Президент РАН обрисовал перспективы развития микроэлектроники в России и в мире
Президент Российской академии наук академик Геннадий Красников представил стратегию развития микроэлектроники до 2042 года. В своём выступлении на форуме «Микроэлектроника 2026» он выделил ключевые технологические вызовы и переход к новым архитектурам транзисторов.
«Микроэлектроника оказала огромное влияние на наш мир», — отметил Геннадий Красников в своём выступлении, которое приводит сайт Академии наук РФ. Он подчеркнул, что классическая кремниевая технология достигла своих пределов в плане уменьшения размеров транзисторов. Если планарные транзисторы достигли технологического уровня 28 и 22 нанометров, то им на смену пришли FinFET, позволившие работать в диапазоне от 22 до 5/3 нанометра. «Топологические размеры важны, но важнее технология, лежащая в их основе», — добавил академик.
Сегодня промышленность переходит к архитектуре Gate-All-Around, известной как нанолисты. В этой архитектуре затвор полностью окружает канал, улучшая электростатический контроль. «Нанолисты снижают энергопотребление. Каждый новый топологический размер уменьшает потребление транзистора», — сказал Красников. Согласно дорожной карте, с 2025 по 2028 годы будут освоены техпроцессы 2 и 1,4 нанометра, а к 2031–2034 годам начнётся переход к комплементарным полевым транзисторам CFET. Это позволит преодолеть барьер в 1 нанометр. К 2040–2043 годам ожидается переход к нормам 0,3 и 0,2 нанометра.
Красников также отметил, что каждый новый топологический размер становится всё сложнее и дороже. Стоимость чистых комнат постоянно растёт, что делает вход в отрасль очень дорогим.
В докладе были рассмотрены физические барьеры, препятствующие дальнейшему уменьшению размеров транзисторов. Среди главных проблем академик выделил рост «паразитных» параметров и задержек сигналов. При уменьшении поперечного сечения проводников их сопротивление увеличивается, а расстояния между элементами сокращаются, что приводит к росту паразитных ёмкостей. Это вызывает задержки сигналов и ограничивает тактовую частоту. Вторая проблема — тепловыделение. Чем больше транзисторов размещается на площади, тем больше тепла они выделяют. Третья проблема — квантовые эффекты. При уменьшении длины канала до размеров, сравнимых с длиной волны электрона, волновые свойства вызывают квантовое туннелирование между стоком и истоком, что приводит к потере контроля над каналом.
Для преодоления этих проблем предлагается использовать Low-K и High-K диэлектрики, а также новые материалы. Красников сообщил, что для технологий уровня 1 нанометра и ниже будут применяться подходы Semi-damascene / Subtractive Metallization. В этих подходах медь заменит рутений, создавая воздушные зазоры и самовыравнивающиеся переходные отверстия. Это снизит сопротивление и уменьшит «потерянный» объём, повышая проводимость. Следующим шагом станут технологии уровня 0,5 нанометра и ниже, где будут использоваться материалы, такие как оксид платины и кобальта (PtCoO₂).
Современные трёхнанометровые чипы содержат более 100 миллиардов транзисторов. К 2042 году, при освоении 0,2 нанометра, микросхемы на той же площади смогут содержать около 7 триллионов транзисторов. «Это огромное количество, которое откроет новые возможности», — сказал Красников. Он также отметил, что в ближайшее десятилетие не ожидается альтернативы классическим микроэлектронным технологиям. Однако быстро развивающиеся направления, такие как квантовые компьютеры и фотонные процессоры, расширят возможности классической микроэлектроники в отдельных областях.
«Микроэлектроника не только увеличивает сложность микросхем, но и их быстродействие. Это достигается за счёт параллельных вычислений. Современная схемотехника позволяет размещать десятки и сотни микропроцессоров одновременно. Каждые десять лет производительность компьютеров увеличивается в тысячу раз. Это стало возможным благодаря росту производительности за последние тридцать лет. К началу сороковых годов производительность возрастёт ещё в миллион раз», — заключил Красников.
Отвечая на вопрос о перспективах российской микроэлектроники, Красников отметил, что они зависят от финансирования и государственной политики. По его оценке, к 2030–2031 году Россия может выйти на уровень 28 нанометров, а ещё через два года — перейти на 14 нанометров. Однако сохранение таких темпов возможно лишь при соответствующих инвестициях — одна фабрика следующего поколения стоит более триллиона рублей. При этом академик отметил, что запуск фабрики — лишь часть задачи: параллельно должна развиваться инфраструктура, включая особо чистые материалы. При благоприятном сценарии глава РАН допустил, что к 2040 году Россия сможет выйти на уровень 2 нанометра.