Шанс на возрождение российской электроники

Относительная скорость роста массы криптовалюты в мире в 15 раз выше, чем относительная скорость роста классической денежной массы. Если такая тенденция сохранится, через 7–10 лет объем криптовалюты превысит объем классической денежной массы. В силу чего добыча криптовалюты становится все популярнее, и это объективный процесс

Если стратегическая цель промышленного майнинга криптовалюты однозначная – снизить удельные затраты электроэнергии на добычу денежной единицы, то вариантов достичь этой цели как минимум два:

• попытаться пристроиться к источнику дешевой электроэнергии (Братская, Саяно-Шушенская, Усть-Илимская ГЭС, Сургутские ГРЭС, Экибастузские ГРЭС и т. п.), за счет чего снизить удельные затраты на добычу денежной единицы в два-три раза;
• кардинальным образом повысить производительность оборудования.

Второй вариант под силу только крупному капиталу при государственной поддержке. И сегодня для России сложилась благоприятная обстановка для его реализации.

Из-за санкций российские майнеры лишены возможности легального приобретения электронных компонентов, необходимых для создания самых совершенных устройств для майнинга криптовалюты.

В этой ситуации вопрос о создании отечественной электронной промышленности, способной производить вычислительные устройства с рекордно высоким быстродействием и рекордно низким энергопотреблением из расчета на бит обрабатываемой информации, – это вопрос не только информационной, но и финансовой безопасности России.

18 октября 2023 года состоялось заседание экспертного совета при рабочей группе нижней палаты Федерального Собрания по вопросу законодательного регулирования цифровых валют, на котором было предложено организовать производство оборудования для майнинга криптовалюты на территории России.

Из уст представителя Госдумы такое предложение звучит фантастично, однако возможность такая есть.

При сохранении классической архитектуры существуют два варианта развития вычислительной техники:
а) Снижение норм технологического процесса и увеличение за счет этого плотности транзисторов, а конечном счете – увеличение быстродействия и снижение энергопотребления процессора.
б) Увеличение тактовой частоты процессора, что становится возможным при переходе от полупроводниковых приборов к микроэлектровакуумным, и что также позволяет увеличить быстродействие и снизить энергопотребление процессора.

Но если, следуя по первому пути, разработчикам уже не удается снизить энергопотребление процессора из расчета на бит обрабатываемой информации ввиду физических ограничений – с уменьшением линейных размеров единичного прибора (длина канала, ширина затвора), катастрофически растут токи утечки даже при тактовых частотах ~ 3 ГГц, не говоря о терагерцовом диапазоне, то второй путь открывает практически неограниченные возможности – рост тактовой частоты до 500 ГГц и выше при незначительном увеличении площади, занимаемой единичным транзистором, так как конструкция микротриода имеет не планарную, а в большей степени вертикальную структуру.

Кроме того, поскольку скорость дрейфа электронов в полупроводниках относительно низкая – на три-четыре порядка ниже, чем в вакууме, с ростом частоты в полупроводниковых транзисторах растет сдвиг по фазе между входным и выходным сигналами, вследствие чего на высоких частотах катастрофически снижается коэффициент усиления транзистора.

Все эти физические ограничения приводят к тому, что область применения полупроводниковых приборов ограничена частотой 3 ГГц. Поэтому все устройства, которые мы сегодня используем (ноутбуки, планшеты, смартфоны, ПК), а также видеокарты и АСИКи для майнинга криптовалюты имеют тактовые частоты не выше 3 ГГц.

Микротриод, сочетающий в себе достоинства как полупроводниковых транзисторов, так и электровакуумных приборов, способен работать на тактовых частотах 500–700 ГГц и выше с высоким (~ 60-70%) коэффициентом полезного действия.

В силу чего над созданием транзистора с вакуумным каналом с приемлемыми характеристиками сегодня работают все ведущие производители электронных компонентов (Samsung, Toshiba, SK Hynix, Hewlett Packard, Intel, Micron, Texas Instruments, Sony, Fujitsu и др.). Создание такого транзистора заявлено как основной приоритет в программах технологического развития США, Южной Кореи, Японии, Индии, Китая.

Для России, которой сегодня недоступно производство с предельно малыми проектными нормами техпроцесса, ставка на создание промышленности, ориентированной на производство вычислительной техники, основу которой составит микротранзистор с вакуумным каналом (микротриод) – в некотором смысле спасение, возможность создать компьютер с рекордными параметрами с минимальными затратами и в минимальные сроки, так как производство микроэлектровакуумных приборов не требует предельно малых норм техпроцесса, и можно обойтись уже существующими в России (Микрон) и Беларуси (Интеграл) производствами.
В лабораторном варианте микроэлектровакуумные приборы уже существуют, причем не отстают и российские разработчики. В частности, с участием специалистов ряда научных учреждений и высших учебных заведений Новосибирска планируется изготовить опытные образцы таких микроэлектровакуумных приборов до конца 2024 года.

Все эти факторы способствуют тому, чтобы приступить к созданию отечественной электронной промышленности, основанной на микроэлектровакуумных приборах, предоставляющих возможность создать вычислительную технику, превосходящую по быстродействию достигнутый мировой уровень в десятки тысяч раз.

В свою очередь, появление таких вычислительных устройств позволит кардинальным образом, в тысячи раз повысить производительность при майнинге криптовалюты.

Олег Глебович Сосунов, руководитель группы разработчиков, заведующий лабораторией перспективных материалов и технологий Института силовой электроники НГТУ-НЭТИ