США против российских суперкомпьютеров

Российский разработчик и производитель суперкомпьютеров компания «Т-Платформы», осуществлявшая успешную экспансию на мировом рынке, попала в американский черный список. Теперь ее бизнес под угрозой

Бюро промышленности и безопасности (БПБ), подведомственное министерству торговли США, 8 марта объявило о включении российской компании «Т-Платформы» и двух ее филиалов в Германии и на Тайване в «Список организаций и лиц, действующих вопреки национальной безопасности и внешнеполитическим интересам США».

В октябре прошлого года в этот список уже были включены компании из разных стран мира, причастные к незаконным, как считают американцы, поставкам электронных компонентов из США в Россию. Разница состоит в том, что наказанные в прошлом году были дистрибуторами электронных компонентов, а «Т-Платформы» — крупнейший в России производитель суперкомпьютеров, чья деятельность имеет для страны стратегическое значение. Из серьезных российских организаций в этот список включены еще ВНИИ технической физики из Снежинска и ВНИИ экспериментальной физики из Сарова, то есть всемирно известные российские ядерные центры.

В решении БПБ отмечается: «Бюро имеет основания полагать, что компания “Т-Платформы” экспортировала товары двойного назначения без необходимой лицензии и что деятельность компании связана с разработкой компьютерных систем для военных целей и с производством компьютеров для ядерных исследований».

Включение в черный список означает, что для компании устанавливается «презумпция запрета» на получение лицензий на экспорт, реэкспорт и трансфер любых товаров и изделий, изготавливаемых в США или по американским технологиям в других странах мира.

Накладываемые ограничения закрывают возможности не только для приобретения электронных компонентов в Штатах, но и для заказа чипов, самостоятельно разработанных специалистами «Т-Платформ», на любой фабрике мира, поскольку все фабрики используют американские технологии. «Грубо говоря, мы не можем приобрести подсолнечное масло, если поле, на котором растет подсолнечник, опыляется американскими пестицидами», — говорит генеральный директор и совладелец компании Всеволод Опанасенко.

Для «Т-Платформ» это означает фактический «запрет на профессию»: без соответствующей элементной базы, производство которой находится под полным американским контролем, создание суперкомпьютеров невозможно. Более того, «запрет на профессию» распространяется не только на само предприятие, но и на его ведущих менеджеров, поскольку действует для любых компаний аналогичного профиля, созданных с их участием.

Суперкомпьютеры и «Т-Платформы»

Суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью, которая измеряется в количестве операций с плавающей точкой в секунду (FLOPS, флопс). Такие машины используются для прогнозирования погодно-климатических условий, моделирования ядерных испытаний, испытаний различной техники — авиационной, автомобильной; для моделирования жизненного цикла ядерных топливных элементов. Они применяются в проектировании ядерных и термоядерных реакторов, для анализа данных геологической разведки при поиске и оценке нефтяных и газовых месторождений, для расшифровки ДНК. Иными словами, суперкомпьютеры нужны там, где для решения задач нужно численное моделирование, или там, где требуется огромный объем сложных вычислений, обработка большого количества данных в реальном времени.

Директор Института системных исследований РАН академик РАН Владимир Бетелин еще в 2009 году в одном из интервью  (текст ниже) выразил уверенность в том, что уже в ближайшее время основные потребители самолетов одним из условий поставки сделают предъявление результатов моделирования лайнера. И все те, кто не имеет такой модели, будут выдавлены с рынка самолетов. То же верно и для рынка атомных реакторов и других рынков технически сложных изделий. Таким образом, проблема суперкомпьютеров становится центральным вопросом поддержания конкурентоспособности страны на рынках высокотехнологической продукции.

Полный текст интервью

Летом этого года состоялось заседание Совета безопасности России, на котором было решено развернуть производство суперкомпьютеров и стимулировать их внедрение в промышленности и науке. Работы по созданию суперкомпьютеров ведутся в мире уже не один десяток лет, особенно интенсивно в США. В России после распада Советского Союза подобные проекты были сосредоточены в основном в институтах РАН, вузах и отдельных отраслевых НИИ.

И только летом текущего года руководством страны приняты принципиальные решения о развертывании работ по созданию отечественных суперкомпьютерных технологий в интересах машиностроительных отраслей. Директор Института системных исследований РАН академик РАН Владимир Бетелин, один из главных энтузиастов развития суперкомпьютерных технологий предсказательного моделирования в России, считает, что будущее нашей страны на многие десятилетия в значительной мере зависит от успехов в создании и применении этих технологий в реальном секторе экономики страны.

Если XIX и первая половина XX века в машиностроении — это время «бумажных» информационных технологий и расчетов по формулам вручную или на простейших вычислителях, то вторая половина XX века — это время компьютерных информационных технологий и решения на ЭВМ сложных инженерных задач в области механики сплошной среды. А сейчас создание конкурентоспособных машиностроительных изделий невозможно без проведения расчетов, учитывающих уже и молекулярное взаимодействие. И эти расчеты нельзя провести без суперкомпьютеров, применение которых обеспечивает также возможность реализации совершенно новых подходов к проектированию в самых разных отраслях машиностроения: энергомашиностроении, атомном машиностроении, авиа- и автостроении и других.

Результат — сокращение сроков создания сложных изделий, сведение к нулю или минимизация стендовых испытаний даже таких сложных изделий, как ядерный реактор или самолет. И соответственно, существенное снижение стоимости разработок. Новые компьютерные технологии моделирования становятся мощным оружием в конкурентной борьбе за самые сложные в технологическом отношении рынки.

— Как развивались суперкомпьютерные технологии в других странах?

—Конгрессом США еще в 1981-м была создана комиссия по проблеме развития высокопроизводительных вычислений, которую возглавил известный математик Питер Лакс. Выводы и рекомендации комиссии были восприняты законодателями и претворялись в жизнь в течение многих лет: в 1984 году было создано агентство высокопроизводительных научных вычислений, в 1991 году издан закон о федеральной поддержке высокопроизводительных вычислений, параллельно создана сеть федеральных суперкомпьютерных центров.

В рамках этих работ была принята военная суперкомпьютерная программа ASCI, которая имела ясную и четкую цель: обеспечение боеспособности ядерных арсеналов США в условиях действия международного договора о запрещении натурных испытаний ядерного оружия. Идея состояла в том, чтобы без испытаний рассчитывать долговременные процессы старения существующих ядерных зарядов, проектировать запасные части к ним и даже новые заряды, подтверждая их работоспособность виртуальными испытаниями на супер-ЭВМ, а не натурными испытаниями. Задача была выполнена не быстро, за 12 лет. При этом приходилось решать множество трудных частных вопросов.

Например, в конструкции изделий есть тантал, и требовалось изучить процессы его плавления и застывания при высочайших давлениях и температурах, практически недостижимых в лабораторных условиях. Процесс застывания расплавленного тантала был смоделирован на суперкомпьютере. Использовалась классическая модель уравнений взаимодействия атомов, и выяснилось, что для того чтобы получить адекватную картину, надо рассматривать взаимодействие коллектива из 16 миллионов атомов. Моделирование, которое проводилось на супер-ЭВМ Blue Gene/L с производительностью 360 терафлопс, заняло семь часов и позволило получить требуемый результат — параметры структуры застывшего расплава.

Известны и другие примеры. На суперкомпьютере подобной же рекордной мощности была рассчитана полная трехмерная модель двигателя компании Pratt & Whitney. Этот проект был выполнен Стэнфордским университетом в рамках программы ASCI, в которой законодатели предусмотрели выделение 10 процентов суперкомпьютерных ресурсов на гражданские исследования. Известно о моделировании в лаборатории IBM в Цюрихе взаимодействия двуокиси гафния с другими материалами на атомарном уровне.

Именно двуокись гафния является сегодня одним из основных диэлектриков в планарной технологии уровня менее 65 нанометров. Исследовались 50 моделей силикатов гафния, каждая модель — до 600 атомов и 5 тысяч электронов. Вычисления одной модели на суперкомпьютере производительностью 11 терафлопс занимали пять дней. Все исследование потребовало использования суперкомпьютера в течение 250 дней.

— Насколько применимы суперкомпьютеры для моделирования сложных технических устройств?

—По оценкам западных специалистов, чтобы смоделировать автомобиль как комплексную систему, нужно 100 терафлопс. То есть технически это вполне реально уже сегодня. Например, компания Audi, как недавно сообщили, купила 39-терафлопную машину для моделирования столкновений автомобиля с препятствием. А компания BMW вместо постройки аэродинамической трубы для натурных испытаний при разработке нового болида «Формулы-1» закупила суперкомпьютер производительностью 12 терафлопс и программное обеспечение для виртуальных аэродинамических испытаний.

Разумеется, суперкомпьютеры становятся незаменимым орудием не только в промышленности, но и в научных исследованиях. Уже ведется моделирование генома, моделирование химических реакций.

А для моделирования всего самолета, включая аэродинамическое поведение во всех режимах, штатных и аварийных, требуется суперкомпьютер с производительностью 1 миллион терафлопс. Такая производительность, равная 1018 флопс, обозначается 1 экзафлопс. Федеральные программы США, военные и гражданские, предусматривают ввод в эксплуатацию экзафлопных компьютеров в 2018–2020 годах. Накиньте четыре-шесть лет, и вы получите дату, когда в деталях будет смоделирован виртуальный полет. То есть вы все проектируете на компьютере, «летаете» на компьютере, потом делаете образец и подтверждаете на испытаниях то, что уже смоделировали. Для моделирования атомных реакторов требуется тот же самый экзафлопс.

— Как это скажется на конкурентной борьбе на мировых рынках?

— Можно быть уверенным, что, как только такое моделирование станет технически и экономически возможным, основные потребители самолетов включат в условия на их поставку предъявление результатов моделирования. И все те, кто не имеет такой модели, будут выдавлены с рынка самолетов. То же верно и для рынка атомных реакторов и других рынков технически сложных изделий.

И это не футурология. К 2025–2030 годам для производителей это станет такой же реальностью, как требование к чистоте выхлопа автомобилей или к уровню шума самолетов, эксплуатируемых в Европе. Производители смогут выполнять эти требования, поскольку уже сейчас есть возможность создания персональных суперкомпьютеров терафлопного класса, и массовое производство таких суперкомпьютеров сделает возможным в ближайшие годы их применение в повседневной практике разработчиков сложных технических изделий.

Вот почему я считаю, что проблема суперкомпьютеров сейчас центральный вопрос поддержания конкурентоспособности страны на рынках высокотехнологической продукции. А пока Россия далеко позади и США, и Европы. Мы более чем на порядок отстаем от США по производительности самого мощного эксплуатируемого в стране суперкомпьютера. На июнь 2009 года — 97 против 1105 терафлопс. На два порядка отстаем по суммарной пиковой производительности: в России — 215 терафлопс, в США — свыше 21 петафлопс.

Но самое страшное — мы в 1000 раз отстаем по применению суперкомпьютеров в промышленности. В США сосредоточено порядка 85 процентов мировой мощности суперкомпьютеров, из них половина используется в промышленности. У нас — менее 0,9 процента мировой мощности, из них пять процентов используется в промышленности. Иными словами, в отечественном машиностроении нет ни технических средств, ни методики решения производственных задач, на которые США тратят половину мощности своего суперкомпьютерного парка.

http://expert.ru/expert/2009/37/net_superkompyutera_uhodi/

Чтобы прочитать, откройте вкладку выше

О состоянии дел с суперкомпьютерами в разных странах можно судить по мировому рейтингу суперкомпьютеров «Тop-500». На ноябрь 2012 года из 500 устройств 251 было из США, 72 из Китая, 32 из Японии, 19 из Германии и восемь из России (из них четыре — российской разработки). И такой результат для нашей страны совсем неплох, если учесть, что разработки суперкомпьютеров фактически прекратились у нас в 1990-е годы.

В России созданием суперкомпьютеров занимается ряд компаний, в том числе «Т-Платформы» и программа Союзного государства СКИФ (в которой «Т-Платформы» тоже участвуют). Благодаря их деятельности доля иностранных предприятий на суперкомпьютерном рынке России уменьшилась с более 90% до менее 25%. Большинство публичных проектов «Т-Платформ» реализованы в вузах, где на их машинах не только проводят научные исследования, но и решают прикладные задачи для предприятий, а также обучают специалистов работе на суперкомпьютерах. Суперкомпьютеры «Т-Платформ» работают в Томском, Белгородском и Южно-Уральском университетах. А самым большим достижением «Т-Платформ» стал суперкомпьютер «Ломоносов», установленный в МГУ и занимающий на ноябрь 2012 года 26-е место в мировом «Тop-500».

Из поставок промышленным компаниям отметим проекты с КБ «Сухой», «Русалом» и петербургским ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова. «Т-Платформы» продают свои системы не только у нас в стране, но и за рубежом. Успехи компании привлекли внимание иностранных партнеров, что позволило ей продать несколько систем в Европу и Сингапур. А в конце 2012 года «Т-Платформы» выиграли тендер на поставку суперкомпьютера в Государственный университет штата Нью-Йорк. Причем она победила таких конкурентов, как Dell и НР. Всего же компания поставила порядка 300 систем различной мощности и занимает сейчас по мощности до 50% российского рынка и до 1% мирового рынка суперкомпьютеров в деньгах. У компании сотни патентов в области суперкомпьютинга.

Почему это могло произойти

Компания «Т-Платформы», как сказано в решении Бюро промышленности и безопасности, отнесена к организациям, действующим вопреки национальной безопасности и внешнеполитическим интересам США, и связана с разработкой компьютерных систем для военных целей и с производством компьютеров для ядерных исследований. Вообще, таких компаний в России множество, однако за исключением двух, о которых мы говорили, больше ни одна в черный список не попала. «С Ираном мы не сотрудничали, Бен Ладену ничего не поставляли. Почему мы попали под такие карательные меры, нам непонятно. Нас о включении в список никто не проинформировал.

Поэтому компания немедленно подала в бюро заявление с просьбой объяснить причины принятого решения. Но пока ответа не последовало», — рассказывает Опанасенко. Обращение к представителю этого бюро в России — атташе американского посольства по экспортному контролю — тоже ничего не прояснило. А пересмотр принятого решения существенно затруднен: если для внесения структуры в список юридических и физических лиц, вызывающих озабоченность какого-либо американского ведомства, требуется простое большинство голосов членов комиссии, принимающей соответствующее решение, то для того, чтобы удалить фирму из списка или изменить существующую запись, результат голосования должен быть единодушным.

Естественно, хочется понять, как все-таки компания оказалась в черном списке. Вопрос в данном случае с подтекстом, ведь «Т-Платформы» — ведущий игрок российского рынка суперкомпьютеров, а поскольку российская промышленность без суперкомпьютеров обойтись уже не может, то, получается, рынок этот сразу достается американцам.

Происки ли это американских конкурентов, сумевших каким-то образом повлиять на решение своих госорганов, или решение продиктовано желанием самих американских госорганов придушить быстро развивающуюся инновационную российскую компанию в сфере, которую они хотят держать под своим контролем, или и то и другое, вместе взятое. А может, наконец, это прокол самой компании, где-то нарушившей американские экспортные правила, чем и поспешили воспользоваться, наложив самые жесткие из возможных санкций на активную и успешную российскую фирму.

Как объясняет генеральный директор Информационно-аналитического центра современной электроники Иван Покровский, американские контролирующие органы действуют очень формально, и компания «Т-Платформы», как конечный потребитель электронных компонентов, могла попасть под раздачу не из-за собственных погрешностей, а, например, из-за того, что пользовалась услугами какой-то другой компании, угодившей в черный список. Причем по причинам, не связанным с деятельностью «Т-Платформ». В качестве примера Покровский приводит ситуацию с компаниями ARC Electronics и Apex System. Обе фирмы обвиняются в нарушении экспортного контроля, а их руководителей судят в США; так вот, американцы всех их потребителей включили в черный список.

Судя по всему, на «Т-Платформы» за океаном обратили внимание задолго до марта 2013 года. В 2010-м «Т-Платформы» открыли представительство в Ганновере. Компании удалось найти перспективных заказчиков. По мнению Опанасенко, это случилось «во многом благодаря дефициту собственных производителей суперкомпьютеров в Европе, интересу к инновационным и оригинальным разработкам компании, а также ее готовности, в отличие от американских корпораций, вести “заказные” аппаратные и программные разработки совместно с европейскими пользователями».

Первый звонок, предупреждавший о проблемах, которые могут возникнуть у суперкомпьютерной компании при сотрудничестве с Западом, прозвучал во время визита Дмитрия Медведева в Германию в 2011 году. Тогда на встрече с Ангелой Меркель предполагалось обсудить сотрудничество Германии и России в области суперкомпьютеров, в чем, конечно, была заинтересована и компания «Т-Платформы», но, насколько стало известно, Меркель в последний момент отказалась обсуждать именно этот пункт.

Второй звонок прозвучал в 2012 году. Компания много лет тесно сотрудничала с Исследовательским центром Юлих в Германии, одним из ведущих европейских исследовательских центров, обладающим и одним из крупнейших суперкомпьютеров мира. Несколько лет назад было решено оформить сотрудничество между ними, заключив коммюнике. Но это оказалось делом непростым. Один из экспертов, близких к компании, рассказал, что, узнав о таком намерении, в дело вмешалось германское Министерство науки и попыталось запретить подписание коммюнике. Причем, насколько известно, распоряжение поступило от канцлера Германии Меркель после звонка госсекретаря США Хиллари Клинтон, подчеркнувшей, что сотрудничество с Россией в такой чувствительной области нежелательно.

В конце концов Центр Юлиха настоял на заключении и коммюнике, и договора о поставке в Центр суперкомпьютера. Как нам пояснили в компании, согласно подписанному соглашению о сотрудничестве, в 2013 году «Т-Платформы» должны поставить в центр прототип суперкомпьютера мощностью до 100 терафлопс на воздушном охлаждении и разработать ряд перспективных программных технологий. Система уже собрана в европейском офисе «Т-Платформ». Продолжение проекта — установка мультипетафлопсной системы на водяном охлаждении — намечено на 2014 год.

Несмотря на возникшие проблемы, компания продолжала вести активную политику в Европе. В 2012 году предложение «Т-Платформ» и финского суперкомпьютерного центра CSC по строительству прототипа перспективного суперкомпьютера для панъевропейской программы «Партнерство во имя развития компьютинга в Европе» (Partnership for Advanced Computing in Europe, PRACE) получило высший балл при оценке проектов PRACE. Первая очередь прототипа в CSC была установлена и принята в ноябре 2012 года.

В 2013-м должна быть осуществлена установка системы с охлаждением «горячей водой» производительностью около 300 терафлопс. Из других европейских проектов в компании отмечают сотрудничество со вторым крупнейшим немецким вычислительным центром в Лейбнице (Leibnitz Rechenzentrum) по исследованиям в области энергоэффективных суперкомпьютерных архитектур на базе поставленного «Т-Платформами» прототипа системы с водяным охлаждением. Но теперь все эти проекты под вопросом. Правда, надежда пока остается — к решению проблемы подключились российский МИД и влиятельные лица с хорошими связями в американских политических кругах.

Новый КОКОМ

Независимо от причин, приведших к включению «Т-Платформ» в американский черный список, ясно, что сохранение подобной зависимости нашей промышленности и обороны от доброй воли американцев и их союзников делает наш технологический суверенитет весьма условным. Причем эта зависимость существует практически во всех секторах инновационной промышленности — от металлорежущих станков до микроэлектронных чипов.

Президент группы компаний ЭЛВИС Ярослав Петричкович отмечает, что за инцидентом кроется системная проблема: «В современном высокотехнологическом мире американцы, используя свои технологические достижения, заложили огромное количество пороговых ограничителей, благодаря которым в любой момент любое ненужное США развитие может быть перекрыто. Потому что Штаты держат под своим контролем большую часть технологий микроэлектроники и решают, кого к ним — и в какой мере — допустить. И как минимум в ближайшие десятилетия миру придется жить с этими глобальными ограничителями».

Советский Союз, хотя и отставал от США в области микроэлектроники, владел практически всем спектром необходимых технологий, а главное, обладал электронным машиностроением, позволявшим изготавливать все необходимое оборудование. Теперь все, увы, изменилось: за последние 20 лет большинство технологий было утеряно, отраслевые научные институты влачат жалкое существование или закрылись, а электронное машиностроение практически полностью утрачено.

В государственной программе Российской Федерации «Развитие электронной и радиоэлектронной промышленности на 2013–2015 годы» планируется достижение уровня технологии производства чипов в 45 нм с последующим переходом в 2025 году на технологию 10 нм. К сожалению, в программе не указаны пути достижения этих целей. В принципе таких путей может быть два: приобретение соответствующего оборудования или разработка собственного. Первый путь опять-таки сопряжен с американским контролем.

Так, российская компания «Микрон» согласовывала покупку фабрики по производству чипов 90 нм с соответствующими американскими структурами. Уже сейчас производством микросхем по технологии 28 нм владеют всего шесть компаний, а на 22 нм — четыре компании. И эксперты предрекают дальнейшую монополизацию производства чипов. Рассчитывать в этих условиях на то, что кто-то захочет поделиться технологиями, по меньшей мере наивно. Кроме того, стоимость фабрики по производству 10 нм чипов достигает нескольких десятков миллиардов долларов.

Второй путь, с учетом состояния нашей промышленности, ничуть не проще. В статье «Сложить нанопасьянс» (Вкладка ниже) мы приводили мнение руководителя группы компаний «Микрон», академика РАН Геннадия Красникова о способах решения проблемы электронного машиностроения: «Есть два варианта промышленной политики, в том числе в области электронного машиностроения. Если есть деньги, если есть научные разработки и уверенность в том, что наши разработки лучшие и смогут завоевать существенную часть рынка, то нам надо развивать собственную промышленность. А если у вас нет необходимых сил и денег, то возможен второй вариант — вступление в международный альянс, как теперь работают все компании мира.

Статья полностью

У России появился шанс стать мировым лидером в производстве фотолитографических машин. Но даже если она его упустит, мы в любом случае можем разработать технологии, которые станут основой следующего нанотехнологического уклада

На заре микроэлектроники, еще в 1965 году, один из создателей корпорации Intel Гордон Мур высказал предположение, которое впоследствии назвали законом Мура: число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые полтора-два года, а их размеры — с той же скоростью уменьшаться. И если в 1971 году проектные нормы производства микросхем были 10 мкм, то сейчас речь идет о размерах меньше 20 нм.

Ключевой технологией, обеспечивающей достижение этих результатов, является фотолитография. Фотолитографическое оборудование — одно из самых сложных, точных и дорогих в машиностроении. Цена таких установок выросла с десятков тысяч долларов до десятков миллионов.

Цель фотолитографии в микроэлектронике — формирование заданного изображения на кремниевой подложке для получения необходимой топологии микросхемы. Для этого на подложку наносят тонкий слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На этот слой наносится светочувствительный материал — фоторезист, который подвергается облучению через оптическую систему и фотошаблон (маску). После дальнейшей обработки фоторезиста, на пластине остается заданный фотошаблоном рисунок. Чтобы закон Мура продолжал соблюдаться, необходимо постоянное уменьшение размеров элементов рисунка. Это, в свою очередь, требует уменьшения длины волны излучения, повышения качества оптической системы и увеличения точности работы механизма, передвигающего подложку под падающим лучом.

Вот почему ключевые элементы любой фотолитографической установки — это оптическая система, источник излучения и система совмещения (позиционирования).

Последняя разработка советской фотолитографической установки (революционная по тем временам) с источником света на длине волны 248 нм была сделана в СССР в конце 1980-х минским предприятием «Планар» под научным руководством тогдашнего директора Физико-технологического института РАН академика РАН Камиля Валиева. Опытный образец установки, находившийся на «Планаре», судя по всему, в начале 1990-х был продан в Китай.

Всего две фирмы

В последние годы голландская компания ASMLithography разработала фотолитографическое оборудование на длине волны 193 нм с разрешением 32 нм, которое испытывается в Intel и в тайваньской компании TSMC. Однако возможность дальнейшего кардинального уменьшения проектных норм при длине волны источника 193 нм у многих специалистов вызывает сомнения.

Еще в начале 1990-х возникла идея создавать оптическую литографию на длине волны 13,5 нм — это диапазон мягкого рентгена или экстремального ультрафиолета (extreme ultraviolet, EUV). Такая длина волны была выбрана потому, что создать эффективные источники излучения и оптику в диапазоне от 193 до 13,5 нм оказалось невозможно. Проблема в том, что на длине волны 13,5 нм нельзя использовать традиционную преломляющую оптику из-за интенсивного поглощения такого света всеми материалами. Поэтому в подобных оптических системах используют отражающую рентгенооптику, то есть зеркала с соответствующим интерференционным покрытием.

В настоящее время лишь две компании в мире ведут разработки фотолитографических машин, действующих в диапазоне проектных норм менее 20 нм: вышеупомянутая ASMLithography и японская Nikon.

ASML разработала (с участием российских ученых) прототипы фотолитографической установки на длине волны 13,5 нм еще в 2006 году и направила их для исследований и испытаний в международный микроэлектронный центр IMEC в Бельгии и в аналогичный центр в Олбани, в Соединенных Штатах.

Но в России сохранились и работают группы ученых, занятые созданием и важнейших узлов самых современных фотолитографических установок на длине волны 13,5 нм, и самой установки. Они сотрудничают в этом с ASML и пытаются убедить наше правительство в необходимости восстановления современного оптико-электронного машиностроения в России, тем более что разработка и производство фотолитографических установок, сочетающих в себе прецизионные оптику и механику и уникальные источники излучения, могут стать хорошей школой для развития всего спектра наукоемкого машиностроения.

Разработкой оптической системы и ее элементов для фотолитографических установок, работающих на этой длине волны, и прототипа самой установки занимается в Институте физики микроструктур (ИМФ) РАН в Нижнем Новгороде член-корреспондент РАН Николай Салащенко. Источник излучения создается под руководством ведущего научного сотрудника Константина Кошелева в Институте спектроскопии (ИСАН) РАН в подмосковном Троицке. А сверхточными системами позиционирования, которые можно использовать и в фотолитографических установках, занимается «Лаборатория “Амфора”» в Москве.

Оловянный источник

В 2000 году, когда Константин Кошелев работал консультантом в голландском Институте физики плазмы, ASML предложила, чтобы его лаборатория в ИСАН консультировала компанию. Это предложение не было случайным. Оно основывалось на известных достижениях ИСАН в изучении спектров излучения различных материалов, которыми там занимались в течение многих десятилетий. Но консультации переросли в тесное сотрудничество, когда в ИСАН предложили новый вариант EUV-источника.

В качестве источника ИСАН решил использовать пары олова. Кошелев поясняет: «Мощность источника излучения должна составлять десятки киловатт в объеме, который не превышает кубического миллиметра, и ее можно получить только на парах олова».

Сейчас в ИСАН разрабатывают два типа EUV-источников излучения на парах олова — на основе разрядной и лазерной плазмы.

Лазерная плазма возникает, когда излучение мощного лазера фокусируется на мишень в вакууме. Нынешнее решение конструкции лазерного источника напоминает «лазерный термояд»: с огромной частотой, в десятки килогерц, летят микрокапли расплавленного олова, в них попадает сфокусированный луч импульсного лазера. Капли взрываются и светят.

В разрядном источнике, который, упрощенно говоря, представляет собой газоразрядную лампу, надо было придумать, как отводить излишнюю энергию. В лаборатории Кошелева впервые продемонстрировали эффективность источника, который представляет собой электроды в виде двух вращающихся колес с пленкой жидкого олова на их поверхности. Инициация разряда между ними осуществляется излучением высокочастотного лазера, сфокусированного на поверхности электрода. Испаренные лазером пары олова замыкают промежуток, и возникает разряд с током силой 10–20 кА. Он сжимается, нагревается и светит в нужном спектральном диапазоне. И если колеса вращаются достаточно быстро, то разряд плазмы происходит всякий раз над новым местом на поверхности электрода.

Но оказалось, что существуют ограничения на скорость вращения колес в жидкости, а значит, и на мощность отводимой энергии, и, как следствие, на мощность EUV-излучения. В ИСАН было предложено другое решение, которое основано на использовании электродов в виде двух параллельно льющихся с высокой скоростью потоков жидкого олова. По одному из них с большой частотой бьет лазер, инициирующий разряд. Между струями возникает разрядная дуга, а поток олова уносит лишнее тепло. «Все это, — замечает Константин Кошелев, — выглядит просто и изящно на бумаге, но понятно, что это сложнейшие конструкции, работающие к тому же в вакууме».

«Сейчас, — рассказывает Кошелев, — Николай Салащенко показал, что есть еще одно окно, где зеркала могут хорошо отражать: 6,5–6,7 нанометра. А мы поняли, какой должен быть источник на этой длине волны. И сейчас этот источник разрабатываем. Это тоже лазерная или разрядная плазма, которая будет создана на одном из двух элементов — гадолинии или тербии». Фотолитографическая установка на такой длине волны в перспективе может позволить достичь разрешения 3 нм, которое требуется для изготовления элементов квантового компьютера.

Отразить рентген

«Мы начали заниматься рентгенооптикой в диапазоне длин волн от одной десятой ангстрема до тысячи ангстрем в конце 1970-х и сейчас находимся на одном из лидирующих мест в мире, — рассказывает Николай Салащенко. До всякой фотолитографии рентгенооптика использовалась в микроскопии, астрономии, диагностике плазмы».

Начав заниматься рентгенооптикой, в ИФМ поняли, что им придется разрабатывать и изготавливать практически все — от технологий и технологического оборудования до измерительной аппаратуры. В результате в институте был создан замкнутый цикл производства рентгенооптики. «Этим мы и сильны, и интересны. Поэтому с нами сотрудничает ASML», — говорит Николай Салащенко.

Проведенные расчеты показали, что точность изготовления оптики для EUV-литографии должна составлять единицы ангстремов. «Тогда я подумал, — вспоминает Салащенко, — что так не бывает. Теперь я могу сказать, что бывает и что без этого нельзя. Но чтобы делать с такой точностью, надо уметь измерять оптические поверхности с еще большей точностью. И мы начали работу с того, что разработали и изготовили специальный интерферометр, который позволяет это сделать. Таких интерферометров в мире единицы».

Но ни одна из существующих технологий изготовления зеркал не обеспечивает нужной точности. Поэтому в ИФМ были развиты технологии прецизионной коррекции формы поверхности, основанные или на локальном нанесении специальных многослойных структур, или на локальном ионном травлении низкоэнергетичными ионами, или на сочетании обеих методик.

Когда изготовлена подложка для зеркала нужной формы и нужного качества, необходимо нанести на него отражающее покрытие; в случае зеркал для нанолитографа на длине волны 13,5 нм это многослойное молибден-кремниевое покрытие. Многослойные покрытия, как правило, наносятся методом магнетронного распыления. «В настоящее время, — говорит Салащенко, — мы пытаемся существенно изменить технологию нанесения многослойных покрытий, введя возможность полировки поверхности каждого свеженанесенного слоя низкоэнергетичными ионами. Такой установки пока нет ни у кого в мире, да и мы ее только осваиваем».

Источники излучения, которые используются в области глубокого ультрафиолета, наряду с полезной длиной волны излучают очень большой фон, который попадает на экспонируемую пластину и нагревает ее. Нужен фильтр, который пропустит излучение только на рабочей длине 13,5 или 6,7 нм волны, а остальное излучение отразит или поглотит. Причем эти фильтры могут нагреваться под воздействием фонового излучения до 1000 градусов и должны месяцами работать в импульсном режиме.

Проблема в том, что для этих длин волн нет прозрачных материалов. Но в ИФМ смогли создать такой фильтр. Салащенко показывает сам фильтр (это пленка толщиной 50 нм и диаметром 200 мм, натянутая на металлический каркас) и установку для его изготовления. Кроме того, в литографической машине много движущихся частей, и в результате трения одной части о другую в пространство выбрасывается довольно много частиц размером до сотни нанометров. И часть из них осаждается на маске и искажает рисунок печати. Для защиты маски тоже используется фильтр, но его толщина должна составлять уже 20 нм.

На вопрос о технологии изготовления таких фильтров Салащенко загадочно разводит руками. Загадочность не случайна. Николай Салащенко — монополист в производстве этих фильтров и снабжает ими весь мир.

Когда готовы зеркала и фильтры, можно собирать литограф. Салащенко показывает его макет: «Это первый в России литограф-мультипликатор на длине волны 13,5 нанометра. В настоящее время мы начали отрабатывать режимы работы литографа, определяем достигнутое пространственное разрешение, которое позволяет получать изготовленная нами оптика». Поскольку работы в этом диапазоне длин волн ведутся в России впервые, в ИФМ вынуждены создавать совместно с сотрудниками Института химии при Нижегородском университете фоторезисты, чувствительные на длине волны 13,5 нм, и оборудование для их исследований и испытаний.

Сдвинуть наностол

Единственное предприятие на территории бывшего Союза, которое было способно делать системы позиционирования для фотолитографов и продолжает делать разнообразные координатные столы, — это минский «Планар». Однако оказалось, что и в России есть коллектив, новый инновационный бизнес, работающий в области систем позиционирования нанометровой точности, — «Лаборатория “Амфора”», которая еще в 2003 году стала призером Конкурса русских инноваций (см. «Микроскопический бизнес», «Эксперт» № 3 от 27 января 2003 года).

Генеральный директор компании Павел Осипов в конце 1970-х работал в НПО «Астрофизика», которое разрабатывало высокоэнергетические лазерные технологические комплексы и оптические системы для обороны страны. «Лабораторию “Амфора”» он создал совместно с Константином Индукаевым, учеником академика Михаила Леонтовича. Индукаев, в частности, участвовал в разработке спутниковой электродинамической пушки — нашем «асимметричном ответе» на американскую СОИ — и высокоточных систем наведения спутниковых антенн. Тогда у него родились многие идеи, которые теперь используются в высокоточных системах позиционирования, ставших одним из основных направлений развития «Амфоры».

В традиционных системах позиционирования, поясняет Индукаев, господствует привод, включающий линейный электродвигатель и лазерный интерферометр, который использует систему обратной связи. Но в такой системе всегда присутствуют неустранимые колебания. А линейный привод с механическими винтовыми передачами всегда имеет практически не устранимый люфт. «Лаборатория “Амфора”» в своих системах позиционирования использует бесконтактную магнитную винтовую передачу без обратной связи.

У такого винта может быть большая ошибка — два микрона, полтора микрона, — но в каждой точке она строго одинакова, и обеспечивается высочайшая повторяемость, до долей нанометра, при подходе и слева, и справа, потому что в этой винтовой паре нет никакого люфта. Ее жесткость в разы превосходит жесткость традиционных систем позиционирования. Она способна обеспечивать передвижение с точностью в доли нанометра на 200–300 мм или даже 400 мм. «Это наше изобретение, — поясняет Осипов. — На него есть патенты». На базе такой передачи можно строить и уникальные металлорежущие станки, тем более что в «Амфоре» на аналогичных принципах разработаны и линейные подачи, и шпиндели, и координатные столы, в том числе для систем литографии.

Войти в мировой клуб

«Я уверен, — говорит Константин Кошелев, — что в одиночку России не создать промышленный образец литографа ни к 2020 году, ни позже. Потому что у нас нет соответствующей индустрии и мы не сможем развить ее на необходимом уровне в эти сроки. Но мы можем войти в мировой клуб, сотрудничая с ASML. И быть полноправными его участниками. И на это государство должно потратиться. На Западе до сих пор нас побаиваются, но если мы вложим свои деньги, сможем производить что-то важное для этого оборудования и у нас в руках будут важные патенты, то отношение будет другое. А пока ASML нам платит, и поэтому патенты принадлежат им. Но сейчас Роснано начала проект поддержки фотолитографии в стране, и мы рассчитываем на него. Если у нас будет собственное финансирование, то мы сможем закрепить хотя бы часть патентов за собой».

Как поясняет заместитель управляющего директора Роснано Руслан Титов, один из вариантов, который сейчас обсуждается, — создать инжиниринговую компанию с филиалом за границей, и чтобы она дверь в дверь сидела с ASML и то, что разработали у Кошелева, можно было бы сразу поставлять в ASML. Роснано с Кошелевым делает попытку создать первый такой бизнес в области передовой наноэлектроники, чтобы ASML стала воспринимать его не как ученого-разработчика, а как поставщика решений для их литографических машин. «И мы в это инвестируем деньги, — говорит Титов. — Потому что иностранных инженеров в русское юридическое лицо не наймешь, на работу в Россию их не перевезешь. А русских инженеров в ASML уже достаточно много». К примеру, директор исследовательского подразделения ASML — выпускник Физтеха Вадим Банин. А в компании «Саймер» — основном поставщике источников для фотолитографии — программу по EUV-литографии возглавляет выпускник Физтеха Игорь Фоменков.

Но есть и другое мнение. «Нашей задачей, — говорит директор Физико-технологического института РАН, академик РАН Александр Орликовский, — должно стать не просто участие в разработках зарубежных компаний, а прорыв, чтобы к 2020 году быть на равных с ведущими мировыми разработчиками этого оборудования и создать образец действующей установки с разрешением менее 20 нанометров».

Вот почему генеральный конструктор ОАО «НИИМЭ и Микрон» академик РАН Геннадий Красников, академик РАН Александр Орликовский и член-корреспондент РАН Николай Салащенко обратились в правительство с предложением создать в России программу развития производства фотолитографического оборудования и электронного машиностроения в целом.

«Есть два варианта промышленной политики, — поясняет Геннадий Красников, — в том числе в области фотолитографии и электронного машиностроения. Если есть деньги, если есть научные разработки и уверенность в том, что наши разработки лучшие и смогут завоевать существенную часть рынка, то нам надо развивать собственную промышленность.

Создание собственного литографа — очень сложная задача, не только техническая, но и маркетинговая, и экономическая, и политическая. Потому что ASML сотрудничает со всеми крупнейшими компаниями мира, выпускающими чипы. И к ним будет трудно пробиться. Но к решению этой задачи можно двигаться шагами. Первым шагом может быть поставка таких литографов в качестве научного оборудования каким-то лабораториям, компаниям, университетам, которые ведут исследования в этой области. С ними начинать выстраивать отношения. Одну установку продал, другую, постепенно завоевываешь авторитет, начинаешь это дело раскручивать.

Результатом предлагавшейся нами программы должно было стать создание установки, которую могли бы взять, во-первых, исследовательские центры, а во-вторых, которую мы на “Микроне” могли бы попытаться адаптировать в технологический маршрут.

А вот если у вас нет необходимых сил и денег, то возможен второй вариант — вступление в международный альянс, как теперь работают все компании мира. Та же ASML. Хотя, если мы хотим принимать участие в альянсе на равных, то все равно нужны разработки и деньги. Потому что, если ты вкладываешь туда свои деньги и ресурсы, то ты имеешь такие же права, как и другие. А если ты выполняешь работу на чужие деньги, то ты отдаешь не только результаты своей работы, но и интеллектуальную собственность».

Подключить промышленность

Николай Салащенко считает, что надо думать, как сделать полноценный литограф в России. По его мнению, в стране есть все условия для этого. Но, конечно, не надо отказываться от сотрудничества с ASML. Оба пути естественны. Один не мешает другому, а даже дополняет и помогает. Нужно использовать и возможности, которые может предоставить Роснано, для этого его и создавали. Нужно по возможности подключать и российскую промышленность: например, замечает Салащенко, «для нас было бы интересно совместно работать с Красногорским механическим заводом имени Зверева и над проблемой создания фотолитографа, и над проблемой выпуска прецизионной оптики».

В рамках подготовки к выпуску фотолитографа завод мог бы взять на себя разработку вместе с ИФМ промышленного интерферометра, необходимого для изготовления сверхточной оптики, разработку промышленной технологии изготовления и метрологии супергладких поверхностей, разработку технологии и оборудования для прецизионной коррекции формы оптических поверхностей.

Пока в мире всем циклом технологий, необходимых для создания сверхточной оптики и проекционных объективов сверхвысокого разрешения, обладают компании Zeiss (ФРГ) и частично General Optics (США) и Nikon (Япония). Освоение этих технологий российской промышленностью серьезно повысило бы ее конкурентоспособность. Тем более что, например, интерферометры, которые разработал ИФМ, не выпускаются мировой промышленностью. ИФМ совместно с Красногорским заводом мог бы, по мнению Салащенко, снабдить таким оборудованием университеты и оптическое производство и в России, и в Европе.

По мнению заместителя начальника научного оптико-конструкторского центра Красногорского механического завода им. С. А. Зверева Владимира Анчуткина, «конечно, КМЗ был бы заинтересован в участии в таком проекте. И если нам поступит соответствующее предложение и будет принято решение о финансировании проекта, то мы будем готовы взять на себя весь комплекс работ по оптической части экспериментального и опытного образцов EUV-нанолитографа».

Аналогичную позицию занял и главный инженер минского научно-производственного предприятия КБТЭМ-ОМО, входящего в состав объединения точного машиностроения «Планар», Владимир Матюшков: «Если будет решение о финансировании таких работ на уровне Союзного государства, то мы можем заняться разработкой систем позиционирования и для EUV-фотолитографа. Понимание, как это делать, у нас есть».

Некоторые из наших экспертов обратили внимание на политику Китая, который взял курс на создание собственного производства фотолитографического оборудования. Пока — прошлого поколения. На этом они учат инженеров, растят своих ученых. Когда они все это запустят, у них появятся тысячи людей, которые умеют на этом работать. И переход на следующую ступень (а скорее всего, через ступень) будет существенно проще.

Проблема России в том, что значительная часть наукоемкого машиностроения, которое когда-то в СССР было сконцентрировано в электронной промышленности, приборостроении и точном машиностроении, рассыпалась по отдельным небольшим коллективам в Академии наук, остаткам отраслевой науки, новым инновационным малым предприятиям и оказалась вне организующих усилий государства и корпораций. Большого бизнеса, который занимался бы наукоемким машиностроением, в стране тоже нет. Ситуация с разработкой фотолитографической установки — наглядный пример такой «рассыпанности»: в стране нет центра координации подобных разработок. В результате значительная часть нашей академической и отраслевой науки оказывается замкнута на Запад, где под ее результаты и создаются самые квалифицированные рабочие места, дающие львиную долю добавленной стоимости. И туда продолжают утекать наши идеи и наши специалисты.

Станет ли Россия мировым лидером в производстве фотолитографических машин — вопрос открытый, но в любом случае, вступив на этот путь, она получит хорошие заделы в прецизионной оптике и механике, которые неизбежно станут основой следующего нанотехнологического уклада.

http://expert.ru/expert/2012/04/slozhit-nanopasyans/

Чтобы прочитать, откройте вкладку выше

Хотя, если мы хотим принимать участие в альянсе на равных, то все равно нужны разработки и деньги. Потому что, если ты вкладываешь туда свои деньги и ресурсы, то ты имеешь такие же права, как и другие. А если ты выполняешь работу на чужие деньги, то ты отдаешь не только результаты своей работы, но и интеллектуальную собственность». Несколько лет назад Геннадий Красников, директор Физико-технологического института РАН, академик РАН Александр Орликовский и член-корреспондент РАН Николай Салащенко обратились в правительство с предложением создать в России программу развития электронного машиностроения, но поддержки не получили.

Тут уместно напомнить, что правила торговли изделиями двойного назначения (а современная микроэлектроника практически вся соответствует этому определению) подпадают под действие так называемых Вассенаарских соглашений по контролю за экспортом обычных вооружений и высоких технологий (товаров и технологий «двойного применения»), участником которых является и Россия, и по ним каждое государство само определяет, что из подобных товаров и технологий оно готово продавать и кому. Фактически это новая форма пресловутого КОКОМ. И тут у американцев развязаны руки.

Другое дело, что подобная практика «запрета на профессию» фактически хоронит прекраснодушные мечтания некоторых наших политиков и общественных деятелей о свободном обмене товарами и технологиями, о честной конкуренции между Россией и странами Запада и тем более о том, что России помогут в модернизации ее экономики. Возможно, помогут, но до определенного предела, и производство суперкомпьютеров явно за него выходит.

Примечание:

Перечень товаров и услуг, подпадающих под действие Правил экспортного контроля.Все товары и услуги, страной происхождения которых являются США, независимо от их местонахождения.Компоненты, материалы, программное обеспечение или другие товары, страной происхождения которых являются США, собранные за границей в изделие иностранного производства, в котором превышен установленный максимум компонентов американского производства.Определенные продукты иностранного производства, напрямую полученные от использования американских технологий или программного обеспечения.

Определенные товары, произведенные на любом предприятии или с помощью основного оборудования этого предприятия, расположенного за пределами США, если это предприятие или оборудование созданы благодаря прямому использованию американских технологий либо программного обеспечения.

http://expert.ru/expert/2013/13/russkomu-hajteku-ukazali-na-mesto/

Комментарии к записи США против российских суперкомпьютеров отключены




Комментарии закрыты.

%d такие блоггеры, как: