• существенное (на порядок) снижение стоимости и сокращение сроков разработки.

Но существует и другая возможность. С переходом к наноразмерным интегральным схемам существующие методы проектирования балансируют на грани своих возможностей. Эволюционные методы развития исчерпали себя, то есть назрели революционные изменения и переход к принципиально новым методам проектирования.

Если мы, опираясь на наши научные возможности, сумеем предугадать новые тенденции и начнем осваивать их раньше других, тогда мы станем мировыми лидерами в области САПР наноэлектронных изделий.