На сегодняшний день микроэлектроника остаётся одной из самых технологически сложных отраслей. Производство микросхемы одного вида включает в себя сотни операций, которые должны быть выполнены в специализированных помещениях на уникальном высокоточном оборудовании. Для сохранения низкой себестоимости продукции индустрия направлена на массовое производство, а прототипирование новых видов интегральных схем или их малосерийный выпуск является дорогостоящей услугой, зачастую недоступной отдельным научным коллективам и малым инновационным компаниям.

 Микросхемы университетов, произведённые с помощью технологического сервиса MPW

Для решения этой проблемы, в мире был сформирован подход, который принято называть Multi-Project Wafer (MPW, мультипроектная пластина, иногда shuttle) – совместное размещение разных проектов микросхем в едином кадре и их дальнейшее производство в едином технологическом цикле. Это снижает объёмы выпуска каждого вида микросхем, однако позволяет за стоимость одного технологического цикла получить сразу несколько новых изделий в количествах, достаточных для апробации инженерных решений или узкопрофильного применения.

Первым MPW-сервисом считается проект MOSIS, основанный в 1981 г. управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Его пользователями поначалу были студенты Массачусетского технологического института, получавшие практику в рамках курса по проектированию СБИС. На текущий момент MOSIS в большей степени сосредоточено на производство коммерческих заказов. Более близким к российским пользователям являлся европейский MPW-сервис Europractice. Выступая своеобразным хабом, Europractice обеспечивал научные организации, дизайн-центры и стартапы доступом к широкому перечню мировых микроэлектронных фабрик, в том числе и более тридцати отечественных организаций. С 2022 года Europractice приостановил сотрудничество с Россией.

Технологический MPW-сервис в НИУ МИЭТ

С 2023 года в нашем университете идёт активная работа по созданию российского технологического сервиса MPW. Работа ведётся в соответствии с федеральным проектом «Подготовка кадров и научного фундамента для электронной промышленности», являющимся структурным элементом государственной программы «Научно-технологическое развитие Российской Федерации». Выступая оператором сервиса, МИЭТ организует сбор проектов интегральных схем от пользователей, проводит оценку их соответствия требованиям, обеспечивает организацию и сопровождение технологических маршрутов, тестирование и передачу разработчикам готовых изделий. Для коллективов научных организаций и университетов Минобрнауки России производство интегральных схем субсидируется средствами федерального проекта.

С момента запуска к работе технологического сервиса MPW МИЭТ присоединились шесть отечественных микроэлектронных производств: АО «Микрон», НПК «Технологический Центр», АО «Светлана-Рост», филиал РФЯЦ-ВНИИЭФ «НИИИС им. Ю.Е. Седакова», АО «ЗНТЦ», АО «ЗИТЦ». Такая кооперация позволяет изготавливать прототипы по востребованным КМОП-технологиям с проектными нормами до 180 нм, создавать СВЧ интегральные схемы и реализовывать цифровую логику по технологии базовых матричных кристаллов. Выпуск интегральных схем возможен как в бескорпусном исполнении, так и в закорпусированном виде, а для тестирования и испытаний новых изделий дополнительно возможно производство специализированных печатных плат.

Алексей Переверзев, проректор по инновационному развитию

«Создание технологического сервиса MPW поддержано на федеральном уровне как со стороны Минобрнауки, так и со стороны Минпромторга, поскольку такой механизм востребован и наукой, и промышленностью. В соответствии с федеральным проектом развитие сервиса заложено до 2030 года».

Иван Осадчий, начальник отдела
инновационного развития и трансфера технологий 

«Запуск работы сервиса был сопряжён с необходимостью решения как организационных, так и научно-технических задач, – говорит начальник отдела инновационного развития и трансфера технологий Иван Осадчий. Во многом благодаря совместной работе подразделений над ними стало возможно выстраивание системных механизмов работы технологического сервиса».

Первые шаги MPW в МИЭТе

В первых запусках производств по системе MPW в 2023 году приняли участие научные коллективы из МИЭТа и 11 организаций. По технологиям КМОП и базовых матричных кристаллов были произведены: интегральный выпрямитель-умножитель напряжения для питания маломощных беспроводных пассивных микроустройств, аудиокодек системы беспроводной связи, усилитель токовых сигналов, контроллер беспроводной передачи данных по протоколу NFC, умный датчик Холла, модулятор телевизионных сигналов, 32-разрядный микроконтроллер на базе открытой архитектуры RISC-V и многие другие интегральные схемы.

В 2024 году МИЭТ уже получил более 50 заявок для запуска производств, суммарно бессрочные пользовательские соглашения заключили 15 организаций. С помощью запланированных к производству интегральных схем будут реализованы научно новые идеи, апробированы инженерные подходы в проектировании и усилена кадровая подготовка.

Для многих профильных вузов отечественный MPW-сервис стал важным инструментом продолжения деятельности. Подробнее читайте на сайте mpw.miet.ru

Фёдор Шеерман, ведущий научный сотрудник
НИИ микроэлектронных систем ТУСУР

«У ТУСУРа большой многолетний опыт работы в рамках программы Europractice, и после разрыва всех контактов с Европой в 2022 году у нас не осталось вариантов по быстрому прототипированию наших разработок интегральных микросхем. Появление отечественного технологического сервиса MPW стало настоящим спасением для нас. Мы смогли продолжить те разработки, на которые уже потратили несколько лет и начать новые проекты. Магистранты и аспиранты получили уникальную возможность за два года обучения полностью с нуля разработать свой кристалл, запустить его в производство и к защите диплома/ диссертации провести измерения готового образца. Этот опыт реальной разработки в образовательном процессе трудно заменить лекциями и лабораторными работами, и он всегда будет востребован как у молодых специалистов, так и у работодателей».

Прототипирование как часть практической подготовки студентов

Интеграция процесса прототипирования микросхем в образовательный процесс является одним из приоритетных векторов развития для усиления подготовки профильных кадров. В рамках образовательных программ станет возможным не только изучать подходы к проектированию по результатам моделирования, но и проходить полный цикл подготовки проектов к производству, учитывающий все нюансы технологических процессов и ограничений микроэлектронных фабрик. Одним из первых такой опыт в МИЭТе появился на кафедре телекоммуникационных систем.

Продолжить и развить свои проекты студенты смогли в 2024 году уже в магистратуре по направлению 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» при подготовке проектов, в том числе, для производства по технологиям ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова». К окончанию магистратуры у молодых инженеров в арсенале будет уже не одна реализованная и апробированная интегральная схема, подтверждающая полученные компетенции.

Опыт производства собственной микросхемы также получили магистры Института МПСУ: на фабрика АО «Микрон» были изготовлены образцы 32-разрядного микроконтроллера на базе открытой архитектуры RISC-V, полностью спроектированного студентами.

В планах профильных кафедр и институтов МИЭТа на ближайшие годы – включение производства студенческих проектов в качестве обязательного элемента практической подготовки проектировщиков цифровых и аналоговых СБИС в магистратуре.

Александр Тимошенко, доцент кафедры ТКС

«Студенты кафедры ТКС по направлению 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» участвовали в подготовке цифровых и аналоговых схем для приёмопередающих устройств, выпущенных в 2023 году по технологиям НПК «Технологический центр» и АО «Микрон».

Елена Жигалова