После бегства иностранцев в российском ПО для микроэлектроники осталось 65 «белых пятен»

Какая функциональность отсутствует в российском ПО для микроэлектроники

В сфере ПО для микроэлектроники у российских разработчиков существует 65 «белых пятен», направлений, которые российское ПО пока не может закрыть после ухода иностранных компаний.

Из них 46 относятся к проектированию ЭКБ (элементная компонентная база) и шесть к проектированию РЭА (радиоэлектронной аппаратуры). Об этом было объявлено в ходе демодня ИЦК (индустриальный центр компетенций) «Электроника и микроэлектроника», прошедшим в ходе конференции «Микроэлектроника-2024».

Примерами «белых пятен» в сфере проектирования ЭКБ являются: топологическое проектирование (иностранное ПО - Keysight ADS); электромагнитное моделирование (Keysight ADS); статистические (формальные) проверки кода (Cadence JasperGold); логический синтез RTL to Netlist (оптимизация и технологический мапинг - Cadence Genus Platfrom); синтез структура для тестирования (DFT - Cadence Genus Platform); генерация тестовых шаблонов (ATPG - Cadence Modus); СВЧ моделирование (AWR Microwave Office Software); проверка эквивалентности (LEC – Cadence Conforal); статистический и временный анализ (STA) с поддержкой анализа целостности сигналов (SI – Cadence Tempus); анализ шин питания (падение напряженности – IrDrop, эффектов электромиграции (дрейф ионов, EMI) – Cadence Design Systems Votus); высокоуровневый синтез (Siemens Catapuit); схемотехническое проектирование (Keysight ADS): проектирование фотошаблонов, создание управляющей программы для электронной литографии (AWR Microware Office Software); физическая верификация топологии (DRC, LVS – Keysight ADS); физический синтез (имплементация – Xilinx Vivado); логический синтез (Xilinx Vivado); логическое моделирование и симуляция (Siemens Questa).

В сфере проектирования РЭА «белыми пятнами» являются: проектирование и моделирование печатных плат (Altium limited P-Cad Schematic); создание кабельно-жгутовых конструкций (применяется с САПР 3D - Dassault Systems SolidWorks); создание модели (Siemens Digital Industries Software).

В то же время в сфере проектирования РЭА российские разработчики ПО закрыли такие направления, как: аналоговое/цифровое моделирование; разработка стендов, установок, кассет, устройств согласующих, блоков; схемотехническое проектирование кабельных сборов на основе коаксиальных и симметричных бортовых кабелей; детализация 3D-модели для получения данных об отклонении размеров изделия, допусках форм, расположении поверхностей, припусках на обработку, параметрах шероховатеости, литейных уклонах; генерация тестовых шаблонов ATRG; схемотехническое проектирование; проектирование электронных модулей первого, второго и третьего уровня разукрупнения; статический и временной анализ (STA) с поддержкой анализа целостности сигналов (SI): топологическое проектирование многослойный печатных плат; топологическое проектирование многослойных печатных плат; анализ электромагнитной совместимости (EM); разработка тел вращений; анализ применяемой ЭР и материалов кабельной сети; логическое моделирование и симуляция.

MES-система от «Микрона»

На статус ОЗП (особо значимый проект) в рамках ИЦК «Электроника и микроэлектроника» претендуют десять проектов, сообщил руководитель данного центра Никита Александров. В первую очередь, это продукт «Автоматизация кристального производства», разрабатываемый ГК «Цифра» по заказу завода «Микрон».

«Ввиду особой сложности, длительности и цикличности технологического процесса, кристальное производство не может функционировать без специализированной MES системы (система управления производственными процессами), - объяснил ИТ-директор «Микрона» Александр Винников. - MES-системы других отраслей не применимы для кристального производства. Также на рынке России нет аналогов MES-системам для управления кристального производства»».

По словам Винникова, сейчас предприятие использует устаревшее оборудование и ПО, которое более не поддерживается производителями, а запчасти для серверов не выпускаются с 2013 г. В том числе отсутствует возможность миграции ОС и переноса ПО на современные сервера с архитектурой x86. В результате наблюдается моральное устаревание существующих систем автоматизации, отсутствие технической поддержки производителя ПО (из-за введения санкций), отсутствие возможности модернизации и переноса решения на новое оборудование и платформу и не соответствие современным требованиям к MES. У «Микрона» есть и свои собственные разработки, но они также основаны на зарубежных решениях.

Разрабатываемая «Микрон» MES-система обеспечит ряд преимуществ. В части повышения производительности будет обеспечено: планирование мощностей, анализ мощностей, обработка всех событий производства, моделирование диспетчеризации, планирование движения партий, балансировка нагрузки, управление производственным циклом, диспетчеризация и отчетность real time, AL/ML модель прогноза.

В части управления качеством будет обеспечено: Run to Run control (управление процессами APC и оптимизации CPK), SPC анализ для APC процессов; управление технологическим процессом на оборудовании; управление рецептами (DMS); управление оборудованием. В части управления производством будет обеспечено: управление материалами, обслуживание оборудования, управление ЗИП к оборудованию, управление инцидентами на оборудовании, обнаружение и прогнозирование сбоев.

В части управления ресурсами будет обеспечено: управление поставками материалов и ЗИП; управлением и моделирование мощностей (оборудование); моделирование диспетчеризации относительно МТР; расчет OEE в реальном времени; управление изменениями в имитационной модели, прогнозная модель производства. Разрабатываемую «Микрон» MES-систему планируется масштабировать и на другие предприятия. Вслед за автоматизацией кристального производства «Микрон» также планирует автоматизировать сборочное производство, автоматизировать сквозное планирование и модернизировать АСУТП (автоматизированная система управления технологическими процессами) «Чистых производственных помещений» (ЧПП).

Автоматизация обнаружения дефектов в микроэлектронике

Следующий проект - разработка системы автоматизированного оптического обнаружения дефектов изделий микроэлектроники. Его разрабатывает ЦКБ (центральное конструкторское бюро) «Дейтон» по заказу завода «Марс». По словам гендиректора ЦКБ «Дейтон» Юрия Рубцова, в 2022 г. перед российскими предприятиями была поставлена задачу увеличения объемов производства. В результате возникла идея автоматизации контроля за счет оптического (визуального контроля).

Соответствующее ПО должно включать в себя машинное обучение, нейтронные сети, искусственный интеллект (ИИ). При разработке продукта ЦКБ «Дейтон» применяет ОС и базы данных от «Ред Софт», языки программирования - Java, Python, JavaScript и C#. Создание продукта обеспечит следующие ряд преимуществ. Во-первых, это сокращение времени машинного обучения за счет дальнейшей отработки технологий выборки изделий с дефектами. В настоящее время при 30 видах дефектов требуется 6 тыс. изображений образцов с дефектами или их описаний для одного оператора - это занимает более года по 8 часов работы в день. Прорабатываются вопросы о переходе от сверточных к капсульным нейронным сетям и обеспечения лучшего понимания контекста и повышение точности обнаружения дефектов.

Также будет обеспечена: сортировка изделий с дефектами, не являющимися браком, для отнесения к более низкой категории качества, и создание глобальной базы дефектов; программный анализ роста числа дефектов и формирование предложений для внесения изменений в технологические процессы; документирование (стандартизация) и использование приобретаемого опыта в дальнейших разработках, обнаружение скрытых дефектов (прозрачные частицы), использование цветофильтров, зеркал, программируемых интенсивности освещения и скорости перемещения камер, обеспечение надежности электронных и механических частей; отработка методов аттестации устройств и порядка подтверждения результатов оптической проверки качества изделий ЭКБ; разработка устройств автоматической загрузки и выгрузки (сортировки) изделий; унификация и симплификация электронных и механических комплектующих.

По словам Рубцова, человек-технолог дает 85% вероятность того, что изделие будет качественным. Система автоматизации уже сейчас обеспечивает 90% вероятность. Продукт будет полностью готов к 2026 г. Другой продукт, который разрабатывает ЦКБ «Дейтон» - это ПО для создания моделей ЭКБ типа SPICH, IRIS, VHDI и Verilog. Заказчиком выступают «Российские космические системы» (РКС).

САПР и «Цифровое производство» для микроэлектроники»

НПП (научно-проивзодственное предприятие) «Исток им. Шокина» выступает заказчиком сразу четырех из них. Первый из них – это программная платформа (ПП) «Цифровое производство». Продукт является основой для создания полноценного «Цифрового предприятия» в отрасли российской электроники и реализации цифрового горизонтального и вертикального управлении промышленными предприятия. Он позволяет выстроить цифровое взаимодействие между предприятиями кооперации в цифровом виде и построить сетецентрическую сеть предприятий с «Цифровым производством» и взаимодействующих с дизайн-центрами, расположенными на территориальном удалении друг от друга.

Продукт должен быть готов к осени 2025 г. ИТ-директор НПП «Исток» Виталий Александров также надеется на появление в России профессионального стандарта - диспетчера производства.

Следующий продукт, разрабатываемый НПП «Исток», это САПР (система автоматического проектирования) «Магнтиные системы» (Magnetick.Istock). Проект направлен на то, чтобы закрыть потребность в системах автоматизированного проектирования для расчета статистических и динамических магнитных систем на производствах, которые работают с магнетиками.

«Рынок магнитных материалов на территории России и по всему миру постоянно расширяется, перед проектировщиками магнитных систем ставятся новые и более сложные для решения задачи, - объясняет Александров. - Существующие отечественные системы CAD (САПР) не удовлетворяют всем потребностям в данной отрасли. Предприятия, специализирующиеся на работе с магнетиками, остро нуждаются в обновлении ПО. В случае, если проект не реализуется, предприятия, выпускающие магнитные изделия, не смогут наладить производство продукции, произойдет нарушение технологии производства магнитных систем и российские предприятия не смогут получить независимость от зарубежного ПО». Продукт должен быть готов до конца 2027 г.

Обзор смарт-часов HUAWEI WATCH GT 5 46 мм: первый тест в России

Третий проект НПП «Исток» - это САПР ТП (технологических процессов) «Технология 2.0» (САПР.Istock). Речь идет о разработке адаптированного под реализации российского производства САПР ТП, которая будет использовать сквозные технологии: нейросети, большие данные, интернет вещей, а также соответствовать требования по импортозамещению и требованиям КИИ (критическая информационная инфраструктура).

«С учетом санкционного давления и ухода зарубежных поставщиков комплектующих для выполнения производственных программ предприятий микроэлектроники, радиоэлектроники и приборостроения, необходимо обеспечить рост выпуска монолитно интегральных схем (МИС), а также ЭКБ на основе арсенид галлиенных, нитрид галиенных и кремниевых технологий отечественного производства, - объясняет Александров. - Также необходимо обеспечить средствами проектирования технологических процессов следующие виды производства: электровакуумные приборы, комплексированные изделия, твердотельных приборы, кристальное производство, керамическое производство и производство ферритон, магнитон и магнитных систем, металлобрабатотка, химическое и гальванохимическое производство, микроэлектронные платы, роботехники, оптоэлектроника».

В случае отсутствия нефинансовой поддержки проекта и тиражирования и планов экономических процессов технологической подготовки производства, произойдет срыв сроков поставок выпускаемой продукции, снижение их качества и количества годных изделий в целом. Это, в свою очередь, ставит под угрозу выполнения гособоронзаказа и развитие выпуска гражданской продукции и технологическую независимость России, предупреждает Александров. Продукт должен быть готов до конца 2027 г.

Четвертый проект, который создается по заказу НПП «Исток», это разработка программного модуля мультифизического анализа электронных приборов, схем, устройств и систем в области переменных электромагнитных полей и связанных с ними радиотехнических, тепловых и механическими параметров для российской САПР. Если в трех предыдущих проектах НПП «Исток» также выступала разработчиком, то в данном случае разработчиком является компания «Гамма Тех».

Робототехника в микроэлектронике

Следующий проект, претендующий на статус ОЗП в рамках ИЦК «Электроника и микроэлектроника», - это внедрение в производство роботизированных программно аппаратных комплексов для осуществления сборки и визуального контроля изделий. Его по заказу НПП «Радар ММС» создает компания «ТОЗ-Робототехника».

«Начиная с 2023 г., в связи с бурным прогрессом в больших языковых моделях, наблюдается качественный скачок в применении технологии ИИ в робототехники, - объясняет директор томского филиала НПП «Радар ММС» Владимир Доценко. - Показано, что: обучение роботов на основе имитационных моделей дает существенные преимущества перед традиционными методами их программирования; применение мультимодальных генеративных больших языковых моделей позволяет существенно расширить области применения роботов, а также сделать их более автономными в различных сложных и динамически меняющихся производственных ситуациях; техническое зрение на основе искусственных нейронных сетей и глубокого машинного обучения создает новые беспрецедентные возможности для роботизации широкого спектра сложных рабочих операций, а также роста производительности труда и качества выпускаемой продукции».

Проект направлен на достижение следующих целей: создать основы для цифровизации и интеллектуализации предприятий электронной промышленности России за счет внедрения роботизированных ПАК (программно-аппаратных комплекс) для микросборки и сборки изделий радиоэлектроники; внедрить в производство роботизированные ПАК, в том числе для визуального контроля электронных модулей, работающие под управлением ПО на основе искусственной нейронной сети с глубоким машинным обучением; заместить зарубежное ПО на основе искусственной нейронной сети с глубоким машинным обучением, применяемое в производственных системах технического хранения; удовлетворить растущий спрос на продукцию НПП «Радар ММС» за счет внедрения в производство роботизированных ПАК, предназначенных для выполнения рабочих операций сборки ППМ АФАР и силовых GAN модулей.

В результате должен быть создан ПАК роботизации и интеллектуализации серийного и экспериментального производства изделий радиоэлектроники, включающий в себя ПО автоматического визуального контроля дефектов изделий радиоэлектроники в процессе из производства - RoboRad и VisioRad соответственно. RoborRad предназначен для повышения эффективности выполнения рабочих операций сборки, микросборки и визуального контроля дефектов приемо-передающих модулей активных фазированных решеток (ППМ АФАР), а также силовых GaN модулей.

VisioRad предназначено для детекции и мультиобъективной классификации дефектов в процессе сборки ППМ АФАР и силовых GaN модулей. Стоимость реализации проекта составляет 204 млн руб., из них запрошено госфинансирования на сумму 100 млн руб. (предприятие претендует на грант Российского фонда развития информационных технологий, РФРИТ).

«Умный центр автоматизации»

Еще одни проект, который претендует на статус ОЗП – это разработка ПО «Умный центр автоматизации». Заказчиком выступает НТЦ (научно-технический центр) «Модуль», разработчиком - «Смарткор». Речь идет о создании УЦА – программно-аппаратного комплекса, повышающего уровень автоматизации широкого профиля задач.

Функциональные возможности являются: автономная обработка алгоритмов и управление устройствами оффлайн; беспроводные интерфейсы Zigbee, Bluetooth; «приятный» графический интерфейс клиентского ПО; гибкий функционал редактора технологических алгоритмов: реализация алгоритмов с учетом мажоритирования сигналов, резервирования, гистерезиса и т.д.; поддержка до 200 устройств одним УФА. В перечень доступной периферии стороннего производства входят: газоанализаторы, детекторы задымления, климатические датчики, детекторы протечек, кнопки, беспроводные реле, «умные» силовые автоматы; сервоприводы и др.

Также в перечне проектов, который претендует на статус ОЗП, значится внедрение автоматизации производства с целью увеличения выпуска изделий. Заказчиком выступает «Калугаприбор», разработчиком - «ТС Софт».

В дорожной карте «Новое индустриальное ПО», разработанной госкорпорациями «Ростех» и «Росатом» и утвержденной Правительственной комиссией по цифровому развитию, содержится еще два проекта из ИЦК «Электроника и микроэлектроника». Первый из них – это защищенная облачная программно-аппаратная платформа управления и диагностики промышленного оборудования. Ее создает НПП «Рубин».

Предполагается обеспечить возможность комфортной замены всего ПО сбора данных с импортного контрольно-измерительного оборудования и автоматики с реализованной системой no-code/low-code и возможностями построения бесшовных сквозных систем автоматизации. Ожидается снижение затрат на построение распределенной ИТ и АСУ ТП инфраструктуры клиентских систем широкого спектра направленности.

Другой проект - Elect ID . Речь идет о цифровой платформе автоматизированной цифровой паспортизации, сквозного контроля и маркировка светотехнической продукции и ее компонентов на основе Системы управления процессами организации Go-RFID. Разработчиком выступает ГК «Энерком». Предполагается, что система будет тиражирована на радиоэлектронные изделия и интегрирована с системой «Честный знак».