Киевский «Кристалл»: от первого в Европе микрокалькулятора до 16-разрядных микропроцессоров

В начале 60-х годов за предельно короткий срок в Киеве «с нуля» был создан и успешно работал мощный центр микроэлектроники – НПО «Кристалл». Именно здесь впервые в Советском Союзе была разработана технология производства тонкопленочных микросхем на основе тантала, был создан первый в СССР и Европе микрокалькулятор на 4-х больших интегральных схемах МОП-БИС со степенью интеграции до 500 транзисторов на кристалле, и многое другое. В 80-х годах ХХ-го века Украина была монополистом в СССР и вторым в Европе поставщиком полупроводниковых материалов: германия, арсенида галлия и средств их обработки.

Моралев Станислав Алексеевич

Станислав Алексеевич Моралев – один из организаторов микроэлектронной промышленности в Украине и первый директор киевского НИИ «Микроприбор», а затем НПО «Кристалл».

С 1955 по 1962 год Моралев работал в киевском НИИ радиоэлектроники «Квант». Именно здесь он сумел получить те навыки и опыт, которые помогли ему впоследствии, когда по предложению И.В. Кудрявцева, его выдвинули руководителем конструкторского бюро КБ-3, созданного специально для развития микроэлектроники в УССР. Начав с должности директора скромного КБ-3, он через четыре года превратил его в мощный институт НИИ «Микроприбор». В 1970 году появилось научно-производственное объединение НПО «Кристалл», объединившее НИИ «Микроприбор», Киевский завод полупроводниковых приборов и опытный завод «Микроприбор». НИИ «Микроприбор» стал головной организацией объединения. На плечи Моралева, генерального директора НПО «Кристалл», легла огромная организаторская работа, связанная с выбором научного направления, подбором коллектива сотрудников, координацией научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с последующей передачей результатов в крупносерийное производство.

И.В. Кудрявцев не ошибся в своем выборе. Обаятельный, тактичный и в тоже время весьма организованный и целеустремленный Моралев справлялся с работой не хуже своего строгого учителя. Его высоко ценили в Министерстве электронной промышленности СССР. Министр Шокин неоднократно приезжал в Киев и всегда откликался на просьбы Моралева. В НИИ «Микроприбор» отсутствовала очередь на квартиры, а зарплата у сотрудников была значительно выше, чем в остальных организациях.

В 1970 году Станислав Алексеевич успешно защитил кандидатскую диссертацию «Моделирование и статистический анализ МОП-ИС с помощью ЭВМ» по специальности «микроэлектроника».

Родился Станислав Моралев в 1929 году в городе Молотовске Кировской области. В августе 1944 года вместе с семьей он переехал в Киев, по месту службы отца, который в то время руководил работами по восстановлению разрушенных мостов на Днепре. После окончания школы в 1947 году Станислав поступил на радиофакультет Киевского политехнического института. Получив диплом, он был направлен на работу в Москву. Работал инженером по испытанию устройств телеметрии. В 1954 году институт был расформирован, и Моралева был назначен на должность инженера-конструктора по разработке фотоэкспонометров в киевском заводе «Арсенал». В Киеве Станислав Алексеевич познакомился с В.Е. Лашкаревым, исследования которого оказались весьма полезными при разработке полупроводникового фотоэкспонометра.

Однако, становление НПО проходило не просто. Постоянно возникал вопрос: кто должен быть во главе объединения – институт или завод. Заводчане не выдерживали заданного институтом темпа работы и обвиняли руководителя НПО в неправильной технической политике. Спорить и утверждать свою правоту силой было не в характере Моралева. В 1974 году он оставил НПО и вернулся в «Квант». Однако, без участия, опыта и внимания Станислава Алексеевича Моралева, НПО “Кристалл” не стал бы той мощной и отлаженной структурой, на базе которой в 1993 году была организована частная компания, которая сегодня является разработчиком и производителем интегральных микросхем по индивидуальным заказам предприятий России, Украины, Израиля, Китая, Словакии, Ирана, Индии.

Появлению микроэлектроники предшествовало создание первых ЭВМ, содержащих огромное количество электронных ламп, конденсаторов, сопротивлений. Чтобы уменьшить их размеры, потребление энергии, стоимость, повысить технологичность изготовления, была выполнена беспрецедентная по объему и краткости сроков исследовательская работа. Она завершилась созданием средств микроэлектроники и технологических процессов для их изготовления.

Старт промышленной микроэлектроники в СССР был дан в 1962 году, когда было принято постановление о создании в российском городке Зеленоград Научного центра микроэлектроники с филиалами в Киеве, Минске и ряде других городов. Уже через несколько лет небольшой городок под Москвой превратился в столицу микроэлектроники – советскую «Кремниевую долину».

В том же году в Киеве открылась выставка средств микроэлектроники. На нее были приглашены руководители киевских приборостроительных предприятий. На открытии выступил председатель Государственного комитета СССР по электронной технике (впоследствии министр электронной промышленности) Александр Иванович Шокин. Своей презентацией он смог убедить власти в необходимости развития отрасли микроэлектроники в Украине.

Первым на призыв председателя Госкомитета откликнулся Иван Васильевич Кудрявцев, директор Киевского НИИ радиоэлектроники. Он давно мечтал перевести громоздкие корабельные радиоэлектронные системы на новую техническую базу. Сразу после выставки он поручил группе молодых инженеров во главе со Станиславом Алексеевичем Моралевым, ознакомиться с состоянием дел в СССР и за рубежом, и подготовить предложения.

+ Щелкните по фото, чтобы увеличить!

Министр электронной промышленности А.И.Шокин и первый директор НИИ "Микроприбор"

и Генеральный директор "Кристалла" С.А.Моралев

(в центре)

УССР, Киев. Конец 60-х годов XX-го века.

Полгода спустя, когда появилось правительственное постановление о развитии микроэлектронной промышленности, было создано Киевское конструкторское бюро по микроэлектронике КБ-3 Государственного комитета СМ СССР по электронной технике. Его руководителем назначили Моралева.

В 1963 году коллектив КБ-3 приступил к работе. Его «основатели» С.А. Моралев, В.Д. Борисенко, А.И. Корнев, В.П. Белевский решили заняться разработкой гибридных интегральных схем (ИС) с использованием тонких пленок тантала. Однако, тантал оказался «крепким орешком» – для получения пленок потребовалось создать принципиально новые типы электронно-лучевых пушек большой мощности, сложное вакуумное оборудование и установки контроля параметров схем. Все это заняло достаточно много времени, и серийный выпуск ИС на тантале начался лишь в 1968 году. Был разработан ряд гибридных тонкопленочных ИС на тантале (система «Пенал»), а для бытовой радиоэлектронной аппаратуры, выпускаемой Министерством радиопромышленности СССР, – система «Кулон».

Разработанная впервые в бывшем СССР технология производства тонкопленочных резистивных и емкостных микросхем на основе тантала позволила повысить производительность при изготовлении гибридных ИС в 5-10 раз. Благодаря ей также увеличился процент выхода годных ИС до 90%. О сложности решенной задачи, свидетельствует тот факт, что в то время такой технологией располагали только три фирмы в мире, причем только одна из них (BM Laboratories, США) разработала ее самостоятельно.

В 1966 году на базе КБ-3 был создан Научно-исследовательский институт «Микроприбор». Директором НИИ был назначен Станислав Моралев, его заместителем стал К.М. Кролевец, а главным инженером – А.И. Корнев. Было принято решение о постепенном переходе к разработке твердотельных ИС на МОП транзисторах. Основной особенностью этих схем является то, что все их компоненты (транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы) выполняются на одной монокристаллической пластинке полупроводника (сокращение МОП отражает структурный состав транзистора – металл, окисел, полупроводник).

+ Щелкните по фото, чтобы увеличить!

НИИ "Микроприбор" – первое детище С.А. Моралева. 1967 год

Анализ показывал, что ИС на МОП-приборах конструктивно более просты, по сравнению с ИС на биполярных структурах. Они также более технологичны, имеют более высокий процент выхода годных изделий и не требуют дополнительной изоляции компонентов в схеме. Основное же преимущество МОП-транзисторов – их малые размеры. Это позволяет создавать ИС высокой степени интеграции, особенно для устройств вычислительной техники с регулярной структурой (запоминающие устройства, регистры и др.)

Предложения НИИ «Микроприбор» по специализации в области МОП-интегральных схем были рассмотрены на заседании коллегии Зеленоградского Научного центра. Коллегия утвердила предложенный Моралевым план работ института.

Наступил новый этап в работе. Физико-технологические вопросы разработки МОП-БИС возглавили К.М. Кролевец и Ю.А. Петин, схемотехники – А.И. Молчанов и А.В. Кобылинский, машинное проектирование топологии – В.Г. Таборный. Научное руководство работами осуществляли С.А. Моралев и К.М. Кролевец.

Вначале была разработана серия интегральных схем «Кобра» с уровнем интеграции до 30 элементов на кристалле. В 1968 году было начато ее серийное производство на опытном заводе НИИ.

По заданию Министерства электронной промышленности в 1970 году был создан первый в СССР и Европе микрокалькулятор на 4-х больших интегральных схемах МОП-БИС со степенью интеграции до 500 транзисторов на кристалле. БИС изготовлялись на опытном заводе НИИ «Микроприбор», сборка микрокалькуляторов производилась в городе Светловодске, где находился филиал опытного завода.

+ Щелкните по фото, чтобы увеличить!

Первый в Европе микрокалькулятор, разработанный в НИИ "Микроприбор". 1970 год

В декабре 1970 года приказом министра электронной промышленности было создано научно-производственное объединение «Кристалл», в которое вошли: НИИ «Микроприбор», Киевский завод полупроводниковых приборов, опытный завод «Микроприбора». НПО «Кристалл» должно было заняться разработкой и производством больших интегральных схем на МОП-транзисторах, вначале со степенью интеграции более 1000 транзисторов, а на следующем этапе до 100 тыс. и более (размеры элементов уменьшались до 1 микрона).

В 1972-1973 годах в «Микроприборе» была развернута система машинного проектирования на базе БЭСМ-6 и других ЭВМ, позволившая проектировать БИС с высокой степенью интеграции. Время разработки БИС сократилось до 50-70 дней. Потребовалось разработать сложный комплекс программ, обеспечивающий процесс проектирования БИС. Сотни тысяч компонентов, которые они содержали, надо было соединить между собой в соответствии с функциональным назначением БИС. При этом ошибки были недопустимы, иначе огромный труд, потраченный на их изготовление, не принесет пользы. Такую работу могла выполнить только машина.

С 1973 году основным направлением в объединении становится разработка и производство больших интегральных схем на МОП-приборах. Первыми были спроектированы несколько типов БИС для различных типов калькуляторов, БИС памяти и др.

Участок электротренировки микрокалькуляторов НПО "Кристалл". 1979 год

Для выпуска новых БИС понадобилось разработать более прогрессивные технологические процессы, обеспечивающие степень интеграции более 100 тыс. транзисторов на кристалле и скорость переключения до десятков мегагерц. При этом приходилось начинать, как говорят, с «чистого листа» – использовать западный опыт было невозможно, публикации по этому вопросу в западной печати только появились.

Серийное производство, участок сборки микрокалькуляторов.

НПО "Кристалл"в 70-х годах XX-го века выпустило сотни тысяч микрокалькуляторов и БИС средней степени интеграции.

Уже в 1974 году на заводе полупроводниковых приборов НПО «Кристалл» был полностью освоен технологический процесс изготовления БИС на МОП-приборах и начато массовое производство больших интегральных схем (впервые в СССР и Европе). В том же году было выпущено: 200 тыс. БИС, 100 тыс. калькуляторов, 200 тыс. клавишных ЭВМ.

Однако становление НПО проходило не просто. Постоянно возникал вопрос: кто должен быть во главе объединения – Институт или завод. Заводчане не выдерживали заданного институтом темпа работы и обвиняли руководителя НПО в неправильной технической политике. Спорить и утверждать силой свою правоту было не в характере Моралева. В 1974 году он оставил НПО и вернулся в “Квант". Но и после ухода Моралева «Кристалл» продолжал успешно развиваться, чему во многом способствовал К.М. Кролевец. Возникали и решались новые проблемы, связанные с созданием и выпуском более современных БИС. Но чем больше уменьшались размеры транзисторов, тем сложнее становились технологические процессы для их изготовления и все больше повышались требования к оборудованию для промышленного выпуска не только БИС, но и сверх больших интегральных схем (СБИС).

За короткий срок киевское научно-производственное объединение «Кристалл» с филиалами в других городах Украины сумело стать одним из главных центров по разработке и производству микроэлектроники в СССР. О масштабе выполненной за восемь лет работы, связанной с развертыванием в нем научных исследований, созданием материальной базы и подбором кадров, убедительно свидетельствуют такие цифры: построено 148 тыс. м. кв. площадей для размещения научно исследовательских институтов и предприятий. НИИ и заводы были полностью оснащены необходимой техникой. В начале 80-х годов на них работало более 30 тыс. человек. Продукция объединения, выпускаемая в 70-е и 80-е годы, представляла разработанные в объединении интегральные схемы (в том числе около 30 типов БИС), клавишные ЭВМ, калькуляторы, микроконтроллеры, микро-ЭВМ и др. НПО «Кристалл» обеспечил успешное развитие многих отраслей промышленности не только Украины, но и бывшего СССР. Благодаря ей создавалась цифровая радиоэлектронная аппаратура самолетов, ракет, кораблей, а также электроника для выпуска современной бытовой техники (радиоприемники, магнитофоны), др.

+ Щелкните по фото, чтобы увеличить!

Интегральная микросхема на К-МОП-транзисторах с регулярной структурой, со средней степенью интеграции. 1970 год

Однако, НПО «Кристалл» было не единственным производителем микроэлектроники в Украине. Почти одновременно с ним были созданы еще пять объединений: «Родон» в Ивано-Франковске, «Гравитон» в Черновцах, «Гамма» в Запорожье, «Днепр» в Херсоне, «Октябрь» в Виннице. Вместе с «Кристаллом» на них работало более 100 тыс. человек. Они выпускали около 150 млн. полупроводниковых приборов и интегральных схем в год. Вообще, в 70-80-х годах Украина была монополистом в бывшем СССР и вторым в Европе поставщиком полупроводниковых материалов – германия, арсенида галлия и средств их обработки.

В конце 80-х годов из-за ошибочной научно-технической политики, принятой волевым решением Министерства электронной промышленности (МЭП) СССР и заключающейся в «советизации» американской техники, НПО «Кристалл» вынуждено было перейти на повторение достигнутого в Америке, что заранее обрекало его на отставание. Тем не менее, и в «советизации» первых американских микропроцессоров «Кристалл» сумел отличиться – разработанные в объединении и переданные в серийное производство 8-разрядные, а затем 16-разрядные микропроцессоры, практически, не отличались от зарубежных, что было подтверждено проведенной в США экспертизой.

Это была последняя крупная советская разработка НПО. На сегодняшний день в «Кристалле», который стал частной компанией, разрабатываются и производятся интегральные схемы для ряда зарубежных стран.

Киевский Кристалл сегодня - разруха... все на продажу... Перемога, одним словом!

PRETICH.ru