В предвосхищении рывка

На конференции обсудили развитие микроэлектроники и квантовых технологий

В Санкт-Петербурге состоялась XVI Российская конференция по физике полупроводников. Форум, прошедший на базе Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН и Академического университета им. Ж.И.Алфёрова, собрал более 360 ученых и специалистов из 18 городов России и других стран, в том числе Великобритании, Азербайджана, Китая. В программе были представлены 30 приглашенных, 110 устных и 250 стендовых докладов. Шесть призеров конкурса работ молодых ученых были награждены почетными дипломами. К числу участников можно добавить и студентов, которые, хотя и не выступали с докладами, приняли участие в дискуссиях.

Завершилась конференция пленарным докладом президента РАН Геннадия Красникова «Микроэлектронные технологии: состояние и перспективы развития». Невольно подумалось, что ранее с такими насыщенными обзорными докладами с этой трибуны выступал лишь нобелевский лауреат академик Жорес Иванович Алфёров. Сам Геннадий Яковлевич уже по окончании конференции сказал корреспонденту «Поиска», что для него большая честь и ответственность выступать в Академическом университете, созданном Жоресом Алфёровым, с которым его связывали многолетняя дружба и сотрудничество. По его словам, одна из главных миссий ученого - воспитать учеников, и университет эту миссию воплощает.

Академик Геннадий Красников подробно рассказал об особенностях полупроводниковых устройств разной структуры и назначения, эволюции транзисторов и перспективах отрасли, отметив, в частности, ее растущие требования к чистоте используемых материалов, стремительный прогресс производительности вычислений и минимизацию топологических размеров интегральных схем.

К примеру, если в начале 1970-х годов на микросхеме Intel размещалось до 2 тысяч транзисторов, то технологический процесс уровня 3 нм позволяет разместить порядка 100 миллиардов транзисторов на чипе. Предварительные расчеты показывают, что технологический процесс уровня 0,5 нм (ориентировочно 2035 год) даст возможность разместить уже порядка 3 триллионов транзисторов на чипе средних размеров. Для сравнения: человеческий мозг содержит около 70 миллиардов нейронов.

«Обратите внимание, что каждые 10 лет, начиная с 1960-х годов, производительность вычислений в среднем росла до 1000 раз. Если ранее решение какой-либо задачи можно было сгенерировать за несколько лет, то сегодня на это уходят микросекунды. И вместе с этим мы наблюдаем феномен постоянного увеличения плотности размещения транзисторов на микросхеме», - сказал Геннадий Красников.

В последние годы ученые активно осваивают квантовые и фотонные технологии. Так, лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года стали Ален Аспе (Франция), Джон Клаузер (США) и Антон Цайлингер (Австрия, иностранный член РАН) «за эксперименты с запутанными фотонами, установление принципа нарушения неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике». У нас на этом направлении также совершаются открытия, реализуются проекты мирового класса. Наглядный пример - создание 50-кубитного ионного квантового компьютера. Теперь Россия обладает квантовыми компьютерами на всех четырех приоритетных платформах: сверхпроводниках, ионах, нейтральных атомах и фотонах.

Но, как полагает докладчик, всякий раз надо анализировать, для решения каких практических задач предполагается применить те или иные вычислительные машины. В ряде случаев говорить о «квантовом преимуществе» перед классическими технологиями не приходится.

«Сегодня мы не видим явной альтернативы классическим микроэлектронным технологиям. Я думаю, что в будущем нас ждет некий симбиоз классических, фотонных и квантовых технологий», - констатировал он.

По итогам конференции организаторы назвали следующие тенденции и предпосылки нового мощного рывка в области вычислений и коммуникаций:

- усложнение работы нейросетей; реализация нейросетей на спайковой модели нейрона;

- новые архитектуры процессоров, работа с большими базами данных;

- «не-фон-Неймановская архитектура» (то есть способы организации памяти компьютера, отличающиеся от классического, испытывающего затруднения как раз при работе с big data);

- мемристоры: замена классической памяти, открытие колоссальных возможностей по эффективности, площади структур;

- минимизация интегральных схем; увеличение плотности упаковки.

Один из выводов звучит вполне диалектично: «Быстро развивающиеся в настоящее время технологии (квантовые компьютеры, фотонные процессоры и т. д.) позволят в будущем расширить возможности классических микроэлектронных технологий для отдельных применений».

Актуальный разговор на площадке конференции продолжался и после ее завершения. Геннадий Красников рассказал журналистам, что в России есть «дорожная карта» по микроэлектронике («Недавно ее ориентиры озвучил Минпромторг, они за нее отвечают, мы, ученые, им только помогаем»), что сейчас запущена большая программа, тратятся сотни миллиардов рублей на создание чистых комнат и особо чистых материалов, электронное машиностроение, разработку САПР. Он повторил уже сказанное в докладе: кроме технологий, предусматривающих минимизацию топологических размеров, есть и другие, позволяющие повысить быстродействие вычислительных машин, «закрыть целый класс вопросов и в области силовой электроники, и в области СВЧ. И есть вопросы, связанные с безопасностью нашей страны, они, конечно, в центре внимания по финансированию».

Собеседник также напомнил, что у любого проекта в этой сфере есть две составляющие, научная и техническая, которая тянет за собой экономику, формирование рынка. Когда речь идет о реализации, они очень капиталоемкие. В поле зрения наших ученых все квантовые платформы, ведутся передовые работы в области их архитектуры, предлагаются перспективные математические подходы, в частности, тензорные модели академика РАН Евгения Тыртышникова, позволяющие на порядок увеличить производительность для решения той или иной задачи, что особенно важно для машинного обучения.

По просьбе «Поиска» президент РАН затронул и нобелевскую тему. В каких областях российские ученые могут претендовать на ее получение? (Завершилась очередная Нобелевская неделя, и наших среди лауреатов снова не оказалось.) По его мнению, эта премия в последнее время излишне политизирована. Об этом говорит даже тот факт, что, «когда уезжают наши ученые, уже в другой стране работают, вот тогда ее получают». А в 2017 году Нобелевская премия за обнаружение гравитационных волн была присуждена американским физикам, в то время как эти открытия в начале 1960-х годов сделал академик Владислав Пустовойт, умерший в 2021-м…

«Российские ученые могут претендовать на Нобелевскую премию по многим направлениям - таким, как исследования по квантовым технологиям для вычислительных мощностей, в области химии, биологии, нанотехнологий… Наша наука сегодня и по исследованиям, и по результатам находится на очень серьезном уровне», - заключил академик Красников.

Аркадий Соснов

Фото Дмитрия Митина