ADC (Analog-to-Digital Converter) — аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
D (Digital) — цифровой блок
DAC (Digital-to-Analog Converter) — цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
DSP (Digital Signal Processor) — цифровой сигнальный процессор
IP-блок — блок интеллектуальной собственности
MS (Mixed Signal) — блок, осуществляющий обработку смешанных сигналов
RISC (Reduced Instruction Set Computer) — компьютер с сокращенным набором
команд
SLI device — микросхема системного уровня интеграции
System ASIC — специализированная СБИС система
System LSI — система высокой степени интеграции
АСН — автоматика специального назначения
АЦП — аналого-цифровые преобразователи информации
БИС — большая интегральная схема
БМК — базовый матричный кристалл
В/В-блок — блок ввода/вывода
ВВСТ — вооружение, военная и специальная техника
ВВТ — вооружение и военная техника
ВМПП — встраиваемые перепрограммируемые вентильные матрицы;
ВЧ-блок — блок, осуществляющий обработку высокочастотных сигналов;
ИС — дискретная интегральная схема
КА — космический аппарат
КМОП — комплементарная «металл-окисел-полупроводник» структура
КНИ — кремний на изоляторе
КНС — кремний на сапфире
МШУ — малошумящий усилитель
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство
ПДЗ —предельно достижимое значение
ОКР — опытно-конструкторская работа
ПЗС — прибор с зарядовой связью
ПЗУ — постоянное запоминающее устройство
ПЛИС — программируемая логическая интегральная схема
ПО — программное обеспечение
ППЗУ — программируемое постоянное запоминающее устройство
РКТ — ракетно-космическая техника
РЭА — радиоэлектронная аппаратура
РЭС — радиоэлектронные средства
РЭСВ — радиоэлектронные средства вооружения
Список условных сокращений 9
САПР — система автоматизированного проектирования
СБИС — сверхбольшая интегральная схема
СДОЗУ — синхронное динамическое запоминающее устройство
СнК — система на кристалле
СпИС — специализированная интегральная схема
СУ — система управления
СФ-блок — сложнофункциональный блок
ТУ — технические условия
ЦАП — цифро-аналоговые преобразователи информации
ЦВС — цифровая вычислительная система
ЦПОС — цифровой процессор обработки сигналов
ЭВМ — электронно-вычислительная машина
ЭКБ — электронная компонентная база
ЭППЗУ — электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее
устройство
ЭРИ — электрорадиоизделие (в настоящее время практически не применяется)
Введение
В начале XXI века развитость страны можно характеризовать как ее способности
производить передовую электронику, современную радиоэлектронную аппарату-
ру, информационно-телекоммуникационные системы, сложнофункциональные
изделия микроэлектроники, твердотельную СВЧ электронику, приборы опто-
и фотоэлектроники, другую электронную компонентную базу. Если в стране есть
передовая электроника, то имеются возможности создавать «умную» технику,
«смарт-оружие», вести киборгизацию, создавать высокотехнологичные продук-
ты. Современная электроника представляет собой инновационный и высокопри-
быльный сектор экономики со стабильным и быстро растущим спросом, хорошим
экспортным потенциалом и высокой удельной стоимостью продукции. Мировой
рынок высокотехнологичной электронной продукции оценивается в 3,5—4 трлн
долл. США.
• моральное и физическое старение технологического оборудования и ос-
новных фондов электронной промышленности из-за отсутствия инвести-
ционных средств на техническое перевооружение в течение последних 15
лет;
• практически полное отсутствие отечественного гражданского сектора про-
изводства наиболее наукоемких видов ЭКБ, применяемой в вычислитель-
ной технике, средствах связи и телекоммуникациях, навигационном обе-
спечении и т. д.;
• открытие российского рынка для зарубежных производителей бытовой
электронной техники при отсутствии какой-либо государственной протек-
ционистской политики. За последние десятилетия импортная электроника
и средства мобильной связи стали практически доминирующими на рос-
сийском рынке.
В результате негативного проявления указанных факторов в электронной
промышленности имеют место следующие тенденции [2]:
• во вновь разрабатываемых отечественных ВВСТ применяется до 70 % ино-
странных электронных компонентов. В силу действующих за рубежом
ограничений на поставку в Россию специальных электронных компонен-
тов разработчикам радиоэлектронных средств приходится довольствовать-
ся не соответствующей необходимым требованиям заказчиков номенкла-
турой импортной ЭКБ, что приводит к целому ряду негативных моментов,
и в частности к дополнительным затратам на вынужденную проверку из-
делий при ее применении [3];
• во многом утрачены технологии производства ЭКБ разработки 70—80-
х годов, хотя и устаревшей, но являющейся основой находящихся в на-
стоящее время на вооружении образцов ВВСТ, причем потери техноло-
гий составляют 40—50 %. Частично это связано с распадом СССР, после
которого часть электронных производств осталась вне России (Украина,
Беларусь, Прибалтика, Армения), нарушилась сложившаяся кооперация.
Наиболее существенные потери понесло производство радиационностой-
кой компонентной базы;
• из-за технологического отставания в области микроэлектроники и твер-
дотельной СВЧ электроники имеются серьезные проблемы в создании
современного радиолокационного вооружения, использующего активные
фазированные антенные решетки (зенитно-ракетные системы, радиолока-
торы наземного и авиационного базирования, связные системы).
Сложившая ситуация вполне адекватна тому вниманию и финансированию,
которые характеризуют отечественную наукоемкую промышленность в послед-
ние 20 лет. Много было выступлений, статей и докладов в органы исполнитель-
ной власти по проблемам отечественной электроники [4].
Дальнейшее отставание России в такой ключевой области промышленности,
как производство электронных компонентов, крайне опасно и недопустимо, по-
скольку не позволит перейти от «сырьевой» экономики к экономике «знаний»
и обеспечить первоочередное развитие высокотехнологичных отраслей промыш-
ленности, решение задач по обеспечению безопасности государства.
Важнейшая задача — предложить на основе всестороннего анализа суще-
ствующего состояния российской и мировой электроники оптимальный путь
развития отечественной электронной промышленности, выбрать приоритеты,
сконцентрировать финансовые усилия как государства, так и частного сектора
на ключевых направлениях этого развития. Комплексность данной проблемы
в системе управления техническим уровнем на этапах проектирования, произ-
водства и эксплуатации изделий электроники показана на рис. 1.
В высокотехнологичных отраслях промышленности, связанных с созданием
сложной техники, в том числе в радиоэлектронике, используют многоуровневые
представления проектируемых систем, и, следовательно, имеет место специализа-
ция предприятиий по номенклатуре создаваемых изделий. В целом такую систему
для высокоинтегрированных микроэлектронных систем можно представить как
инфраструктуру трехуровневого процесса проектирования и изготовления РЭА
и ЭКБ (рис. 2).
Анализ развития автоматизированных систем проектирования высокоинте-
грированных микроэлектронных изделий (EDA — Electronic Design Automation)
показал, что наблюдается значительная динамика их развития. Средства проекти-
рования развивались от несвязанных друг с другом программ расчета электронных
схем с формализацией постановки проектных задач и выбора соответствующего
математического аппарата к совершенствованию математического обеспечения
и развития интерактивных средств проектирования на рабочих станциях и да-
лее для субмикронной технологии БИС — переход к проектированию на основе
программируемых логических микросхем (Complex Progammable Logic Device —
CPLD), программируемых вентильных матриц (Field Programmable Gate Array —
FPGA).
В 80-е годы средства проектирования СБИС получили дальнейшее равитие
до уровня системных сред, включающих решения систем из нескольких тысяч
и более нелинейных уравнений. Это период ознаменовался совершенствованием
математического обеспечения и развитием интерактивных средств проектирова-
ния на рабочих станциях [5]. Появляются технологии разработки микропроцессо-
ров и схем памяти, заказных и полузаказных СБИС (ASIC — Application-Specific
Integrated Circuits). Технологические и схемные характеристики каждого из этих
типов СБИС имеют свои особенности. Так, если в случае CPLD для отражения
структуры конкретной схемы в инвариантном по отношению к приложению
множестве функциональных ячеек требуется выполнить заключительные техно-
логические операции металлизации, то в случае FPGA программатор по разрабо-
танной в ECAD программе просто расплавляет имеющиеся перемычки (fuse) или
наоборот их создает, локально ликвидируя тонкий изолирующий слой (antifuse).
Эти различия обусловливают особенности проектирования схем и требуют их
отражения в применяемом математическом и программном обеспечении ECAD
(Electronic computer-Aided Design). Современные развитые ECAD (например,
САПР таких фирм, как Synopsys, Mentor Graphics или Cadence) имеют большое
число программ различного назначения.
В начале 90-х годов началось бурное развитие направления, связанного с си-
стемными вопросами EDA. Средства интеграции программного обеспечения
в ECAD, управления проектированием и проектными данными, созданные в то
время и получившие название системных сред (Frameworks), рассмотрены в ра-
боте [6]. В настоящее время системные среды часто называют PDM (Product
Data Management), в них включают программы управления проектированием
и проектными данными, стандартные форматы и языки представления и обмена
данными. Средства, составляющие системную среду, помогают разработчикам
СБИС в использовании имеющегося ПО САПР, их называют HDL Add-In Tools
[7]. Среди них выделяют средства, выполняющие следующие функции:
1) интеграция ПО, т. е. обеспечение интероперабельности между различны-
ми прикладными программами;
2) управление версиями и конфигурацией проекта, т. е. контроль целостно-
сти проекта;
3) реализация в имеющемся ПО определенных проектных операций с помо-
щью языков расширения;
4) генерация моделей и управление библиотеками;
5) преобразование данных о схемах из одного представления в другое, напри-
мер графических диаграмм или списков цепей в файлы на языках проекти-
рования Verilog или VHDL;
6) отладка моделей, контроль ошибок, визуализация формы сигналов и т. п.
Примером системной среды может служить среда, созданная в компа-
нии Mentor Graphics. Ее составные части — Falcon Framework’s Design Manager,
Decision Support System (DSS), BOLD и язык AMPLE [8]. Design Manager исполь-
зуется для построения версий САПР, поддержки параллельного проектирования
и управления конфигурацией проектов, обеспечивает интеграцию программных
средств и доступ пользователя к программам и данным с помощью удобного гра-
фического интерфейса. Система поддержки решений DSS предназначена для
развития средств проектирования и управления проектными данными. Редактор
BOLD управляет документацией. Наконец, процедурный язык AMPLE позволяет
выразить требования к расширению ПО для DSS и описать взаимосвязи между
компонентами ПО.
В настоящее время средства проектирования обеспечивают работу проекти-
ровщиков с наноразмерными элементами схем с покрытием полного маршру-
та разработки схемы и возможностью использования СФ-блоков при создании
СБИС типа «система на кристалле».
На фоне опережающего развития субмикронной полупроводниковой техно-
логии все более остро встает проблема разработки принципиально новых методо-
логий и средств автоматизированного проектирования сверхсложных интеграль-
ных схем и аппаратуры на их основе.
Ведущие электронные фирмы, решая данную проблему, наряду с тради-
ционной разработкой и массовым производством микросхем высокоинтегри-
рованных СБИС процессоров высокой производительности, СБИС памяти
сверхбольшой емкости, программируемых логических схем начали интенсивно
использовать принципиально новый подход к реализации специализированных
СБИС. В основу такой методологии положена новая идеология создания блоков
и узлов аппаратуры в виде специализированных СБИС типа «система на кри-
сталле» («system-on-chip»), объединяющих на одном кристалле так называемые
виртуальные компоненты (VC) в виде блоков «интеллектуальной собственности»
(Intellectual property или IP-блоки) (далее — СФ-блоки, как это принято у нас).
К данным СФ-блокам относятся СФ-блоки процессоров различного вида, СФ-
блоки аналоговых и аналого-цифровых узлов, СФ-блоки «жесткой» логики, па-
мять, интерфейсы. То есть СБИС типа «система на кристалле» — принципиально
аппаратно-программная реализация той или иной функционально законченной
части аппаратуры.
Повторное использование верифицированных и аттестованных крупных СФ-
блоков существенно сокращает сроки разработки СБИС «система на кристалле»,
обеспечивает большую вероятность безошибочности проекта. При этом СФ-
блоки в виде моделей используются при отработке как алгоритмов работы систем,
аппаратуры, так и собственно микросхем «система на кристалле», т. е. на систем-
ном уровне проектирования происходит объединение САПР систем, аппаратуры
и СБИС.
Все это предопределило революцию в методологии и средствах САПР аппара-
туры и элементной базы с использованием мощного аппарата многоуровнего мо-
делирования, синтеза и верификации на каждом этапе проектирования: систем-
ном, функциональном, логическом и физическом на основе развитой библиотеки
СФ-блоков.
Это наряду с использованием «прототипов» на ПЛИСах позволяет сокра-
тить итерации в процессе проектирования, вплоть до получения работоспособ-
ных образцов СБИС «система на кристалле», и обеспечить «сквозной» маршрут
проектирования «аппаратура — элементная база». В пределах этого «сквозного»
маршрута средства САПР системного и функционального уровня едины для ап-
паратуры и СБИС.
В ECAD фирмы Cadence для управления проектными данными имеется фай-
ловая система, являющаяся частью системной среды Cadence Design Framework II.
В ней предусмотрена иерархическая организация проектных данных с выделе-
нием уровней библиотек, категорий (categories), ячеек (cells), видов (Cellviews).
Ячейка — базовый объект, который может иметь несколько различных представ-
лений (видов). Ячейки объединяются в родственные группы — категории, а ка-
тегории — в библиотеки. Разработчик с помощью системной среды имеет доступ
к проектным данным, может создавать свои библиотеки, ячейки, виды.
Системная среда CAST Design Data Management [9] выполняет функции
управления потоками проектных задач, библиотеками, архивированием версий.
Для управления версиями в системных средах вводят ряд статусов данных.
Текущая разрабатываемая версия имеет рабочий статус и локально доступна не-
посредственным исполнителям. После завершения определенных проектных
операций данные становятся доступными всем членам рабочей группы. После со-
гласования решений данные получают статус утвержденной (или архивной) вер-
сии.
Для визуализации данных используется несколько типов браузеров, с помо-
щью которых пользователь может контролировать потоки проектных процедур,
структуру проектных данных, получать сведения о версиях проекта и параметрах
его частей, сопоставлять разные аспекты (представления) проекта, например то-
пологию, схему, результаты моделирования и т. п.
Синтез проектных решений
Типичный маршрут разработки СБИС включает этапы системного, функцио-
нального, логического и конструкторского проектирования. Ряд ведущих фирм-
разработчиков ECAD предлагает средства, покрывающие полный маршрут про-
ектирования СБИС. К их числу относятся Synopsys, Cadence Design Systems, Mentor
Graphics. На системном этапе формулируются требования к функциональным
и схемным характеристикам, разрабатываются алгоритмы, реализуемые в СБИС,
и структурные схемы. Алгоритмы обычно представляются на языках проектиро-
вания аппаратуры (HDL — Hardware Description Language) и выражают поведен-
ческий аспект проектируемого изделия. Основными HDL языками в современ-
ных ECAD являются VHDL и Verilog. Поведенческие описания представляют
собой исходное задание на функциональное и логическое проектирование. Этапы
функционального и логического проектирования поддерживаются в ECAD рядом
программ синтеза и моделирования. Одной из наиболее ответственных и трудно
формализуемых проектных процедур является блочный синтез, в процессе кото-
рого выполняется распределение операций алгоритма по временным тактам и по
функциональным блокам аппаратуры, выбирается тип памяти. Тем самым опре-
деляются структура схемы на уровне регистровых передач (RTL — Register Transfer
Level), типы блоков (комбинационные или последовательные), реализуются рас-
параллеливание и конвейеризация вычислений. Полученное RTL (описание
на языке VHDL) далее преобразуется в вентильную структуру — модель вентиль-
ного уровня.
Глубокий экономический кризис в России привел к распаду или в лучшем
случае к анабиозу активности научных школ и практических работ по проблемам
EDA. Однако в последнее время заметно возрождение интереса к развитию высо-
котехнологичных производств и, как следствие, к использованию EDA.
За истекшее десятилетие индустрия EDA за рубежом продвинулась далеко
вперед. Сейчас разработка САПР для отдельных предприятий силами самих пред-
приятий оказывается малоперспективной. Рынок ECAD насыщен разнообраз-
ными прикладными средствами проектирования, и можно получить надежную
САПР с достаточной функциональностью и с гораздо меньшими временными
затратами, купив соответствующие программные продукты у фирм, специализи-
рующихся на производстве средств САПР. Службы САПР на предприятиях мо-
гут учесть местные специфические требования путем адаптации приобретаемых
средств и разработки дополнительных программ, используя инструментальные
среды типа CAS.CADE [10], созданные для САПР в машиностроении, или CASE-
средства типа упомянутой выше DSS. Однако имеющиеся на рынке средства
САПР довольно дороги. Кроме того, следует учитывать тот факт, что для наибо-
лее наукоемких и стратегически важных направлений средства проектирования
на рынок не выставляются, поэтому соответствующие зарубежные средства для
российских предприятий оказываются недоступными. В то же время без автома-
тизации проектирования не удастся достичь успеха в создании сверхсложных бу-
дущих систем в многокристальном или типа «система на кристалле» исполнении,
при объединении электрических оптических, механических и, возможно, био-
логических элементов в развивающихся микросистемных проектах. В этих усло-
виях, чтобы оставаться технологически высокоразвитой страной, России нужны
собственные центры развития ECAD.
Основные направления развития инфраструктуры разработок сложнофунк-
циональных специализированных СБИС, в том числе типа СнК, представлены
в табл. 1.
Таким образом, EDA индустрия развивается с учетом требований нанометро-
вых технологий и методологии проектирования «система на кристалле». Развитие
САПР для системного проектирования, проектирования схем малой мощности,
проектирования с учетом требований производства, интеграции систем является
важнейшей задачей, требующей решения в ближайшее время.
Задача развития инфраструктуры проектирования сложнофункциональных
изделий микроэлектроники в определенной степени решалась при формирвании федеральной целевой программы «Развитие электронной компонентной
базы и радиоэлектроники» на 2008—2015 годы [11], которая стала дальнейшим
развитием работ по подпрограмме развития ЭКБ в рамках федеральной целевой
программы по развитию национально-технологической базы.
К ведущему направлению в области электроники относится субмикронная
сложнофункциональная микроэлектроника. Переход к инновационному развитию экономики страны во многом будет определяться успешным решением
задач по развитию именно этого направления электроники. Субмикронная ми-
кроэлектроника, являясь на сегодня аккумулятором всех новых достижений в си-
стемах автоматизированного проектирования, математическом моделировании,
материаловедении, технологии и метрологии, ускоренными темпами продвигает
человечество к новому электронному обществу. Важнейшую роль эта сфера элек-
троники играет в реализации задач обеспечения технологической независимости
страны, повышения ее обороноспособности для защиты наших национальных
интересов. Мировая микроэлектроника достигла высочайшего уровня техноло-
гической сложности и позволяет изготавливать изделия, содержащие в кристалле
десятки и сотни миллионов транзисторов при технологических нормах 45 нм, до-
стигнуты первые результаты для 32 и 22 нм.
Ускоренными темпами проводятся работы в области технологии уровня ме-
нее 22 нм. При этом задача достижения такого уровня развития стоит и перед от-
ечественной микроэлектроникой.
Эта задача сравнима по значимости и сложностям с реализацией проектов
по созданию атомной бомбы и ракетно-космической техники. Затраты на созда-
ние инфраструктуры и развитие этого направления составляют многие миллиар-
ды долларов.
Создание современных и конкурентоспособных микроэлектронных систем
является универсальной и многоплановой дисциплиной, объединяющей в себе
методы оптимизации развития технического уровня СБИС на основе проектиро-
вания законченных аппаратно-программных блоков с примением встраиваемых
СБИС типа «система на кристалле», построенных с использованием сложных
функциональных блоков (стандартных процессоров и процессорных ядер, встро-
енного программного обеспечения, интерфейсных ядер, ядер цифро-аналого-
вых и аналого-цифровых преобразований, ядер схем памяти, интерфейса и др.).
В общем случае современная и конкурентоспособная микроэлектронная систе-
ма включает в себя различные типы устройств (узлов), спроектированных в виде
СБИС типа «система на кристалле».
Управление техническим уровнем в микроэлектронике как важнейшая функ-
ция системы управления качеством является многофакторной задачей, в которой
тесно переплетаются научно-технические, технико-экономические, физико-тех-
нологические, конструктивно-схемотехнические и другие не менее существенные
аспекты проблематики [12]. Это определяет актуальность обеспечения эффектив-
ности научно-методических принципов управления, решения возникающих за-
дач оптимизации исследований, разработок, производства, эксплуатации (по эта-
пам жизненного цикла) изделий.
К основным принципиально значимым задачам в области управления техни-
ческим уровнем микроэлектроники относится обеспечение наивысшей техни-
ко-экономической эффективности при применении создаваемых электронных
изделий в конечной продукции — РЭА, РЭСВ, ИТКС, определяющей такти-
ко-технические характеристики образцов ВВСТ. Эта эффективность в первую
очередь определяется важнейшими показателями технического уровня, необ-
ходимость достижения которых, в том числе с применением методов контроля
и мониторинга, — важнейший принцип, определяющий содержание и задачи
развития микроэлектронных систем.
К ним относятся:
• управление уровнями микроминиатюризации (микроминиатюризация
на основе применения сложнофункциональных микроэлектронных си-
стем, систем с объемной интеграцией с вертикальным межсоединением
кремниевых кристаллов, многокристальных сборок и др.);
• технология и инфраструктура;
• физико- и конструктивно-технологическое обеспечение создания и функ-
ционирования радиоэлектронных изделий с высоким уровнем техниче-
ских параметров по базовым (прорывным) направлениям развития элек-
тронной техники;
• системо- и схемотехническая интеграция и оптимизация (например,
СБИС типа «система на кристалле» на основе СФ-блоков);
• предельнодостижимые и реализуемые литографические рубежи [13].
Анализ развития процесса микроминиатюризации радиоэлектронных
устройств и вычислительной техники показывает, что микроэлектронная и ми-
кросистемная техника стали важнейшими элементами этого процесса на систем-
ном уровне.
Общая задача многофункциональных военно-технических систем, продукции
двойного назначения базируется на революционном решении проблем на уровне
кристалла, который объединяет гетерогенную интеграцию трех (технологически
и функционально интегрированных) основных информационных технологий —
микроэлектроники, фотоники и микроэлектромеханических систем.
Содержательная часть интегрированной электронной системы опирается
на объединение:
• сенсорных систем с высокой чувствительностью в области радиочастотно-
го и оптического сигналов;
• более развитого сигнального процессора, способного выделить нужный
сигнал на фоне различных внутренних и внешних помех;
• высокоэффективных коммуникационных систем (особенно с позиции на-
дежной полосы пропускания);
• интеллектуальных, интегрированных на уровне кристалла (chip-scale) ми-
кросистем, способных преобразовать в реальном времени сложные сигна-
лы внешней информации в необходимую реакцию.
Общая тенденция микроминиатюризации решается за счет не только ми-
нимизации одного размера, но и более полного использования объема. К таким
направлениям относятся системы на кристалле (S0C) и модульные конструкции
(системы в корпусе SiP).
Для отечественной промышленности необходимо сконцентрировать как ор-
ганизационные, так и финансовые ресурсы на создании наиболее рациональной
номенклатуры таких схем, покрывающих наибольшее число задач перспективной
аппаратуры, а также решить комплексную задачу создания и освоения перспек-
тивной технологии проектирования и изготовления СБИС, в том числе типа «си-
стема на кристалле».
Методологии построения инновационной инфраструктуры проектирования
и изготовления сложнофункциональных СБИС в целостном виде до данной ра-
боты не было. Отдельные вопросы рассматриваемой методологии разрабатыва-
лись на ряде предприятий электронной отрасли, в том числе в ведущих дизайн-
центрах проектирования СБИС [15—30].
Теоретические основы и практические методы организации сквозного про-
ектирования сложнофункциональных СБИС субмикронного технологического
уровня в виде ключевых принципов и определение приоритетных направлений
их развития находятся сегодня в центре внимания научной общественности, ру-
ководителей и специалистов отечественных предприятий и организаций. Разра-
ботке обстоятельного и систематизированного представления об инфраструктуре
проектирования и изготовления таких изделий, государственном регулировании
и поддержке, особенностях соответствующего мирового опыта и его адаптации
к российским условиям посвящены работы ряда отечественных ученых [20, 23,
31—37].
В настоящей монографии изложен системный подход и основные научно-
технические проблемы в данной области на основе результатов ряда научно-ис-
следовательских работ [38—46], разработаны основные принципы и методы
управления техническим уровнем при реализации системной организации по про-
ектированию, моделированию и технологическому обеспечению изготовления
СБИС типа «система на кристалле» и увязаны в единое целое в виде концепции
построения инфраструктуры сквозного проектирования сложнофункциональных
СБИС от системного уровня до топологии кристалла, выбора технологического
базиса для изготовления СБИС с учетом обеспечения специальных требований
по радиационной стойкости, организации процесса изготовления фотошаблонов
и микросхем, в том числе на зарубежных фабриках, последующего их тестирова-
ния, сборки, испытаний и применения [43—47].
Разработанные методики позволили сформировать законченную методоло-
гию создания проектно-технологических основ развития сложнофункциональ-
ных изделий микроэлектроники как систему принципов и нормативных регла-
ментов.
Для достижения целей, определенных «Основами политики Российской
Федерации в области развития электронной компонентной базы на период
до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденными Президентом Россий-
ской Федерации, задач комплекса федеральных целевых программ разработаны
принципы и методы управления техническим уровнем разработок и производства
сложнофункциональных изделий микроэлектроники, включающие в том числе
наличие отечественной интегрированной инфраструктуры с центрами проекти-
рования (дизайн-центры), центр коллективного пользования для заказного изго-
товления фотошаблонов, технологические линейки субмикронного уровня и др.
Актуальность данной работы связана с необходимостью повышения техниче-
ского уровня высокоинтегрированной микроэлектроники на основе ускоренного
развития отечественной инфраструктуры разработки аппаратурно-ориентиро-
ванных сложнофункциональных изделий типа «система на кристалле», освоения
технологии сложнофункциональных радиационностойких схем, развертывания
работ по их проектированию и внедрению для обеспечения тактико-технических
требований перспективных средств вооружения и аппаратуры общепромышлен-
ного назначения.
В настоящее время находит все более широкое признание положение о том,
что рационально организованная система проектирования сложнофункциональ-
ных изделий микроэлектроники способна вывести эту отрасль из сложившегося
тупика и внести значительный вклад в столь необходимое динамичное развитие
как самой микроэлектроники, так и экономики всей страны. Внимание государ-
ства и общества в целом к проблемам микроэлектроники свидетельствует об ак-
туальности тематики исследований, посвященных разработке методов рациона-
лизации систем управления и планирования развития этой отрасли.
Сформировалась настоятельная потребность в научном осмыслении новых
явлений и процессов в данной сфере, разработке адекватных сложившимся реали-
ям методов организации деятельности дизайн-центров, изготовителей и заказчи-
ков микроэлектронных изделий. Данная научно-практическая проблема, которая
является по своему значению фундаментальной для развития всей отечественной
микроэлектроники и ее взаимодействия с реальным сектором экономики, долж-
на решаться на базе всей совокупности теоретических знаний и накопленно-
го практического опыта, в том числе международного. Среди работ зарубежных
ученых и практиков, посвященных различным аспектам рассматриваемой темы,
наиболее значимыми можно назвать труды таких авторов, как Ф. Томас, Г. Мар-
тин, Г. Чанг и др. [18, 24, 30, 48].
Российские ученые также активно осуществляют разработку методов органи-
зации инфраструктуры проектирования, изготовления и применения микроэлек-
тронных изделий на основе технологии типа «система на кристалле», управления
и организации работ в этой сфере деятельности [15, 16, 49—58].
Цель исследования состоит в разработке научно-методических принципов
управления техническим уровнем высокоинтегрированных электронных систем
и обеспечении их реализации в реальных условиях организации инновационных
проектно-технологических процессов и эксплуатации (в том числе специальных
воздействий среды) и соответственно в развитии методологии создания проек-
тно-технологического базиса субмикронных СБИС высшего мирового уровня
как системы научно- и организационно-методических положений и норматив-
но-технических руководств различных иерархических уровней управления и ком-
плекса физико-технических основ, проектно-технологических процессов.
Цель исследования определила необходимость постановки и решения следу-
ющих основных задач по базовым научно-техническим направлениям, к которым
относятся:
• алгоритмы и научно-методическое обеспечение управления техническим
уровнем СнК (SoC) новых поколений, развития системного проектирова-
ния;
• проблемы управления, задачи физико-технической, технико-экономи-
ческой, нормализационной регламентации и оптимизации применения
ЭКБ (в том числе зарубежных);
• алгоритмы, физико-техническое, нормализационное обеспечение техни-
ческого уровня электронных средств в условиях специальных воздействий.
Создание целостной методологии построения и развития концепции сквоз-
ного системного проектирования СБИС, включает:
1) разработку общей концепции, определяющей порядок и инфраструктуру
отечественных разработок нового поколения субмикронных СБИС повы-
шенной функциональной сложности, полностью реализующих отдельные
законченные узлы аппаратуры;
2) разработку новой методологии заказного проектирования СБИС, осно-
ванной на применении повторно используемых библиотек микро- и ма-
кроблоков (сложных функциональных блоков);
3) разработку принципов выбора сложнофункциональных блоков, использу-
емых при проектировании СБИС типа «система на кристалле»;
4) разработку алгоритмов взаимодействия различных предприятий (аппара-
турных, Центров проектирования СБИС, «кремниевых мастерских», пред-
приятий и отдельных специалистов, обладающих интеллектуальной соб-
ственностью на СФ-блоки), участвующих в процессе создания СБИС.
В области теории и практики организации процесса проектирования и изго-
товления СБИС решались следующие задачи:
1) разработка организационно-технических мероприятий по аттестации
маршрута разработок СБИС, выполняемых коллективами различных
предприятий, а также оформления и аттестации используемых при разра-
ботках СБИС СФ-блоков различных предприятий;
2) разработка и выпуск периодического информационного бюллетеня в каче-
стве методического пособия для конструкторов аппаратуры по проектиро-
ванию и применению в РЭА СБИС типа «система на кристалле» и инфор-
мационно-аналитической базы;
3) решение проблемы унификации СБИС и благодаря этому затрат на созда-
ние, эксплуатацию специальной техники и решение проблемы импорто-
замещения. При этом с необходимостю обеспечиваются требования по ра-
диационной стойкости таких СБИС;
4. решение проблемы создания и развития отечественного производства ра-
диационно-стойкой ЭКБ путем сосредоточения усилий на освоении тех-
нологий изготовления интегральных схем на структурах «кремний на сап-
фире» (КНС) и «кремний на изоляторе (КНИ) по КМОП- (а в перспективе
и БиКМОП-) маршруту.
В области методологии становления и развития проектно-технологических
платформ СБИС решались задачи:
1) создание научно-технологического задела для отечественной технологии
изготовления структур КНС с толщиной слоя кремния 0,1 мкм на базе ис-
ходных структур КНС с толщиной слоя кремния 0,3 мкм;
2) разработка методов моделирования транзисторных КНС-структур;
3) разработка проектных предложений для технологического процесса изго-
товления КМОП схем на основе КНС-структур;
4) разработка технических требований к технологическим операциям изго-
товления КМОП схем на основе КНС-структур;
5) разработка правил проектирования для технологического процесса изго-
товления КМОП схем с субмикронными проектными нормами;
6) разработка основных требований к составу нормативно-технической до-
кументации для проектирования и производства СБИС типа «система
на кристалле»;
7) разработка требований к проектно-технологическим платформам изготов-
ления СБИС для космических аппаратов с длительными сроками активно-
го существования.
Предметом исследования является научно-теоретическое и практическое со-
держание процесса и функций различных этапов и методов проектирования и из-
готовления СБИС, являющихся ключевыми для организации отечественной ин-
фраструктуры развития микроэлектроники.
Объектом исследования является инновационный сектор функционально-
сложной микроэлектроники России в его объективно обусловленной связи с ра-
диоэлектроникой и информационной технологиями в целом.
Теоретическую и методологическую основу исследования составили обосно-
ванные в трудах отечественных и зарубежных авторов принципиальные поло-
жения и выводы, которые охватывают широкий круг взаимосвязанных проблем
и получены как в рамках общественных наук (социология, теория управления, те-
ория денежного обращения и др.), так и в рамках теории исследования операций,
кибернетики и информатики, а также финансового менеджмента.
Информационно-аналитическую базу исследования составляют российская
и зарубежная монографическая литература, публикации в периодической пе-
чати, нормативные документы предприятий — разработчиков микросхем, в том
числе руководящие документы по процедурам проектирования СБИС типа «си-
стема на кристалле» на основе сложнофункциональных блоков, а также матери-
алы и документы корпоративных структур. В ходе исследования изучены общая
и специальная литература, законодательные и другие нормативные акты, рекомендации отечественных и зарубежных исследователей в области проектирова-
ния и изготовления сложнофункциональных изделий микроэлектроники [5, 6, 11,
25, 59—66]. Использованы также собственные аналитические разработки авторов,
в том числе опубликованные в научных и научно-технических изданиях.