Российская микроэлектроника для космоса.

Дабы закрыть тему для нечитателей: Статья от 28 марта 2014. С тех пор много всего произошло. Много.
https://sdelanounas.ru/blogs/48549/
Зеленоградский завод «Микрон» 
1) 180 нм объемная технология с EEPROM – уже хорошо известная разработчикам технология, на которой работают практически все, кто имеет такую возможность. По ней же сделаны, например, чипы для билетов московского метро. Наличие EEPROM полезно для таких применений, как встраиваемые микроконтроллеры, нужные не только для космоса, но и для «гражданских» применений. Дизайн-киты доступны разработчикам.
2) 250 нм кремний на изоляторе (КНИ) – по этой технологии уже ведутся отдельные разработки, но о готовых продуктах я еще не слышал. Технология, по-видимому, представляет собой частичный порт 180 нм на пластины кремния на изоляторе. Дизайн-киты доступны разработчикам. 
3) 180 нм КНИ – заявлена 2012-м годом, на практике о ней уже достаточно давно ничего нового не слышно. То есть она в разработке, но когда именно будет готова для проектирования – не очень понятно. Во всяком случае, я нигде не нашел такой информации.
4) 90 нм объемная. Совсем недавно «Микрон» лицензировал у Cadence софт для физической верификации для этой технологии. Никаких упоминаний о конкретных разработках по ней пока найти не удалось, только общие слова о том, что они ведутся.
5) Совсем недавно в новостях появились упоминания технологии 65 нм, но там все пока что на уровне тестовых кристаллов. Серийное производство обещают уже в этом году.
Важная вещь, которую стоит отметить – это цитата с микроновского сайта: «Поставщиками оборудования и материалов, партнерами по созданию инфраструктуры выступили более 50 компаний из 12 стран мира». Это то, что частенько упускают, говоря о преодолении запрета импорта на отечественном производстве – огромное количество запчастей и расходных материалов тоже импортируется, и запрет на их импорт может быть эффективнее запрета импорта готовых микросхем. Надеюсь, что этого не случится в ближайшее время, и что найдутся деньги и ресурсы на то, чтобы организовать производство расходников в России.
«Ангстрем» (и «Ангстрем-Т»), Зеленоград
1) 1,2 мкм кремний на сапфире (КНС) – технологии тысячи лет, но она до сих пор востребована (видимо, консервативными военными заказчиками для микросхем с высокой радиационной стойкостью, для которых надежность и проверенность решений важнее их своевременности).
2) 0,6 мкм, объемный кремний, кремний на сапфире, кремний на изоляторе, возможность изготовления EEPROM, BiCMOS, IGBT. Видимо, хороший процесс для силовой электроники.
3) «Создаваемые» технологии с проектными нормами 350-250 нм. 
4) «Создаваемые» технологии с проектными нормами 130, 110 и 90 нм.
История «создания» технологий на «Ангстреме» долгая, трудная и пока не разрешившаяся. Процесс и оборудование 130 нм были куплены у AMD, 90 нм – у IBM. Каждый год уже лет пять говорят, что вот-вот все будет, но пока что никак.
По поводу радиационной стойкости на сайте «Ангстрема», кстати, написан отборнейшийбред на тему того, что их кремний на сапфире – единственный подходящий техпроцесс в России и что практика показала невозможность изготовления радиационностойких схем на технологиях меньше 250 нм. Посмотрим, что будет, когда они запустят 130 и 90 нм Физику вряд ли выучат, а вот наличие практики производства может положительно сказаться на понимании того, что в штатах чипы для космоса уже проектируют на 45 нм, а в России – на 65 (правда зарубежном).
НИИ системных исследований РАН, Москва
Фабрика НИИСИ РАН находится на территории Курчатовского института в Москве и обладает технологиями с проектными нормами 500, 350 и 250 нанометров на пластинах объемного кремния и КНИ. Изначально не предназначена для крупносерийного производства и позиционируется как «исследовательская фабрика Академии наук». Большинство производимых здесь микросхем разработаны самим НИИСИ, однако фабрика работает и с внешними заказчиками, например, с воронежским НИИЭТ, который производит здесь свои радиационностойкие микроконтроллеры.
Других подробностей нет, а последние открытые публикации о фабрике датируются чуть ли не временем ее открытия.
«Интеграл», Минск
Минский «Интеграл» считается нашими военными и прочими инстанциями отечественным предприятием со всеми вытекающими обстоятельствами. Занятно, не правда ли?
Основные технологии «Интеграла» – старые, с проектными нормами 0,8 мкм и больше, однако в последние несколько лет белорусы самостоятельно спроектировали и запустили технологии 0,5 и 0,35 мкм на объемном кремнии и КНИ. У них всего три металла (что мало для микропроцессора), однако «Интеграл» разрабатывает на них микросхемы SRAM с емкостью 1 Мбит и высокой радиационной стойкостью, а также аналоговые микросхемы.
В докладах с научных конференций фигурируют также технологии 0,18 мкм и 0,5-0,25 мкм BiCMOS, флэш-память (единственная на территории СНГ?) и FRAM.
Подавляющее большинство (если не все) разработок на своих технологиях «Интеграл» ведет самостоятельно.
На этом все. Выглядит немного печально, не находите? Да, радиационностойкой электронике для космоса не всегда требуются такие же проектные нормы, как обычной, и отставание в несколько поколений не очень страшно (марсоход Curiousity на 250 нм прекрасно работает), но все же новые радстойкие процессоры BAE systems разрабатываются по технологии 45 нм, а у нас пока что до промышленного освоения 90 нм дело не дошло. С другой стороны, еще пять лет назад практически ничего этого не было, а сегодня у российских заводов есть вполне реальные возможности обеспечить космонавтику микроэлектроникой собственного производства.
Разработчики
Теперь о разработчиках. Их намного больше, чем производителей, но до недавнего времени было нормальной практикой изготавливать разработанные в России микросхемы где-нибудь за рубежом, например, на Тайване (TSMC), в Германии (XFAB) или в Израиле (Tower). Во времена, когда ничего лучше 0,8 мкм в России не было, на это закрывали глаза даже военные, считая, что «разработано в России» = «российское». Сейчас времена несколько изменились, и российские разработчики все больше изготавливают свои продукты на «Микроне» (то есть там не только чипы для метро делают).
Необходимо также отметить тот факт, что подавляющее большинство российских разработчиков микроэлектроники так или иначе завязаны на бюджетные деньги и крупные заказы, особенно космические или военные, а сугубо коммерческих заказов немного. С другой стороны, существенную долю прибыли нескольких предприятий (например «ВЗПП-Микрона» и «Ангстрема») составляет экспорт. Впрочем, я отвлекаюсь от основной темы обзора, так что ограничусь замечанием, что представленные ниже продукты – это далеко не все, что производится, а для многих компаний космическая тематика не является основной.
«Миландр», Зеленоград
ЗАО ПКК «Миландр», базирующийся в Зеленограде – компания с двадцатилетней историей и, что более важно для нас, с самым подробным среди всех российских микроэлектронных компаний сайтом. На нем удалось найти вот что:
1645РУ2Т – статическое ОЗУ (SRAM) емкостью 64 Кбит. В серийном производстве с 2008 года.
1645РУ5У – статическое ОЗУ (SRAM) емкостью 4 Мбит. ОКР заканчивается в 2014 году.
Судя по годам выпуска, первая микросхема выпускается на какой-то совсем старой технологии, вторая – 180 нм (наверняка на «Микроне»).
По ссылке (осторожно, трафик) можно найти фотографии радиационностойкого 8-битного микроконтроллера 1886ВЕ10 (аналог PIC17), информации о котором на сайте почему-то нет.
Технология – микроновские 180 нм, по радстойкости полный фарш из кольцевых транзисторов и многотранзисторных запоминающих элементов. Точных данных в открытом доступе нет, но микросхема с такими методами защиты должна выдерживать ядерный взрыв, не то, что долговременный полет в космосе.
1645РТ2У – однократно программируемое ПЗУ (antifuse) емкостью 256 кбит. ОКР сдан в 2013 г.
Вот здесь можно посмотреть, как она выглядит. Проектные нормы, судя по вскрытому кристаллу, 680 нм.
5576РТ1У – однократно программируемое ПЗУ (antifuse) емкостью 1 Мбит. ОКР сдан в 2013 г. Проектные нормы, скорее всего, 180 нм (технология «Микрона»).
Для других микросхем «Миландра» радиационная стойкость не заявлена, однако например в новостях на сайте можно найти такую строчку: «Обновлены параметры стойкости к спецфакторам для микросхемы 1310ПН1У (значительно улучшены)». 1310 – это индуктивный преобразователь питания, для которого радиационная стойкость не заявлена. Если все микросхемы, поставляемые с пятой приемкой, имеют хотя бы какую-то стойкость к радиации, то у «Миландра» есть еще довольно широкий набор микросхем интерфейсов, управления питанием и АЦП/ЦАП.
Перспективная разработка «Миландра» – их первый радиационностойкий и сбоеустойчивый микропроцессор. Он пока что не имеет собственного обозначения и презентуется на различных конференциях под именем «Обработка-13». (ссылка на скачивание pdf) По ссылке – презентация об устройстве процессора и его проектировании в части обеспечения радиационной стойкости. Там есть интересные и спорные решения, но выглядит впечатляюще (за исключением совместной работы ядер, пожалуй).
Процессор – двухъядерный ARM Cortex-M4F с режимами раздельной работы ядер и аппаратным дублированием. Тактовая частота – 100 МГц, SRAM 32 кбайт, ПЗУ 128 кбайт, широкий набор интерфейсов и аналоговой периферии.
Производиться «Обработка-13» будет на немецкой фабрике XFAB. 
НПЦ «Элвис», Зеленоград
«Элвис» в настоящее время активно продвигает собственную продукцию в космическую отрасль, активно сотрудничая с заводом «Микрон» в части технологии и с НИИ «Субмикрон» в части производства космической аппаратуры. Также «Элвис» участвует в международной рабочей группе по разработке стандарта передачи данных SpaceWire, на который в ближайшей перспективе переходит Европейское космическое агентство и, возможно, Роскосмос.
Пробная ласточка «Элвиса» в части аэрокосмических применений – микросхема памяти1657РУ1У (SRAM 4Мбит), изготовленная по зарубежной технологии 250 нм. 
Не хотелось бы язвить, но на подробной страничке с информацией о микросхеме (побольше таких бы) в параметрах радиационной стойкости можно найти вот что: «суммарная накопленная доза 330 крад, КТЗ 500 крад», а в параметрах, записанных в факторах согласно ГОСТ (внизу таблицы), цифра другая. Какая именно – не скажу, потому что этот ГОСТ – секретный, в отличие от аналогичных стандартов наших американских заклятых друзей. Кроме того, ходят слухи, что испытания первых микросхем проводились по каким-то специально обученным методикам, так что в том, что все работает действительно хорошо, есть некоторые сомнения.
1892ВМ8Я – двухъядерный процессор с ядром общего назначения (совместимо с MIPS-32) и ядром цифровой обработки сигналов. Тактовая частота 80 МГц, 480 MFLOPs при вычислениях с плавающей точкой, широкий набор интерфейсов – итого достаточно серьезная машина получается. Технология, как и предыдущей схемы памяти, 250 нм КМОП (зарубежная).
Сейчас «Элвис» разрабатывает несколько аналогичных процессоров на микроновских технологиях 180 нм и 250 нм КНИ, но результаты еще не пошли в серию. Разрабатываемый комплект микросхем «Мультиборт» был на днях представлен на выставке «Новая электроника», а на сайте «Элвиса» я нашел вот этот документ (ссылка на скачивание pdf)
В комплекте обозначено более двадцати микросхем с годом начала выпуска вплоть до 2014-го: микропроцессоры, АЦП, контроллеры внешних устройств и коммутаторы, позволяющие полностью организовать сеть передачи данных на борту космического аппарата.
После отработки решений на зарубежных фабриках «Элвис» делает все перспективные микросхемы полностью в России на «Микроне» (проектные нормы 180 и 90 нм).
НИИСИ РАН, Москва
НИИ системных исследований Российской академии наук (НИИСИ РАН) имеет самый большой опыт среди российских разработчиков процессоров для космоса (с 2001 года) и выпускает серию микропроцессоров с системой команд «КОМДИВ» (имеющей определенное сходство с MIPS32). (Ссылка на википедию, читать источники внизу страницы).
5890ВЕ1Т (КОМДИВ32-С) – 32-битный микропроцессор с встроенным интерфейсным контроллером, 33 МГц, технология 500 нм КНИ. Судя по открытым источникам, давно и успешно летает в системах управления космических аппаратов.
5890ВМ1Т (КОМДИВ-32Р) – 32-битный микропроцессор с повышенной стойкостью к одиночным сбоям. 33 МГц, 500 нм КНИ. Вот статья про него в американском научном журнале Transactions on Nuclear Science
5890ВГ1Т – двухканальный интерфейсный контроллер интерфейса MIL-STD-1553.
1900ВМ2Т (Резерв-32) – 32-битный микропроцессор с аппаратным троированием на уровне составных частей ядра и защитой от одиночных сбоев. Тактовая частота 66 МГц, технология 350 нм.
Статическое ОЗУ (SRAM) 1 Мбит, время обращения 30 нс. Технология КНИ 350 нм.
Четыре процессора, указанных выше, производятся серийно, а на 2014 и 2015 год заявлено начала выпуска еще четырех процессоров.
1907ВМ014 – 32 бита, частота 100 МГц, технология 250 нм. На кристалле системный контроллер, SpaceWire, Ethernet и интерфейс MIL-STD-1553.
1907ВМ038 – 32 бита, частота 125 МГц, технология 250 нм. На кристалле интерфейсы SpaceWire и Serial RapidIO.
1907ВМ044 – 32 бита, 66 МГц, 250 нм, встроенный системный контроллер, троирование ядер и повышенная стойкость к одиночным сбоям, SpaceWire.
1907ВМ028 – 64 бита, 150 МГц, 250 нм, встроенный системный контроллер, два уровня кэш-памяти (у остальных – один), Serial RapidIO, Ethernet.
У всех процессоров НИИСИ, выполненных на технологии КНИ, стойкость к полной поглощенной дозе, достаточная для космических применений, отсутствует тиристорный эффект, а также применены (у всех, кроме 5890ВЕ1Т) специальные меры для повышения стойкости к одиночным сбоям (коды Хэмминга в кэш-памяти, специальные ячейки SRAM, аппратное троирование на уровне составных блоков ядра процессора).
Кроме того, у НИИСИ есть еще вот такой ОКР: «Разработка 128-разрядного высокопроизводительного микропроцессора на структурах КНС/КНИ 0,25 мкм, совместимого с архитектурой КОМДИВ, для систем цифровой обработки сигналов», шифр «Схема-10». То есть это уже не 32 или 64 бита, а целых 128. Работа начата в 2012-м году.
НТЦ «Модуль», Москва
«Модуль» производит DSP процессоры с собственной оригинальной архитектурой и вычислительные модули на основе своих и чужих процессоров, в том числе для космических применений.
Главная собственная микросхема «Модуля» DSP Neuromatrix (Л1879ВМ1). Тактовая частота 40 МГц, технология 0,5 мкм (Samsung).
Микросборка 2605ВГ1Т – логика и приемопередатчик интерфейса MIL-STD-1553 со встроенной памятью.
1895ВА1Т – логическая часть контроллера канала интерфейса MIL-STD-1553
1879ВА1Т – интерфейсный контроллер для связи вычислительного процессора с интерфейсом MIL-STD-1553
НИИМА «Прогресс», Москва
НИИМА «Прогресс» является одним из головных разработчиков приемников и передатчиков ГЛОНАСС.
5512БП2Ф – система на кристалле с микропроцессорным ядром и базовым матричным кристаллом, программируемым под нужды пользователя. Технология 180 нм («Микрон»), рабочая частота процессора 150 МГц, арифметического сопроцессора 50 МГц. Процессорное ядро – «Кварк» компании КМ211
«СБИС с МП ядром СнК Алмаз-9» – тот же самый набор периферии с другим ядром и на технологии КНИ 240 нм («Микрон») для повышения радиационной стойкости. Завершение ОКР в 2014 году.
Дизайн-центр «Союз», Зеленоград
ДЦ «Союз» разрабатывает аналого-цифровые базовые матричные кристаллы на базе «микроновской» технологии КНИ 0,24 мкм. Завершение ОКР намечено на 2014 и 2015 год
5400БК1Т, 5400БК2У – общего назначения. 110к цифровых вентилей, 50к «аналоговых» транзисторов, 56 ОУ, 56 компараторов, 6 АЦП, 6 ЦАП, источник напряжения и другие блоки
5400ТР014 – прецизионный. 110к цифровых вентилей, 10к «аналоговых» транзисторов, 3- ОУ, 2 АЦП, 2 ЦАП, 2 УВХ, источник напряжения и т.д.
P.S. Базовый матричный кристалл — это микросхема из базовых ячеек без нескольких верхних слоев металлизации, при помощи которых ячейки можно соединить нужным заказчику образом. Этакий допотопный аналог ПЛИС. До сих пор востребованы, что характерно.
НПК «Технологический центр» МИЭТ, Зеленоград
НПК «Технологический центр» МИЭТ работает с «Микроном» и имеет собственную фабрику с проектными нормами 1,5 мкм, на которой они успешно делают радиационностойкие микросхемы малой степени интеграции и базовые матричные кристаллы, а также полузаказные СБИС на основе этих БМК – контроллеры интерфейсов, внешних устройств, приемопередатчики и т.д.
«Мультиклет», Екатеринбург
Уральская компания «Мультиклет», развивающая собственную оригинальную процессорную архитектуру, анонсировала выход в 2015-м году радиационностойкого четырехъядерного микропроцессора. Других подробностей пока нет, производство, насколько я понимаю, планируется за границей. Пост о существующих процессорах — вот.
КТЦ «Электроника», ВЗПП-С, ВЗПП-Микрон, Воронеж
Воронежские предприятия – осколки огромного некогда НПО «Электроника» и Воронежского завода полупроводниковых приборов (ВЗПП). Его отдельные части продолжают работать и сейчас, но разделить, кто чем занимается, довольно сложно, потому что информации очень мало, а данные в даташитах частично пересекаются. Дабы не распыляться, перечислю три предприятия – КТЦ «Электроника» и две инкарнации Воронежского завода полупроводниковых приборов – ВЗПП-С (с – это сборка) и ВЗПП-Микрон.
Основную продукцию всех трех предприятий составляют ПЛИС и микросхемы малой степени интеграции. Со вторыми все более-менее ясно: это производимые, наверное, еще с советских времен (на соответствующих проектных нормах) дискретные элементы силовой электроники и логические микросхемы серий 1504, 1505 и т.д. Удивительно, но факт: основная статья доходов ВЗПП-Микрон, судя по микроновскому сайту – это экспорт, а сайт самого ВЗПП-Микрон вообще англоязычный.
С ПЛИС все интереснее, потому что они очевидно предназначены для импортозамещения продукции компании Altera, с которой они программно совместимы. Разрабатывает их, судя по всему, КТЦ «Электроника».
Емкость двух обозначенных на сайтах ПЛИС составляет 50к и 200к вентилей, производятся они на немецкой фабрике XFAB. Еще несколько ПЛИС, стойких к воздействию радиации сейчас разрабатывается на базе технологий «Микрона». 
НИИЭТ, Воронеж
Еще одно воронежское предприятие, работающее для космической промышленности – ОАО «НИИ Электронной техники» (НИИЭТ).
НИИЭТ разрабатывает широкий набор микроконтроллеров (8-бит MCS-51, AVR, 16-бит MCS-96, C166), DSP (аналоги Texas Instruments), АЦП/ЦАП и других. Производство, судя по заявленным возможностям предприятия – на XFAB.
В каталоге предприятия три радиационностойких микросхемы:
1830ВЕ32У/1830ВЕ32АУ – 8 бит, 12/16 МГц, 256 байт ОЗУ (аппаратно троированного!), ПЗУ нет, функциональный аналог Intel 80C51FA
1874ВЕ05Т – 16 бит, 20 МГц, 488 байт SRAM, функциональный аналог Intel 196
Все радиационностойкие микросхемы, в отличие от обычных аналогов, производятся в России, на фабрике НИИСИ РАН по технологии 0,5 мкм КНИ.
В таблице перспективных радиационностойких разработкок на ближайшие два года почти десяток позиций, самые интересные из которых – семейство ЦАП, два DSP и микропроцессор с архитектурой SPARC (аналог широко применяемых как в Европе, так и в России процессоров LEON3, поставки которых в Россию совсем недавно прекратились). Удивительно кстати то, что этот процессор делает НИИЭТ, а не например Московский центр SPARC-технологий (МЦСТ). Видимо опыт проектирования радстойких изделий оказался важнее опыта проектирования SPARC.
И последнее предприятие в списке – минский завод «Интеграл»
В линейке продукции специального назначения «Интеграла» — статическая и динамическая память (самая большая – 1 Мбит, как SRAM, так и ПЗУ), небольшие микроконтроллеры, интерфейсные микросхемы, БМП и ПЛИС, а также силовые и дискретные приборы. Подавляющее большинство – на старых технологиях. Вот пара примеров:
1655РР1Т – 256 кбит флэш-память, время выборки 150 нс, время записи 10 мс.
1659РУ1Т – SRAM 256 кбит, время выборки 50 нс. КНИ технология.
1666РЕ014 – FRAM 1 Мбит. 
1881ВГ4Т – 8-битный микроконтроллер (AVR) с встроенной флэш-памятью, SRAM и аналоговой периферией. Тактовая частота 4 МГц.
1880ВЕ1У – 8-битный микроконтроллер (MSC-51) со встроенным 10-битными АЦПю Тактовая частота 24 МГц.
1451БК2У – аналоговый базовый матричный кристалл.
5577CX3T – однократно программируемая ПЛИС на 2000 эквивалентных вентилей. 
Выводы
Все не так плохо, как кажется (и как могло бы быть). Работ по созданию отечественной электроники для военных и космических применений идет много, и обойтись без американских чипов в обозримой перспективе вполне можно. 
Отстаем все равно сильно, хотя и не так катастрофически, как в «обычной» микроэлектронике. Сейчас, правда, вопрос ставится не о том, чтобы догнать и перегнать, а о том, чтобы не остаться у разбитого корыта.
Ситуация осложняется тем, что потребители электроники не хотят переходить на отечественные разработки (и их можно понять, потому что, к сожалению, по качеству и особенно по техподдержке и документации российские разработки рядом не лежали с импортными), а когда переходят – хотят получать копии, что сильно раздувает количество микросхем, которые надо разработать. Для того, чтобы российские разработчики микросхем смогли обеспечить разработчиков бортовых систем всем необходимым, нужно еще очень много работать.