В Новосибирске представили научные разработки высокой степени готовности

На пленарной сессии форума «Золотая долина» в Новосибирском государственном университете (НГУ) ученые, представители высокотехнологичных компаний и вузов обсудили, как создаваемая в России исследовательская инфраструктура способствует укреплению экономики, появлению новых технологий и достижению технологической независимости страны. Участники привлекли внимание к развитию отечественной микроэлектроники, возможностям центров коллективного пользования и сотрудничеству науки с промышленностью.

Собравшиеся подчеркивали необходимость масштабных государственных инвестиций, создания собственного исследовательского и производственного оборудования, подготовки квалифицированных специалистов.

Модератором сессии выступил член-корреспондент РАН Михаил Михайлович Лаврентьев, декан факультета информационных технологий НГУ.

«Создание собственного технологического оборудования — не забег на короткую дистанцию, а длительный затратный марафон»

Директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) академик РАН Александр Васильевич Латышев посвятил своё выступление состоянию отечественной микроэлектроники, созданию технологического оборудования и участию сибирских научных организаций в решении задач технологической независимости.

«Как утверждают эксперты, микроэлектроника — это фундамент современной экономики», — обозначил глобальный тренд ученый.

Он пояснил, что цифровая вселенная стала возможной благодаря прогрессу полупроводниковых технологий. Именно транзистор, «родившийся» в середине XX века, открыл путь к созданию вычислительной техники, средств связи и электронных устройств. Развитие физики полупроводников обеспечило появление мобильной связи, интернета, спутниковой навигации, цифровой фотографии, полупроводниковых лазеров и светодиодного освещения.

Сейчас микроэлектроника определяет возможности суперкомпьютеров, искусственного интеллекта и становится одним из важнейших факторов экономической конкурентоспособности государств.

При этом, отметил академик, Россия располагает серьёзной научной школой и опытом разработки электронных компонентов, однако возможности отечественного производства пока существенно отстают от потребностей рынка.

Александр Латышев напомнил, что СССР был одним из пионеров мировой микроэлектроники. В 1950-е годы советская вычислительная техника (БЭСМ-1) практически не уступала зарубежной (Ferranti Mark I), а в 1960-е годы страна занимала третье место в мире по объёмам производства электронных чипов после США и Японии.

«Сегодня в России есть опыт проектирования микросхем, но нет возможности их производить. Из-за наложенных санкций приостановлено производство процессоров для суперкомпьютеров “Байкал” и “Эльбрус” — они изготавливались на Тайване, хотя разработаны были в России», — сказал директор ИФП СО РАН.

Расстановка сил, когда производство наиболее сложных полупроводниковых компонентов сосредоточено в ограниченном числе стран и компаний, характерна для всего мира. Такая концентрация связана с технологическими сложностями и с высокой стоимостью создания современных фабрик.

«Например, TSMC — крупнейший в мире контрактный производитель микросхем, расположенный на Тайване, закрывает потребности больше чем 50% всех высокотехнологичных работ. Поэтому нет процессоров, произведённых в Германии, Франции, Испании. В свою очередь, в США в 2022 году президент Джон Байден подписал “закон о чипах”, ключевой целью которого было снизить зависимость США от азиатских поставщиков, вернуть производство на американскую территорию», — пояснил ученый.

В России в рамках стратегии развития электронной промышленности до 2030 года реализуется программа развития электронного машиностроения, предусматривающая финансирование в объёме 240 млрд рублей. Она направлена на создание отечественного технологического оборудования, материалов и программного обеспечения, необходимых для микроэлектронного производства.

Однако уровень задачи значительно превышает возможности отдельных предприятий и крупных исследовательских организаций.

«Без масштабного государственного участия создание собственной технологической базы невозможно. При этом вложения должны носить долгосрочный характер: оборудование, которое сегодня считается передовым, через несколько лет уже может уступить новым разработкам», — напомнил академик.

Оборудование и технологии, которые создаются в институтах Сибирского отделения РАН

Значительную часть доклада Александр Латышев посвятил проектам, которые реализуются в ИФП СО РАН и в других НИИ в кооперации с вузами и промышленными предприятиями.

Одно из направлений — создание отечественных промышленных установок молекулярно-лучевой эпитаксии, предназначенных для выращивания высококачественных полупроводниковых кристаллических структур. Технологический процесс — молекулярно-лучевая эпитаксия — позволяет формировать тонкие слои материала, с высокой точностью управляя их составом и структурой. Такие технологии нужны для изготовления современных полупроводниковых приборов и функциональных электронных компонентов.

«В Институте физики полупроводников разрабатываются производственно-ориентированные установки молекулярно-лучевой эпитаксии, работающие в автоматическом режиме, для выпуска гетероструктур на подложках диаметром до 150 мм», — рассказал ученый.

Он подчеркнул, что речь идёт о собственных технологических решениях, а не о воспроизведении зарубежных.

Разработкой оборудования для ионной имплантации занимаются специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Технология ионной имплантации позволяет внедрять определенные химические элементы в полупроводниковый материал для манипуляции его свойствами. Она используется на ключевых этапах изготовления микроэлектронных компонентов. ИЯФ СО РАН ведёт разработку двух типов имплантеров в кооперации с профильными организациями электронной промышленности.

«Цель разработки: импортозамещение и создание первых за многие годы российских ионных имплантеров для производства микросхем с проектными нормами до 90 нм», — подчеркнул Александр Латышев.

Другой крупный проект ИФП СО РАН связан с созданием автоматизированной установки контроля электрофизических параметров полупроводниковых пластин.

 «Установка будет использоваться в особо чистых условиях, работать в автоматическом режиме, с пластинами от 150 до 300 мм», — сообщил директор ИФП СО РАН. Подобные системы необходимы для контроля качества материалов и технологических процессов при производстве микроэлектроники.

Ещё одна разработка Института физики полупроводников — оптический интерференционный микроскоп-профилометр, позволяющий исследовать рельеф поверхности с экстремально высокой точностью по вертикали. Помимо предельной разрешающей способности, микроскоп позволяет вести неразрушающий контроль рельефа поверхности.

«Микроскоп, который позволяет получать изображения с пикометровым разрешением. Вы не ослышались, именно с пикометровым! Хотя кажется, что такие характеристики недостижимы для оптического микроскопа. Но пикометровое разрешение по вертикали — это реально то, что реализуется и позволяет фиксировать изменения рельефа, дефекты атомарных масштабов», — сказал академик.

Он добавил, что Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН вместе с индустриальными партнерами ведет разработку позитивных фоторезистов с химическим усилением, чувствительных в ультрафиолетовой (УФ) и глубокой УФ областях спектра: «Такие фоторезисты очень нужны нашей стране, без них невозможно производство чипов».

Завершая выступление, Александр Латышев подчеркнул: «Создание технологического оборудования необходимо для нашей страны, иначе мы будем отставать, будет недоступно многое, в том числе собственные ИИ системы. Это не забег на короткую дистанцию, а длительный затратный марафон. Самое главное, что финишная ленточка не будет стоять, она будет бежать вперёд».

Центр коллективного пользования «Наноструктуры»: передовое оборудование для науки и промышленности

О возможностях современной исследовательской инфраструктуры рассказал заведующий лабораторией ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Дмитрий Владимирович Щеглов, представивший Центр коллективного пользования «Наноструктуры» ИФП СО РАН: «Центр работает с 2003 года. Его создание стало ответом на потребность научных организаций в доступе к дорогостоящему оборудованию, приобретение которого для каждого института в отдельности было бы исключительно сложной задачей.

Особенность нашего центра в том, что он позволяет на самом предельном уровне исследовать структуру материалов и создавать уникальные наносистемы с нужными физическими, химическими, биологическими свойствами. Это определяет в том числе и мультидисциплинарность ЦКП», — подчеркнул учёный.

Центр востребован у специалистов самых разных областей — от физики полупроводников и материаловедения до геологии, биологии и медицины.

За время работы через ЦКП прошло более 30 тысяч образцов, а число только крупных организаций-пользователей превысило 70.

Среди передовых технологических возможностей ЦКП «Наноструктуры» Дмитрий Щеглов выделил просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения и электронно-лучевую литографию:

«В том, что касается этих направлений, у нас собрано лучшее, топовое оборудование не только для России, но и для мирового уровня. Высокоразрешающая электронная микроскопия позволяет исследовать строение материалов вплоть до расположения атомных рядов, выявлять особенности кристаллической структуры и дефекты, влияющие на свойства вещества. Электронно-лучевая литография, в свою очередь, открывает возможности создавать структуры с чрезвычайно малыми размерами элементов, что нужно для исследований в области наноэлектроники, квантовых систем и перспективной элементной базы».

От доставки лекарств до исследования медицинских имплантатов

Междисциплинарный характер работы ЦКП Дмитрий Щеглов продемонстрировал на примерах совместных исследований. Один из проектов был выполнен с участием специалистов Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Учёные исследовали особенности структур ДНК, используемых в разработках систем доставки лекарственных препаратов в клетки.

«Мы предоставили наши атомарно-гладкие подложки и методом атомно-силовой микроскопии увидели особенности конкатемерных ДНК. Эти детали позволили коллегам определить эффективные пути доставки лекарственных препаратов», — рассказал Дмитрий Щеглов.

Другой пример — работа с Институтом геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН по исследованию взаимодействия наночастиц металлов с поверхностью алмаза. Работа важна для выяснения механизмов формирования микроскопического рельефа и управления процессами обработки сверхтвёрдых материалов.

«Здесь мы применили наши знания по пониманию эпитаксиального роста кристаллов. Речь шла про алмазы и про то, как в атмосфере водорода наночастицы железа, никеля или кобальта травят алмаз и могут создавать определённые структуры», — пояснил учёный.

Третья работа выполнена вместе с Национальным медицинским исследовательским центром имени академика Е.Н. Мешалкина. «Мы проводили диагностику стентов, которые помещаются в сердце. Глобальная цель исследования была связана с продлением работы стентов», — пояснил ученый.

Продолжая выступление, руководитель ЦКП подчеркнул, что прямое направление работы Центра — исследование и создание функциональных наносистем для полупроводников, микроэлектроники. К этому относится и развитие современной электронной компонентной базы.

«Мы сотрудничаем с инженерно-техническими центрами, НИИ и университетскими коллективами. Некоторые наши работы касаются создания перспективных приборов для систем связи — например, контроля активной области электрооптического модулятора методом высокоразрешающей просвечивающей микроскопии. В том, что касается диагностики нанокристаллов, мы можем разрешить (увидеть) не только нанокристаллы, но и атомные ряды, их слагающие.

Наше оборудование используется для создания двумерных квантовых систем — сегодня о них говорят чаще всего в контексте создания квантового компьютера. Среди текущих проектов — коллективная работа с Институтом вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, Центром искусственного интеллекта НГУ, Сбербанком и НЗПП “Восток” по созданию цифрового двойника производственного литографического процесса».

Дмитрий Щеглов подчеркнул, что в ЦКП «Наноструктуры» разрабатываются собственные средства измерения, метрологические стандарты, надежно увязанные с мировыми. Центр не замыкается только на своих возможностях, а сотрудничает с другими центрами коллективного пользования.

«ЦКП “Наноструктуры” стал одним из первых заказчиков работ у ЦКП “СКИФ”», — добавил ученый, пригласив заинтересованных подавать заявки на проведение работ в ЦКП «Наноструктуры».

Возможности ЦКП «Наноструктуры» позволяют вести научные работы, требующие уникального оборудования и высокой исследовательской квалификации, сокращать затраты на создание собственной экспериментальной базы, ускорять разработку и проверку новых технологических решений.

Новая инфраструктура НГУ, решения для энергетики, СКИФ, совершенствование ГигаЧата, систем помощи слабовидящим и тераностики

Доклады остальных участников пленарной сессии иллюстрировали возможности научной инфраструктуры для развития экономики, повышения привлекательности территорий, привлечения талантливых специалистов.

Ректор Новосибирского государственного университета член-корреспондент РАН Дмитрий Владимирович Пышный рассказал о масштабном обновлении инфраструктуры НГУ — строительстве новых учебных и исследовательских корпусов, развитии физматшколы — СУНЦ НГУ, создании лабораторий и технологических площадок для биомедицины, биоинженерии, фотоники. По его словам, университет последовательно идет от классической образовательной модели к исследовательскому, научно-технологическому университету, причем ориентированному на решение задач реального сектора. «Мы выбираем стратегические направления, по которым будем двигаться: сферы персонализированной биомедицины, нейросетевых технологий, обработки информации на борту малых космических аппаратов и беспилотных летательных аппаратов, сферу развития искусственного интеллекта, причем в промышленности».

Научный руководитель Института теплофизики СО РАН академик РАН Сергей Владимирович Алексеенко представил перспективные направления развития энергетики, включая высокоэффективные парогазовые технологии, глубокую переработку угля, использование газогидратов, кислородно-топливные циклы с улавливанием углекислого газа и глубинную геотермальную энергетику. Он подчеркнул определяющую роль долгосрочных государственных программ для преодоления разрыва между научными разработками и их промышленным внедрением. «По-прежнему остался гигантский разрыв, причем не только для России, между наукой, разработчиками и производством, бизнесом», — отметил учёный, — только государственные программы могут сдвинуть это с места».

Начальник отдела по сопровождению прикладных исследований и разработок ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» Александр Леонидович Николаенко рассказал о возможностях нового синхротронного комплекса для исследований в материаловедении, химии, фармацевтике, энергетике, микроэлектронике и других отраслях. СКИФ позволит изучать внутреннюю структуру материалов, химический состав, дефекты и процессы, протекающие в условиях, приближённых к реальным производственным. При этом одной из задач остаётся формирование запросов со стороны промышленности. «У нас нет конкурентов, но и рынок пока создается. Мы должны помогать предприятиям формулировать запросы к нам», — отметил спикер.

Президент Сибирского банка ПАО Сбербанк России Дмитрий Владиславович Солнцев посвятил выступление развитию искусственного интеллекта, международной технологической конкуренции и опыту Китая. Он рассказал о переходе к ИИ-агентам, способным самостоятельно выполнять рабочие задачи, о масштабных инвестициях в вычислительную инфраструктуру и подготовке специалистов. Отдельной темой стала экономическая эффективность внедрения ИИ и сотрудничество Сбера с научными организациями. «Мы развиваем свою большую языковую модель — ГигаЧат. Если сравнить с последней версией китайского Deepseek, наш последний релиз отстаёт всего на месяц, это очень небольшой разрыв по мировым меркам. Отрасль AI требует колоссальных инвестиций со стороны государства, частных компаний, и зачастую они не окупаются даже в относительно далёком горизонте, но все же в долгосрочном периоде появляется выигрыш».

Директор Новосибирского филиала НМИЦ МНТК «Микрохирургия глаза» доктор медицинских наук Валерий Вячеславович Черных рассказал о современных технологиях помощи людям с нарушениями зрения — от электронных имплантатов и генной терапии до интеллектуальных устройств, способных распознавать окружающую обстановку и передавать человеку информацию через слуховой канал.

Во время выступления была продемонстрирована работа системы, описывающей объекты, препятствия и пространство вокруг пользователя. «Это автономная, носимая система», — подчеркнул докладчик, говоря об одном из её преимуществ.

Владимир Иванович Чернов, член-корреспондент РАН, заместитель директора НИИ онкологии Томского НИМЦ рассказал о развитии тераностики — области ядерной медицины и создании отечественных радиофармацевтических препаратов для диагностики и лечения онкологических заболеваний. Он представил исследования новых молекул, способных избирательно накапливаться в опухолях, а также перспективы сочетания диагностических и терапевтических подходов. Учёный подчеркнул междисциплинарный характер этой работы: «Над созданием каждого препарата работает масса людей — это и физики, и химики, и радиохимики, и экспериментаторы».

Слушатель сессии, представитель компании Сибирский бизнес Никита Наумов в завершение дискуссии отметил: «Очень многие предприниматели, крупный бизнес не знают, чем занимается наука». Он отметил пользу сессии и призвал к масштабному обмену информацией между отраслями.

Информация и фото предоставлены пресс-службой ИФП СО РАН