Микроконтроллеры НИИЭТ. Обзор
На волне подъема всеобщего интереса к отечественным микроконтроллерам и процессорам мне захотелось разобраться, а что за камни делает НИИЭТ? Про микроконтроллеры и процессоры других производителей написано немало (как на самом Хабре, так и в тематических журналах). А про МК НИИЭТ крайне мало информации, особенно практической и особенно про 8- и 16-битные.
Как и где для них писать код, на чем изучать и что использовать для прошивки — вопросы, ответы на которые меня интересовали больше всего. Как и ожидалось, структурированной и исчерпывающей информации я не нашла. Но очень помог курс по motor control 32-битным контроллерам НИИЭТ от BelerafonL.
Содержание
8 битные
На данный момент на сайте НИИЭТ представлены следующие семейства 8-битных МК:
с архитектурой и системой команд MCS-51: 1830ВЕ, 1882ВЕ, 1882ВМ, К1830ВЕ;
с RISC архитектурой: 1887ВЕ: 1887ВЕ4У и 1887ВЕ7Т и К1946ВМ014.
Семейство 1830ВЕ состоит из двух микроконтроллеров: 1830ВЕ91Т и 1830ВЕ81Т. Первый с flash памятью программ, второй — с масочным ПЗУ.
Масочное ПЗУ используется для однократной прошивки микроконтроллера на этапе производства — это удобно для больших серий и уже отлаженного ПО. А собственно отлаживать ПО можно на микроконтроллере с flash памятью, обладающим теми же характеристиками, что и с масочным ПЗУ.
Микроконтроллеры поставляются в 20-выводном металлокерамическом корпусе типа 4153.20-5. В МК: UART, аналоговый компаратор, два 16-разрядных таймера/счётчика.
Функциональный аналог AT89C2051.
Основными областями применения изделия являются встроенные цифровые системы управления.
Микроконтроллеры 1882ВЕ поставляются в металлокерамическом корпусе типа H16.48-2B5133.48-3 (48 выводов). Периферия: три 16-разрядных таймера/счетчика событий, SPI, UART, WDT. Для их программирования и отладки используются средства Фитон, а также есть макетно-отладочная плата от самого НИИЭТ.
Функциональным аналогом микросхем являются изделия AT89S8253.
Основными областями применения изделия являются встроенные цифровые системы управления комплексами радиосвязи, в системах автоматизации технологических процессов, в системах автоматизированного управления электроприводом, оргтехнике, вычислительной технике, телекоммуникационной технике, для управления робототехническими комплексами.
Микроконтроллеры 1882ВМ поставляется в металлокерамическом корпусе типа 4203.64-1 (64 вывода). Отличается от предыдущего семейства наличием интерфейсного модуля LIN и ГОСТ Р 52070–2003 (MIL-STD-1553B), а также большим набором периферии: 2 UART, 2 SPI, I2C. Для отладки можно использовать как программные средства от Фитон, так и Keil.
Применяется как для сопряжения между интерфейсами различных типов в сетях обмена информацией, так и для управления внешними периферийными устройствами (АЦП, ЦАП, карты памяти и т.д.) по защищенным каналам связи.
Семейство микроконтроллеров К1830ВЕ отличается от всех предыдущих памятью с тройным резервированием.
Применяется во встроенных цифровых системах управления комплексами радиосвязи, встроенных цифровых системах управления, бортовой аппаратуре, средствах оповещения, вычислительной технике, телекоммуникационной технике и т.п., к которым предъявляют высокие требования при работе в условиях специальных внешних воздействующих факторов
Семейство 1887ВЕ представлено двумя микроконтроллерами: 1887ВЕ4У и 1887ВЕ7Т, отличающихся корпусами (металлокерамические корпуса 48 выводов для 1887ВЕ4У и 64 вывода для 1887ВЕ7Т), питанием (для 1887ВЕ4У возможно питание от 3,3 и от 5,0 В, для 1887ВЕ7Т только от 5 В) и набором периферии.
Для программирования и отладки можно использовать USB программатор, разработанный НИИЭТ, а также STK600 с переходником от НИИЭТ, и отладочные платы для обоих МК.
Применяется для управления робототехническими комплексами, в системах автоматизации технологических процессов, системах автоматизированного управления электроприводом, оргтехнике, вычислительной технике, телекоммуникационной технике.
Единственный микроконтроллер в пластиковом корпусе — К1946ВМ014. По информации с просторов интернета это МК 1887ВЕ4У, но в другом корпусе. Документация на К1946ВМ014 отсутствует в открытом доступе, есть лишь упоминание основных характеристик и картинка корпуса на сайте НИИЭТ.
Может применяться в системах управления оборудованием, робототехнике; функциональных разрядно-зарядные устройствах с программированием; сложных дистанционных системах управления; сетевых устройствах; быстродействующих системах для передачи и обработки данных; сложной бытовой технике; устройствах ввода и отображения информации с тач-скринами и других многофункциональных устройствах.
Более подробно все характеристики описанных выше микроконтроллеров представлены в сводных таблицах.
Для удобства просмотра и с активными гиперссылками таблицы приведены по ссылке.
8-битные микроконтроллеры НИИЭТ с архитектурой MSC-51 
8-битные микроконтроллеры НИИЭТ с RISC архитектурой
16 битные
На данный момент на сайте НИИЭТ представлены следующие семейства 16-битных МК:
с архитектурой и системой команд MSC-96 и AMSC-96: 1874ВЕ и Л1874ВЕ;
с RISC архитектурой: 1887ВЕ: 1887ВЕ3Т, 1887ВЕ6Т, 1887ВЕ9Т.
Семейство 1874ВЕ представлено большим количеством микроконтроллеров в металлокерамических корпусах (88 и 208 выводов), но обладающих различными тактовыми частотами, наборами периферии, наличием и типом встроенной памяти (flash, масочное ПЗУ, однократно программируемая (OTP ROM)), величиной ОЗУ, а также показателями спецстойкости.
В серии в том числе есть микроконтроллеры с поддержкой Space Wire, ГОСТ Р 52070-2003(MIL-STD-1553B) и предназначенные для управления двигателями (1874ВЕ86Т).
Для написания программ можно использовать софт от Фитон. Для прошивки можно использовать программаторы ChipProg, JTAG-эмулятор JEM-963 (для МК 1874ВЕ71Т).
Микроконтроллеры серии применяются в средствах измерения, связи, наблюдения, безопасности, автоматизации производства, медицине, энергетике, промышленности, в том числе в электроприводах, а также различных системах управления, работающих в условиях с повышенными требованиями к спецвоздействиям.
Семейство Л1874ВЕ состоит из одного микроконтроллера, отличительной особенностью которого является масочное ПЗУ.
Семейство 1887ВЕ представлено тремя микроконтроллерами: 1887ВЕ3Т,1887ВЕ6Т, 1887ВЕ9Т. Первые два поставляются в корпусах типа 4247.144-1 (CQFP-144), последний в металлокерамическом корпусе типа 4248.144-1.
Кроме корпусов микроконтроллеры внутри серии отличаются тактовой частотой, типом, наличием и размером памяти программ, размером ОЗУ, набором периферии.
1887ВЕ3Т применяется в системах, где требуются сбор, обработка и обмен данными. Позволяет выполнить жесткие требования на аппаратуру (комплексы) по назначению и массогабаритным показателям.
1887ВЕ6Т Применяется в аппаратуре космического назначения.
1887ВЕ9Т предназначен для управления двигателями, но может применяться и в других устройствах.
Для программирования этой серии микроконтроллеров можно использовать Keil.
Более подробно все характеристики описанных выше микроконтроллеров представлены в сводных таблицах.
Для удобства просмотра и с активными гиперссылками таблицы приведены по ссылке.
16-битные микроконтроллеры НИИЭТ с архитектурой MSC-96 и AMSC-96 
16-битные микроконтроллеры НИИЭТ с архитектурой MSC-96 и AMSC-96 
16-битные микроконтроллеры НИИЭТ с архитектурой MSC-96 и AMSC-96 
16-битные микроконтроллеры НИИЭТ с архитектурой MSC-96 и AMSC-96 
16-битные микроконтроллеры НИИЭТ с RISC архитектурой
32 — битные
На данный момент на сайте НИИЭТ представлены 32-битные микроконтроллеры на основе RISC архитектуры с ядром ARM Cortex-M4F.
1921ВК01Т1 — микроконтроллер с максимальной тактовой частотой 100 МГц, напряжение питания ядра 1,8 В буферов ввода/вывода 3,3 В, богатая периферия (множество ШИМ каналов, АЦП, аналоговый компаратор, CAN, USB, Ethernet). Поставляется в металлокерамическом корпусе 4250.208-1.
Предназначен для применения в системах управления двигателями.
К1921ВК01Т — аналогичный предыдущему МК только в пластиковом корпусе QFP-208.
1921ВК028 — более мощный МК, чем предыдущие. Тактовая частота до 200 МГц, питание 1,2/3,3 В, больший объем памяти, два резервированных контроллера интерфейса по ГОСТ Р 52070-2003 (MIL-STD-1553В), Два контроллера SpaceWire до 200 Мбит/с, 1-wire. Поставляется в металлокерамическом корпусе 8115.400-1.
1921ВК035 — миниатюрный микроконтроллер: размер корпуса 6*6 мм. Тактовая частота до 100 МГц, напряжение питания 3,3В, SPI, CAN, UART, таймеры, ШИМ, блок захвата, DMA.
Поставляется в металлокерамическом корпусе МК5162.48-1 (48 выводов).
К1946ВК035 — судя по наименованию должен быть микроконтроллер как 1921ВК035, только в пластиковом корпусе, но на сайте НИИЭТ крайне мало информации по нему.
Для отладки любого из приведенных выше 32-битных МК НИИЭТ рекомендует использовать:
Интегрированная среда разработки CodeMaster++ производства АО «НИИЭТ».
Ключ для среды разработки производства ООО «Фитон» г. Москва.
Более подробно все характеристики описанных выше микроконтроллеров представлены в сводных таблицах.
Для удобства просмотра и с активными гиперссылками таблицы приведены по ссылке.
32-битные микроконтроллеры НИИЭТ с RISC архитектурой 
32-битные микроконтроллеры НИИЭТ с RISC архитектурой 
32-битные микроконтроллеры НИИЭТ с RISC архитектурой
Надеюсь, собранная и структурированная мной информация будет полезна тем, кто еще только начинает осваивать микроконтроллеры НИИЭТ или планирует их использование в проектах.
А где чипы?
Для производителя систем управления лифтовым оборудованием, ООО «ТРЭНД ЦЕНТР», как и для многих других компаний, насущным является вопрос о поставках микроконтроллеров – чипов, которые применяются для разработки их решений. Кто из российских производителей сегодня занимается производством чипов? В статье приводится подробный обзор отечественной продукции зарубежного и российского производства.
ООО «ТРЭНД ЦЕНТР», г. Новосибирск
В связи с последними событиями и рядом санкций, последовавших за ними, большинство европейских и американских производителей электронных компонентов ушли с российского рынка. Особый интерес представляли выпускаемые ими микроконтроллеры (МК). На данный момент осталась возможность заказать их продукцию, однако цены на некоторые позиции завышены в 100 и более раз. Например, за МК, который раньше стоил 10−12 долл., просят заплатить 1800 долл., что неприемлемо.
В данной статье:
— попытаемся разобраться, что такое чип и микроконтроллер;
— рассмотрим историю использования МК в нашей компании;
— дадим рекомендации по выбору МК в 2023 году;
— рассмотрим существующих российских производителей, выпускающих МК;
— рассмотрим перспективы производства МК в России.
Что такое чип
Под термином «чип» будем подразумевать интегральную микросхему, изготовленную на полупроводниковой подложке и помещенную в неразборный корпус. Микроконтроллер является частным случаем чипа. Современный МК представляет собой сверхбольшую интегральную схему (СБИС), так как содержит более 10 тыс. транзисторов на кристалле. Информации о точном количестве транзисторов, содержащихся в современных МК, найти не удалось. Доступна информация о количестве транзисторов в микропроцессорах Intel (табл. 1).
Таблица 1. Количество транзисторов в микропроцессорах Intel
Данная информация может быть применима и к современным МК. Из таблицы видно, что МК – очень сложное техническое изделие, каждый элемент которого имеет очень маленькие размеры, что сильно усложняет его производство и ограничивает круг лиц, способных его выпустить.
МК является базовым элементом любого современного электронного прибора. Его основная задача – выработка необходимого набора управляющих сигналов. Эти сигналы формируются на основе алгоритмов, заложенных в исполняемую программу МК. Сформированные управляющие сигналы используются для включения/выключения промежуточных устройств (реле, пускатели), которые применяются для управления различными исполнительными устройствами: двигателями, преобразователями частоты (ПЧ) и т.п.
Также МК содержит встроенные дополнительные устройства, такие как память, порты ввода/вывода, интерфейсы связи, таймеры, ШИМ, часы реального времени и другие, и может быть использован для решения большого набора требуемых задач. На рис. 1 показана общая структура МК семейства AVR.
Рис. 1. Общая структура МК семейства AVR
Наша история использования микроконтроллеров
Первыми МК, которые мы использовали в серийном производстве, были чипы производства норвежской компании Atmel (в настоящее время MicroChip (microchip.com)). Мы начали их применять в 1997 году. В то время компания Atmel активно выходила на российский рынок, открывала представительства во многих городах России, проводила семинары, предоставляла бесплатные образцы и отладочные средства. Очень успешной оказалась среда разработки для данных чипов AVR Studio, которая позволяла симулировать работу с МК даже при его физическом отсутствии.
Мы начинали с микросхем серии AT89C2051 с системой команд MCS-51. Далее были чипы AT90S2313, AT90S8515, AT90S8535 с системой команд AVR. Их устанавливали в медицинские приборы, разрабатываемые в то время (кардиомониторы, электрокардиографы, пульс-оксиметры, носимые регистраторы ЭКГ и давления и т. п.). Также их применяли в разработке теплосчетчиков, радиомодемов, систем охраны периметров, систем позиционирования и др.
Параллельно предпринимались попытки использовать 8-битные МК фирмы Motorola семейства MC68HC908 и 16-битные микроконтроллеры MCS-96 фирмы Intel и MSP430 фирмы Texas Instruments. Однако до серийного применения данных чипов дело не дошло по ряду причин.
Использование МК Atmel в новых разработках продолжалось примерно до 2005 года. В то время мы уже сменили области проектирования и разрабатывали устройства для лифтовой тематики. Такими устройствами являлись блоки диспетчерской связи, каналы связи, системы управления лифтами. Эксплуатация этих устройств происходила при высоких уровнях электромагнитных помех, генерируемых преобразователями частоты, двигателями, пускателями, длинными линиями связи и т. п.
В то время на смену серии AT90SXXXX пришла новая линейка МК серии ATMEGAXXX (ATMEGA8, ATMEGA16, ATMEGA128). Применение этих МК в новых изделиях привело к отрицательным результатам. Наблюдались сбои в работе устройств, МК пересбрасывались при возникновении электромагнитных помех, наблюдались искажения информации в ячейках RAM и EEPROM. После пересброса от помехи МК мог начать работать на другой частоте, что, естественно, было недопустимо.
Переразводка печатной платы, установка супервизоров питания, гальваническая развязка и экранирование помогли решить проблемы лишь частично. И после 2005 года от использования МК фирмы ATMEL нам пришлось отказаться.
Выбор был сделан в пользу МК производства фирмы NXP (nxp.com): бывшей Freescale, которая, в свою очередь, была образована из подразделения Motorola. Использовались 8-битные МК семейства MC9S08XX и 16-битные МК семейства 56F8300. Данные чипы зарекомендовали себя исключительно хорошо. За все время использования не было выявлено ни одного пересброса или порчи ячеек памяти.
В конце нулевых годов на рынке микроконтроллеров в России стали появляться чипы на основе 32-битной архитектуры ARM. Основным производителем данных чипов являлась европейская компания STMicroelectronics (st.com). Эти чипы имеют большую рабочую частоту, более развитую периферию, большой набор готовых программно-отладочных средств и предлагались по цене, сопоставимой со стоимостью 8-битных МК и даже ниже. В перспективе они должны были вытеснить 8-битные МК как более медленные и устаревшие.
В 2015 году мы перешли на использование чипов на основе 32-битной архитектуры ARM. Выбрали по-прежнему производителя NXP из-за надежности его изделий. Используется семейство Kinetis: серии MK10DN(DX), MK20DN(DX), MK60DN(DX).
Какой чип выбрать в 2023 году?
После проблем с поставками микроконтроллеров компании STM, которые начались с 2018 года, и последующего ухода европейских и американских производителей МК с российского рынка освободившиеся ниши стали активно занимать китайские производители чипов.
В 2015 года китайская компания Giga Device Semiconductor (gigadevice.com) представила микроконтроллеры серии GD32, которые основаны на архитектуре ARM, а некоторые микросхемы GD32 совместимы по контактам с серией STM32 и имеют более высокие характеристики, чем МК семейства STM32.
В 2015 году появились клоны популярных МК линейки Atmega88-328. Выпускает их китайская компания Logic Green (lgtic.com): это серия LGT8F.
С 2018 года на рынок приходят новые китайские компании, которые копируют и выпускают клоны МК STM32:
— компания WCH (wch-ic.com) представляет клоны МК серии STM32 (серия CH32);
— компания Hangshun Chip Technology (en.hsxp-hk.com) представляет клоны МК серии STM32 (серия HK32);
— Geehy Semiconductor (global.geehy.com) представляет клоны МК серии STM32 (серия APM32);
— компания CKS (сайт не найден) представляет клоны МК серии STM32 (серия CKS32).
На данный момент основные российские дистрибьютеры электронных компонентов предлагают сразу несколько вариантов клонов популярной серии STM32. Популярные китайские площадки по-прежнему предлагают МК европейских и американских производителей, но цены завышены и возможны проблемы с работоспособностью данных чипов.
Таким образом, если в ближайшее время (1–2 года) не появится возможность поставки европейских или американских чипов по адекватной цене, то единственный вариант – это переход на МК китайских производителей.
Анализ текущих российских производителей микроконтроллеров
А что же у нас в России? Имеются ли свои производители конкурентных решений МК. Давайте попробуем собрать информацию по данному вопросу.
Рассматривать будем производства, отвечающие двум критериям:
— способные выпускать чипы по технологическому процессу от 180 нм и ниже. Большинство предприятий, работающих в настоящее время, ведут свою историю с советских времен и работают по технологии больше микрона. Их рассматривать не будем. Для понимания сути вопроса можно посмотреть в Википедии (по ссылке en.wikipedia.org/wiki/180_nm_process), какие чипы были выпущены по техпроцессу 180 нм и в какие года. Техпроцесс уровня 180 нм – это 1999 год. Чипы, выпущенные по данному техпроцессу, это AMD Duron, Intel Celeron и др.;
— работающие на кремниевых пластинах 200, 300 мм. Современное производство чипов работает на пластинах либо 200 мм (что позволяет выпускать чипы по техпроцессу 90 нм), либо 300 мм (что позволяет выпускать чипы по техпроцессу 65 нм и ниже). Современное оборудование для технологий меньше 65 нм имеется только для пластин 300 мм. Поэтому сделать высокотехнологичные чипы на 200-миллиметровых пластинах невозможно. Оборудование для пластин 300 мм существенно дороже, чем оборудование для пластин 200 мм.
Какие же современные российские предприятия выпускают микроконтроллеры в настоящее время и какие из их продуктов мы, как производители лифтового оборудования, можем использовать?
НИИЭТ научно-исследовательский институт электронной техники, г. Воронеж (niiet.ru)
История предприятия началась в 1959 году на базе Особого конструкторского бюро, которое через два года, в 1961 году, было преобразовано в Центральное конструкторское бюро (ЦКБ) при Воронежском заводе полупроводниковых приборов (ВЗПП). В 1965 году по поручению министра электронной промышленности СССР в ЦКБ была создана первая отечественная микросхема в области твердотельной микроэлектроники: легендарная серия 104 микросхем диодно-транзисторной логики.
Разработанная на предприятии технология создания биполярных микросхем с окисной (диэлектрической) межкомпонентной изоляцией (КСДИ-структуры) была внедрена в массовое производство на ВЗПП, брянском, минском и запорожском полупроводниковых заводах, а изделия нашли исключительно широкое применение в высоконадежной аппаратуре.
1 января 1983 года ЦКБ при ВЗПП стало самостоятельным предприятием: его переименовали в Научно-исследовательский институт электронной техники. В 1986 году ФГУП «НИИЭТ» был определен головным предприятием отрасли по созданию цифровых процессов обработки сигналов (DPS) для специальной техники.
За годы своего развития НИИЭТ разработал и освоил свыше 150 типо-номиналов мощных СВЧ-транзисторов и множество интегральных схем различного назначения. Сегодня НИИЭТ специализируется на разработке и производстве сложных изделий микроэлектроники: микроконтроллеров, микропроцессов, цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей, интерфейсных интегральных микросхем, СВЧ-транзисторов и модулей усиления мощности СВЧ-диапазона.
Среди нового оборудования можно выделить установку мультипликации и экспонирования фоторезиста NSR-2205il2D (Nikon, Япония) с минимальной шириной воспроизводимого элемента 0,28 мкм. Именно от этой установки в первую очередь зависят проектные нормы, а следовательно, и возможности производства по изготовлению компонентов с малыми размерами и высокой степенью интеграции.
С 2020 года предприятие сделало упор на диверсификацию производимой продукции. В настоящий момент выпущен и реализован ряд микросхем в пластиковых корпусах, в том числе МК (рис. 2).
Рис. 2. Внешний вид микроконтроллеров (МК) НИИЭТ
8-битные МК НИИЭТ. На данный момент на сайте НИИЭТ представлены следующие семейства 8-битных микроконтроллеров:
— с архитектурой и системой команд MCS-51: 1830ВЕ, 1882ВЕ, 1882ВМ, К1830ВЕ;
— с RISC-архитектурой: 1887ВЕ (1887ВЕ4У, 1887ВЕ7Т) и К1946ВМ014.
Семейство 1830ВЕ представлено микроконтроллером 1830ВЕ91Т (функциональный аналог AT89C2051). Архитектура и система команд MCS-51, тактовая частота 24 МГц, флеш-память 2 кБ, память RAM 128 байт. Микроконтроллеры поставляются в 20-выводном металлокерамическом корпусе типа 4153.20-5.
Семейство 1882ВЕ представлено микроконтроллером 1882ВЕ53 (функциональный аналог AT89S8253). Архитектура и система команд MCS-51, тактовая частота 24 МГц, флеш-память 12 кБ, память RAM 256 байт, память EEPROM 2 кБ. Микроконтроллеры 1882ВЕ поставляются в металлокерамическом корпусе типа H16.48-2B5133.48-3 (48 выводов).
Семейство 1887ВЕ представлено двумя микроконтроллерами:
— 1887ВЕ4У (функциональный аналог ATmega 8535). Архитектура и система команд RISC, тактовая частота 16 МГц, флеш-память 8 кБ, память ОЗУ 512 байт, память EEPROM 1 кБ.
— 1887ВЕ7Т (функциональный аналог Atmeg128). Архитектура и система команд RISC, тактовая частота 16 МГц, флеш-память 128 кБ, память ОЗУ 4 кБ, память EEPROM 4 кБ.
16-битные МК НИИЭТ. На данный момент на сайте НИИЭТ представлены следующие семейства 16-битных микроконтроллеров с архитектурой и системой команд AMCS-96: 1874BE76T, 1874BE7T, 1874BE86T, 1874BE8T, 1874BE96T, 1874BE36T (функциональный аналог 83С196КВ-12 (Intel). Архитектура и система команд AMCS-96, тактовая частота до 33 МГц, флеш-память до 64 кБ, память RAM до 2 кБ.
На данный момент на сайте НИИЭТ представлены следующие семейства 16-битных МК с архитектурой RISC и системой команд C-166: 1887BE3T, 1887BE6T, 1874BE9T (функционального аналога нет). Архитектура и система команд AMCS-96, тактовая частота до 80 МГц, флеш-память до 256 кБ, память ОЗУ до 16 кБ.
Микроконтроллеры 1874ВЕXX поставляются в металлокерамических корпусах, содержащих от 88 до 208 выводов. Данный тип процессора функционально можно использовать при проектировании лифтового оборудования. Однако корпус является неподходящим. Непонятны цена и сроки поставки.
32-битные МК НИИЭТ. На данный момент на сайте НИИЭТ представлены следующие семейства 32-битных МК с архитектурой и системой команд RISC-32: 1921BK028 и 1921BK035 (функциональный аналог LM4F132 семейства Stellaris от Texas Instruments). Архитектура и система команд RISC 32 бит, тактовая частота до 200 МГц, флеш-память до 2 МБ, память RAM до 704 кБ.
Микроконтроллеры 1921BKXX поставляются в металлокерамических корпусах, содержащих от 48 до 400 выводов. Развитая периферия (множество ШИМ-каналов, АЦП, аналоговый компаратор, CAN, USB, Ethernet) позволяет использовать данный микроконтроллер для построения системы управления. Однако корпус является неподходящим. Непонятны цена и сроки поставки.
На данный момент на сайте НИИЭТ представлены следующие семейства 32-битных МК с архитектурой и системой команд RISC-32: 1921BK01T1, K1921BK01T1 (функциональный аналог LM4F132 семейства Stellaris от Texas Instruments). Архитектура и система команд ARM Cortex M4F, тактовая частота до 100 МГц, флеш-память до 1 MБ, память ОЗУ до 192 кБ.
Микроконтроллеры K1921BK01T поставляются в пластиковом корпусе, содержащем 208 выводов. Данный тип процессора в пластиковом корпусе – единственный вариант, который может быть применен при построении СУЛ. Однако корпус LQFP208 является избыточным. Непонятны цена и сроки поставки.
Был выполнен запрос о сроках и возможности поставки данных типов МК. Ответ:
— 1921ВК01Т1 – 2–3-й квартал 2023 года;
— 1887ВЕ3Т – проводятся работы по замещению корпуса импортного производства на альтернативный. Ориентировочный срок завершения работ 2–3-й квартал 2023 года;
— 1887ВЕ6Т – проходит процедура возобновления производства. Срок окончания 4-й квартал 2022 года. По результатам будет принято решение о начале процесса изготовления изделий.
Таким образом, по результатам анализа существующих МК, производимых НИИЭТ, мы, как производители лифтового оборудования, подходящих для себя решений не обнаружили.
«Микрон» (mikron.ru) – следующая компания, которая является российским производителем чипов и МК. Расположена в Зеленограде, округе Москвы. Предприятие основано в 1959 году и начинало свою деятельность c выпуска транзисторов и интегральных схем. Далее был выпуск ИС с программируемыми логическими матрицами. Освоены первые семейства телевизионных микросхем. В 2006 году было подписано соглашение с компанией STMicroelectronics о передаче технологии и оборудования для производства интегральных схем с топологическим уровнем 180 нм. На основе этой технологий «Микрон» производит чипы для банковских карт, паспортов, билетов в метро и т. д.
На данный момент «Микрон» – это наиболее конкурентоспособное микроэлектронное производство в России. В работе используют 200-миллиметровые кремневые пластины, обладают технологией 180 нм (в массовом производстве). Также применяется технология 90 нм, 65 нм. Но информация о массовости отсутствует.
Единственный микроконтроллер, выпускаемый предприятием, – MIK32 АМУР (рис. 3). Построен на архитектуре RISC-V (информация взята с сайта mikron.ru).
Рис. 3. МК MIK32 АМУР: внешний вид
Характеристики MIK32 АМУР: архитектура и система команд RISC-V, тактовая частота до 32 МГц, флеш-память 8 кБ, память ОЗУ 16 кБ, память EEPROM 8 кБ. Корпус LGA64.
Интерфейсы:
— SPI, I2C, UART, датчик температуры;
— АЦП 12 бит, 8 каналов, частота дискретизации до 1 МГц;
— ЦАП 12 бит, 4 канала, частота дискретизации до 1 МГц;
— часы реального времени с поддержкой полного календаря;
— сторожевой таймер.
Данный чип имеет весьма скромные характеристики, что не позволяет использовать его для решения наших задач. На сегодняшний день открыта возможность предзаказа чипов для юридических лиц со сроком поставки в конце 2023 года. Информация об использовании данного чипа в конкретных устройствах отсутствует.
Компания (сайт milandr.ru) создана в Зеленограде в 2003 году. Представляет собой центр проектирования интегральных микросхем (ЦП ИС). С 2005 года имеется участок сборочно-измерительного производства (СБИП). Среди продукции компании: микроконтроллеры, микропроцессоры, микросхемы памяти, электронные модули, контрольно-измерительное оборудование, ПО для умного дома и т. д. Микросхемы проектируются с топологическим уровнем до 28 нм. Изготовление осуществлялось на фабриках Юго-Восточной Азии, в частности TSMC.
8-битные МК «Миландр». Ранее была информация о серии 1886ВЕXX. Процессорное ядро PIC17, архитектура и система команд RISC, тактовая частота до 35 МГц, флеш-память до 64 кБ, память RAM 902 байта:
— 1886ВЕ1У (функциональный аналог PIC17C756-331/L);
— 1886ВЕ2У (функциональный аналог PIC17C756А);
— 1886ВЕ3У (функциональный аналог ST7FSR1E4 AT89C5131A-M). Единственный имеет корпус LQFP64;
— 1886ВЕ4У (функциональный аналог ST72F651 AT89C5131A-M);
— 1886ВЕ5У (функциональный аналог PIC17);
— 1886ВЕ61У, 1886ВЕ71У.
Микросхемы имеют металлокерамический корпус. Имеется вариант 1886ВЕ3У в корпусе LQFP64. На данный момент информация о наличии и стоимости этих микросхем на сайте отсутствует.
32-битные МК «Миландр». Ранее была информация о серии K1986ВЕXX. Тактовая частота до 144 МГц, флеш-память до 128 кБ; память RAM до 48 кБ:
— K1901 (ядро RISC, DSP; корпус LQFP-144);
— K1986ВЕ1QI (ядро RISC; корпус LQFP-144);
— K1986ВЕ2QI (ядро Cortex-M3; функциональный аналог STM32F103x; корпус LQFP-64);
— K1986ВK214 (ядро Cortex-M0; для однофазного электросчетчика; корпус LQFP-64);
— K1986ВK234 (ядро Cortex-M0; для трехфазного электросчетчика; корпус LQFP-64).
Также в разработке находятся микросхемы:
— К1986ВК01GI (ядро 2xCortex-M4F, 1xCortex-M0);
— К1986ВК025 (ядро RISC-V).
Функционально данные чипы могут быть применены для решения некоторых задач в нашей области. На данный момент информация о наличии и стоимости этих микросхем на сайте компании отсутствует.
В ноябре 2022 года в отношении компании были введены санкции (interfax.ru/business/872412). Учитывая, что производственные мощности располагались в других странах, ситуация с наличием этих комплектующих в будущем непонятна.
Таким образом, существующие микроконтроллеры российского производства плохо подходят для удовлетворения наших потребностей и могут быть применены только при отсутствии конкурентных МК либо при требованиях заказчика. Разработанные на их основе изделия будут иметь меньшую функциональность и более высокую стоимость, что понижает их конкурентоспособность.
Перспективы производства микроконтроллеров, микропроцессоров в России
Данная информация собрана из открытых источников, систематизирована и упорядочена для лучшего восприятия. Некоторые материалы доступны на ресурсе: habr.com/ru/post/656677.
Попытки построить в России полностью локализованное производство высокотехнологичных чипов с проектными нормами ниже 180 нм предпринимались неоднократно.
Один из первых примеров – компания «Ангстрем-Т», г. Зеленоград. Началом ее активной деятельности можно считать 2008 год, когда на кредитные средства «Ангстрем-Т» приобрел оборудование 130 нм у компании AMD (сейчас Global Foundries). В то время АMD начал переход на 300 мм пластины и продал все оборудование и технологии для 200 мм «Ангстрему-Т». На тот момент это была относительно свежая технология. Однако процесс передачи этого оборудования затянулся, но финансирование проекта продолжалось, и в 2012 году компания купила технологию 90 нм у IBM.
Долгие годы ушли на освоение технологии, обучение специалистов и т. д. Лишь к 2018 году началось производство по технологии 90 нм с перспективой перехода на 65 нм. В 2018-м компания успела отгрузить первую партию продукции в Китай по заключенным ранее контрактам, но потом внезапно поставки прекратились.
По информации из официальных источников (regnum.ru/news/economy/2767858.html), основной кредитор потребовал погасить кредит, подав иск о банкротстве. И это привело к краху самого завода.
Другой пример: компания «Крокус Наноэлектроника» (КНЭ, crocusnano.com), г. Москва. Еще одно предприятие, занимающееся созданием микроэлектроники и магниторезистивной памяти с произвольным доступом. Работа велась на пластинах 300 мм с проектными нормами 90/55 нм.
По информации из открытых источников (kommersant.ru/doc/5707223), «Крокус Наноэлектроника» получила 1,2 млрд руб. на создание электронных компонентов для вычислительной техники на кремниевых пластинах 300 мм. Технология, предложенная компанией, должна была заменить энергозависимые чипы памяти (RAM) и энергонезависимые чипы памяти (NVRAM). Исходная идея – это производство магниторезистивной памяти MRAM, которая является энергонезависимой, как NVRAM, но работает со скоростью оперативной памяти RAM.
Заявленные показатели не были достигнуты. Быстродействие полученной памяти оказалось на уровне уже существующей флеш-памяти. Далее «Крокус Наноэлектроника» сосредоточилась на продаже RFID-меток (NFC-чипы), а производство MRAM запустить не удалось.
Таким образом, на данный момент это единственная в России фабрика, выпускающая изделия на 300-миллиметровых пластинах с работающей технологией 65 нм, с возможностью дальнейшей модернизации до 45/32 нм.
Однако есть особенности. Изначально предполагалось, что MRAM-ячейки будут изготавливаться на уровнях металлизации пластин. Так как сами транзисторы можно изготовить на любой фабрике, это легкодоступный товар, то было решено не тратиться на фабрику полного цикла, а построить часть фабрики, которая будет содержать только стадии по изготовлению MRAM. Планировалось приобретать кремниевые пластины у сторонних производителей, дорабатывать их с учетом технологии MRAM и реализовывать на мировом рынке.
Но технология не заработала и предприятие осталось в стадии неполноценной фабрики, так как не делает транзисторы, а заказывать изготовление транзисторов на иностранной фабрике и потом доделывать у себя бессмысленно, проще сразу заказать полный цикл. Кроме того, в последнее время у компании отсутствовали заказы и накопился убыток в 1,8 млрд. В настоящее время информации о производимой и предлагаемой продукции на сайте компании найти не удалось.
Новый завод в Зеленограде для выпуска чипов 28 нм. Весной 2022 года стало известно о том, что в Зеленограде приступили к строительству фабрики, которая по плану будет выпускать процессоры по 28-нанометровому техпроцессу. Этот проект разработали уже давно и обещали построить к 2014 году, но к его реализации приступили только сейчас. Строительство идет рядом с «Ангстремом». Срок завершения стройки корпусов фабрики – конец 2024 года.
Подробная информация: cnews.ru/news/top/2022-05-05_v_rossii_nachalos_stroitelstvo. Застройщиком выступает Международный научно-технологический центр (МНТЦ) МИЭТ, который ранее заявлял, что планирует приобрести 28-нанометровую лабораторно-исследовательскую линию с участком иммерсионной фотолитографии голландской компании ASML. Насколько это реально в настоящих условиях, непонятно.
Таким образом, из всех существующих в России площадок только на предприятии «Микрон» теоретически можно производить что-то уровня Intel Pentium 4 (техпроцесс 90 нм, середина 2000-х). Для меньшего техпроцесса нужен завод с оборудованием, работающим на пластинах 300 мм, а его в полностью функциональном состоянии нет.
Выводы о возможности локализованного производства чипов
Успешное современное производство микроэлектроники возможно только при наличии:
— достаточного рынка сбыта;
— всей линейки необходимого производственного оборудования и ЗИП;
— сырья, материалов, расходников;
— квалифицированного персонала;
— длинных денег.
В ближайшее время нам предстоит решить множество задач: технических, экономических и политических. Надеюсь и уверен: мы к этому готовы.
Конкурентоспособность отечественных микроконтроллеров на российском рынке
Долгосрочная стратегия развития Российской Федерации включает в себя задачу по цифровизации экономики, а одна из важных ее частей – это внедрение умных электрических сетей в жизнь страны. Как мы знаем, в России уже началась реализация проекта повсеместной установки умных счетчиков электроэнергии. Причем, счетчики нового поколения должны будут состоять из отечественных компонентов, что вызывает у многих скепсис. В связи с этим, мы решили опросить наших экспертов, и узнать у них, почему все же стоит применять при производстве умных счетчиков отечественную, а не импортную компонентную базу, в частности, микроконтроллеры.
Алексей Смирнов, ведущий инженер-конструктор АО «НИИЭТ»:
«На мой взгляд, отечественные микроконтроллеры можно и нужно сравнивать с иностранными.
Такое сравнение покажет, что несмотря на все сложности отечественной микроэлектроники, в отдельных направлениях наши микроконтроллеры вполне конкурентоспособны по цене и функциональным возможностям. Если брать направление умных счетчиков, то при потребностях больше 1 миллиона штук в год цена на микроконтроллеры будет еще дополнительно снижаться.
Вообще, применение отечественной ЭКБ позволит снизить зависимость от иностранных комплектующих в построении защищенной системы учета энергоресурсов. Построение такой системы — задача стратегическая, и любые риски, связанные с использованием иностранной ЭКБ, должны быть минимизированы. При сокращении Гособоронзаказа, переориентация предприятий ВПК на гражданский сектор микроэлектроники позволяет им не только оставаться на плаву, но и увеличивать свои компетенции, сохранять опытные кадры и создавать новые рабочие места в столь высокотехнологичной сфере.
Целесообразность применения отечественных контроллеров в умных счетчиках определяется требованиями стандартов, нормативных документов и, конечно, ценой. Если возможно создание равных по цене и возможностям приборов на иностранной и отечественной ЭКБ, то выбор в пользу российской электроники является вполне оправданным».
Владимир Смерек, заместитель начальника дизайн-центра проектирования ИМС:
«С 2022 года в российских интеллектуальных приборах учета должны быть российские микроконтроллеры. Это требования нормативных актов, которые уже действуют в нашей стране. Помимо функциональности по измерению параметров потребления электроэнергии они должны обеспечивать требуемый в России уровень защищенности передаваемых и хранимых данных. Поэтому использование иностранных микроконтроллеров в интеллектуальных счетчиках после 2022 года будет неактуальным».
В связи с этим в АО «НИИЭТ» планируется в ближайшее время выпуск специализированного микроконтроллера для систем учета энергии. Также есть планы по разработке и выпуску ультранизкопотребляющего универсального микроконтроллера для различных мобильных применений».
Сергей Смешнов, коммерческий директор АО «НИИЭТ»:
«В настоящее время в связи с растущим давлением со стороны западного альянса в виде санкций в отношении России, отечественная радиоэлектроника попала в крайне удручающую ситуацию — потеряла доступ к мировым технологиям в данной сфере, что и без того усилило тенденцию к отставанию в развитии российской микроэлектроники по отношению к мировым достижениям и трендам.
Крупнейшие производители полупроводников из США, Южной Кореи, Тайвани, Европы и Японии, обладающие огромными объемами производства и реализации, весьма справедливо устанавливают конкурентные/низкие цены на свою продукцию. В то время как доля отечественной продукции на мировом рынке сейчас едва достигает одного процента.
Для выхода отрасли на принципиально новый уровень, минимизации, да и вообще, ухода от импортозамещения, Правительство Российской Федерации проводит поддерживающую законодательную политику.
В частности, АО «НИИЭТ» может дать рынку востребованные микроконтроллеры по сопоставимым с зарубежными аналогами ценам путём расширения в ближайшем будущем линейки контроллеров для гражданского применения в пластиковых корпусах.
Перед нами стоят задачи по разработке специфичных микроконтроллеров для гражданских электронных приборов, микросхем памяти.
Ценовая политика в отношении микроконтроллеров АО «НИИЭТ» для гражданского сектора промышленности будет строиться по следующему принципу: будут проводиться мероприятия по заключению договоров поставки с разработчиками и производителями отечественных гражданских электронных приборов, в том числе приборов учёта электрической энергии, онлайн кассовых аппаратов, и др., тем самым, будет создан пул системных предзаказов на микроконтроллеры, что позволит в ближайшее время выйти на оптовую цену в 500 рублей за единицу. С течением времени, наработав партнёрские отношения с рядом предприятий и нарастив клиентскую базу отечественных производителей, планируется выйти на стоимость 300 рублей за микроконтроллер, что позволит конкурировать по цене с импортными аналогами. Это, в свою очередь, будет способствовать тому, чтобы производители российских электронных приборов держали лояльные цены на свою продукцию».
Микроконтроллеры отечественного производства
Воронежский НИИ электронной техники приступил к реализации нового комплексного проекта «Разработка и освоение в серийном производстве серии 32-разрядных микроконтроллеров» с использованием программы субсидирования в соответствии с постановлением Правительства РФ от 24 июля 2021 года № 1252. В рамках проекта разрабатывается четыре микроконтроллера на основе открытой архитектуры RISC-V, которые перекрывают широкий спектр применений – от аппаратуры АСУ ТП до портативной техники и устройств Интернета вещей.
Кроме того, ведутся работы по созданию серии мощных СВЧ LDMOS-транзисторов, оптимизированных для работы с телевизионным сигналом стандартов DVB-T / DVB-T2.
В настоящий момент формируются потребности предприятий в наших микроконтроллеров и мощных СВЧ LDMOS-транзисторах на 2023-2024 год. Заявить о своих потребностях вы можете уже сейчас на официальном сайте АО "НИИЭТ" в разделе "Продукция" — "Микроконтроллеры и транзисторы для гражданского рынка".