NetNado
  Найти на сайте:

Учащимся

Учителям



Доклад на отраслевой научно-практической конференции «Состояние и перспективы современной микроэлектроники», Новосибирск, 27-28 сентября 2012 года


Проблемы создания систем и средств радиосвязи

с использованием отечественной микроэлектроники

А.Ю. Беккиев, доктор технических наук

Генеральный директор ОАО «Концерн «Созвездие»,

доклад на отраслевой научно-практической конференции «Состояние и перспективы современной микроэлектроники», Новосибирск, 27-28 сентября 2012 года.
На основе проведенного анализа тенденций развития мобильной радиосвязи военного назначения сформулированы основные требования к электронной компонентной базе (ЭКБ). Показана динамика роста возможностей инфокоммуникационных технологий и степени интеграции ЭКБ. Сформулированы предложения по мероприятиям, направленным на укомплектование радиоэлектронной продукции 6-го поколения современной ЭКБ.
За последние 50 лет ОАО «Концерн «Созвездие» (ранее Воронежский НИИ связи) была создана аппаратура 2-го, 3-го, 4-го и 5-го поколений техники. Техника создается в широком диапазоне частот – от 10 кГц до 40 ГГц с энергетическим потенциалом от 0,1 Вт до 250 кВт.

В основу классификации техники по поколениям заложены три признака: функциональный, характеризующий степень автоматизации в аппаратуре и системах, конструктивный, характеризующий уровень интеграции БИС и СБИС, и технологический, характеризующий уровень автоматизации проектирования, производства и контроля (рис. 1). Как видно из рисунка, каждому поколению техники радиосвязи соответствует свой уровень интеграции БИС и СБИС и более совершенная технология производства. От поколения к поколению резко возрастают требования к изделиям. Для каждого поколения изделий требуется своя элементная база и свое технологическое оборудование для организации конкурентоспособного производства.

Практически на всех этапах создания новой техники радиосвязи имеет место разрыв между требованиями к функциональным особенностям аппаратуры и возможностью их реализации на имеющейся элементной базе и технологии, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик и снижению надежности. Тем не менее для реализации технических характеристик при создании аппаратуры средств радиосвязи 3–4 поколений (1975–1995 гг.) удавалось использовать только отечественную элементную базу (при этом созданные средства радиосвязи по своим техническим характеристикам практически не уступали аналогичным изделиям передовых зарубежных стран). Особенно этот разрыв увеличился на стадии проектирования техники радиосвязи 5-го поколения. Это вызвано тем, что аппаратура 5-го поколения характеризуется необходимостью создания гибко программируемых многофункциональных систем с адаптацией к внешним воздействиям, автоматизацией управления и др. Для реализации этих требований необходимы сигнальные процессоры с производительностью до 60 MIPS, ОЗУ до 512 Кбайт, ПЗУ до 1 Мбайт, быстродействующие ЦАП и АЦП (20 МГц) и др. Такой элементной базы отечественная промышленность не производила, и мы были вынуждены применить



Признаки

II поколение

1960–1975 гг.

III поколение

1975–1885 гг.

IV поколение

1985–1995 гг.

V поколение

1995–2005 гг.

VI поколение

2005–2015 гг.

Функциональные

Уровень автоматизации управления в аппаратуре

Ручное управление (поисковая, подстроечная во время сеанса связи)

Автоматизированное управление (беспоисковая, бесподстроечная связь при большом количестве каналов)

Автоматизированное управление с адаптацией к внешним воздействиям: адаптация по пространству, частоте и скорости, ППРЧ и ШПС

Гибкопрограммируемые многофункциональные системы с адаптацией к внешним воздействиям

Программно определяемые радиосредства. Мультимедийный интерфейс управления с контекстозависимыми подсказками. Автоматическая параметрическая адаптация

Уровень автоматизации управления в системах

-

-

Элементы автоматизации

Автоматизированные системы управления

Экспертные системы, системы поддержки принятия решений. Автоматизированные генераторы систем радиосвязи. Автоматические мультидиапазонные системы связи

Конструктивные

Средства вычислительной техники

-

-

Микро-ЭВМ на базе микропроцессора 587, 580, 588

ОЗУ – 537РУ8

ПЗУ – 556РТ7

Микро-ЭВМ типа intel-486SLC, ОЗУ 512 кбайт, ПЗУ 1 Мбайт. Сигнальные процессоры со скоростями до 60 МГц/с

Внешние мобильные мультимедийные терминалы на основе многоядерных процессоров

ОЗУ 1 Гбайт.

ПЗУ 16 Гбайт.

Сети сигнальных процессоров со скоростями от 8GIPS на узел

Изделия электронной техники (степень интеграции, эл./кор.)

100 (электровакуумные приборы)

Полупроводниковые триоды, диоды, варикапы, интегральные схемы

(102 –103)

БИС (103 – 104)

Полузаказные БИС (104 )

БИС (105 – 106)

ПЛИС (5*104 – 2*105 )

АЦП (f = 20МГц)

ЦАП (f = 20МГц)

ОЗУ (256 Кб, 100 нс)

ПЗУ (1 Мбит, 150 нс)

107 – 109

Универсальные и специализированные БИС массового применения

АПЦ (250 МГц, 8 бит)

ЦАП (1,2 ГГц, 18 бит)

ОЗУ (1 Гбит, 5 нс)

Изделия функциональной электроники

Электромеханические фильтры

Электромеханические фильтры, кварцевые фильтры

Электромеханические фильтры, кварцевые фильтры, фильтры и линии задержки на ПАВ

Электромеханические фильтры, кварцевые фильтры, фильтры и линии задержки на ПАВ, СВЧ-керамика

Цветные ЖКИ индикаторы с большим диапазоном температур, синхронизируемые кварцевые генераторы со сверхчистым спектром, водородные топливные элементы, ПАВ высоких уровней мощности

Технологические


Степень автоматизации процессов проектирования, производства, контроля

Проектирование ручное. Производство ручное. Контроль ручной

Автоматизированное проектирование печатных плат, частично автоматизированное (станки с ЧПУ), контроль ручной

Автоматизированное проектирование печатных плат, программирование в машинных кодах, проектирование полузаказных БИС, элементы автоматизированного контроля

Системы проектирования на языках высокого уровня (Cadence, HPEEsof, Menton Grafic), автоматизированный контроль, элементы автоматизации производства

Замкнутые сквозные системы проектирования компонентов с выходом на обрабатывающие центры. Системы проектирования, разработки и тестирования программной части изделий. Автоматизированный контроль. Переход к гибкому автоматизированному производству

Рис. 1. Классификация техники связи по поколениям

электрорадиоизделия иностранного производства (ЭРИ ИП). (К сожалению, сегодня, в связи с прекращением производства ряда ЭРИ, мы вынуждены даже в серийных изделиях 4-го поколения использовать аналогичные им импортные элементы.) Кроме технического отставания отечественных ЭРИ, их цена существенно выше импортных, что также вынуждало к применению ЭРИ ИП.

Из таблицы (рис. 2) видно, что более высокая цена отечественных ЭРИ в основном обусловлена наличием у них приемки «5».



Рис. 2. Соотношение цены отечественных и импортных ЭРИ

Применение ЭРИ иностранного производства нами осуществляется в соответствии с действующими нормативными документами МО РФ. По состоянию на 1 июня 2012 года утверждено 76 решений о порядке применения ЭРИ иностранного производства в отечественных изделиях и комплексах и 12 находятся в инстанциях на согласовании. Номенклатура ЭРИ иностранного производства, включенная в эти решения, составляет свыше 2000 типов ЭРИ.

Соотношение импортной и отечественной ЭКБ, используемой в серийных и разрабатываемых изделиях ОАО «Концерн «Созвездие» в 2010–2012 гг., проиллюстрировано на рис. 3 применительно к изделиям по всем направлениям техники и на рис. 4 на примере носимых радиостанций тактического звена управления.



Рис. 3. Применяемость микросхем по направлениям техники (в %)



Рис. 4. Электронная компонентная база, применяемая в носимой станции

тактического звена управления
Следует отметить, что в системах управления стратегического звена применяется 100% отечественная элементная база (радиационно-стойкая).

С увеличением количества объектов в комплексе, к массогабаритным показателям которых предъявляются жесткие требования, растет доля применяемой импортной элементной базы. В портативных станциях мы имеем почти 100% импортной элементной базы.
В настоящее время в целом по ОАО «Концерн «Созвездие» с учетом разного годового объема выпуска типов станций импортная элементная база составляет 57% (рис. 5).



Рис. 5. Соотношение импортной и отечественной ЭКБ

В соответствии с законом Мура развитие элементной базы в передовых западных странах характеризуется увеличением степени интеграции в два раза каждые 18 месяцев или на порядок каждые 5 лет (рис. 6).




Рис. 6. Потребности современных систем связи и автоматизированного

управления в ЭКБ (закон Мура)
В настоящее время технология передовых западных фирм позволяет производить интегральные схемы со степенью интеграции более 109 элементов на кристалл. Передовые отечественные предприятия в 90-е годы достигли уровня интеграции изготавливаемых микросхем 105, и на тот момент это было 15-летнее отставание. За последние годы в связи с появлением возможности изготовления микросхем на зарубежных фабриках это положение меняется. Так, современные разработки многоядерных процессоров ОАО «НПЦ «ЭЛВИС», ЗАО «МЦСТ» по функциональным возможностям находятся на уровне зарубежных фирм. Однако по параметрам отечественные микросхемы АЦП, ЦАП, ПЛИС, ОЗУ сильно уступают зарубежным, а микросхемы памяти NAND, FRAM вообще не выпускаются отечественной промышленностью.

Разработка и производство твердотельной компонентной базы СВЧ значительно отстают от уровня зарубежных стран. При разработке СВЧ устройств мы вынуждены применять до 40 – 60 % твердотельных компонентов зарубежного производства. Особенно актуальна проблема создания интегральных схем высоких функциональных возможностей верхней части сантиметрового диапазона и миллиметрового (выше 30 ГГц) диапазона волн. Требуются также малошумящие усилители (LNA) с коэффициентом шума менее 3 дБ, работающие в диапазоне до 85 – 90 ГГц, усилители средней и высокой мощности (до 1 – 2 Вт), управляемые аттенюаторы и другие компоненты, работающие в диапазоне до 85 – 90 ГГц. Аналогами могут быть, например, СВЧ компоненты фирм Hittite, TriQuint, UMS, Flan Microwave, Millitech. Разработка отечественных конденсаторов и резисторов подошла к зарубежному уровню, а малогабаритные индуктивности и трансформаторы отечественного производства отсутствуют, что подтверждается слайдом №3.

Положение осложняется тем, что на поставку элементной базы диапазона выше 40 ГГц, основными производителями которой являются американские фирмы, накладываются серьезные ограничения Госдепартаментом США. Это касается и радиационно-стойких элементов.

Поэтому в 2010–2011 гг. Концерном были внесены предложения по разработке отечественных СВЧ элементов (12 позиций), радиационно-стойких ЭРИ (5 позиций), 10-ти основных позиций по микроэлектронным устройствам для средств криптографической защиты информации, цифровой обработки и преобразования сигналов, сетей обмена данными, 18-ти позиций по полупроводникам и более 30-ти позиций по остальным группам ЭРИ.

Анализ динамики роста возможностей информационно-телекоммуникационных технологий и степени интеграции ЭКБ (рис. 7) показывает, что создание аппаратуры 6-го поколения (к ее разработке наше предприятие приступило), характеризующейся наличием программно определяемых радиосредств, мультимедийного интерфейса управления, автоматической многопараметрической адаптации, экспертных систем, систем поддержки принятия решений и др. при сохранении массогабаритных характеристик и энергопотребления на современном уровне, без применения ЭРИ иностранного производства невозможно.


Рис. 7. Динамика роста возможностей информационно-телекоммуникационных технологий и степени интеграции ЭКБ
Видно, что закон Мура должен выполняться и в 6-м поколении техники связи (интеграция должна возрасти на 3 порядка за 15 лет).
Наши предложения:

1. При разработке изделий 6-го поколения и модернизации серийно выпускаемых изделий разрешить применение импортной элементной базы без дополнительных согласований.

2. Для изделий единичного производства и планируемых к производству в течение ближайших 5–7 лет разработку отечественных аналогов ЭРИ иностранного производства считать нецелесообразной, осуществить закупку страховых запасов на оставшийся период производства и эксплуатации.

3. Для изделий серийного производства и планируемых к серийному производству в ближайшие 10 (и более) лет провести импортозамещение наиболее сложных электрорадиоэлементов с обеспечением целевого финансирования (для конкретных комплексов и изделий ВВТ).

4. В связи с отсутствием на российском рынке зарубежных СВЧ и радиационно-стойких ЭРИ развивать производство отечественных ЭРИ этого сегмента.

5. Ввести в практику создание аппаратурных комплексных целевых программ, предусматривающих реализацию систем, комплексов и изделий радиосвязи и управления с опережающим созданием ЭКБ для них.






страница 1


скачать

Другие похожие работы: