Цифровой прототип для аналоговой проблемы
Как IT-решения для моделирования упрощают производство электроники
Актуальный вопрос после событий 2022 года для производителей электронной компонентной базы не физическое производство, а цифровое проектирование. Резкий уход зарубежных гигантов, таких как Ansys, Cadence и Synopsys, разорвал для российских разработчиков электроники цепочку CAE — систем компьютерного инженерного анализа. Без этого современная разработка высокотехнологичных устройств в нынешних реалиях практически невозможна. На заполнение сегмента рынка бросились как небольшие студии, так и крупные технологические холдинги. Почему игроки идут в этот сложный и наукоемкий бизнес, каковы его границы и станет ли это решением проблем для отрасли, выясняли «Ъ-Информационные технологии».
Фото: Евгений Павленко, Коммерсантъ
Фото: Евгений Павленко, Коммерсантъ
Инвестиционная логика
Стимул для крупных инвестиций лежит в области технологической безопасности и прямой экономической выгоды. «После ухода международных поставщиков встал вопрос не просто замены, а создания собственных инженерных инструментов, которые обеспечивают предсказуемость и устойчивость технологических процессов»,— объясняет директор центра компетенций «Т1 Интеграции» Александр Собачкин. Для холдинга, который получил от Минпромторга субсидию в 2,5 млрд руб. и вложил собственные средства, это стратегический переход от статуса интегратора к роли разработчика критического софта, отмечают в компании.
Запрос исходит от производителей электроники, для которых моделирование стало базовым элементом жизненного цикла. «Главное — это поддержка пользователей и интеграция»,— утверждают в пресс-службе производителя электроники ГК «Элемент», подтверждая, что рынок готов апробировать российские решения. Для компаний—разработчиков электроники, как отмечает Т1, моделирование — «базовый элемент жизненного цикла». Внедрение CAE (Computer-Aided Engineering) позволяет радикально сокращать дорогостоящие натурные испытания, что в конечном счете и формирует спрос на такие платформы со стороны промышленности. CAE — это компьютерный инженерный анализ. Если САПР (CAD) помогает создать цифровую 3D-модель изделия, то CAE-системы позволяют провести на этой модели виртуальные испытания: рассчитать, как она будет вести себя под нагрузкой, нагреваться, взаимодействовать с электромагнитными полями или жидкостями. Это позволяет находить и устранять недостатки, оптимизировать конструкцию еще до изготовления физического прототипа, что экономит время и средства.
Однако рынок не только большой — он по-прежнему критически зависим от импорта. Согласно данным, представленным на форуме «Электроника России-2025» 26 ноября замдиректора департамента цифровых технологий Минпромторга Иваном Кузьменко, по состоянию на 2025 год 61% предприятий радиоэлектронной отрасли используют иностранные решения в сегменте CAE. При этом только 27% используют автоматизацию в этой области, что указывает на низкую зрелость процессов даже у тех, кто имеет доступ к ПО. Таким образом, спрос на отечественные CAE-платформы подстегивается не только уходом вендоров, но и потенциалом для внутреннего роста и цифровизации.
Мультидисциплинарность как новый стандарт
Российские разработчики не просто копируют старые решения, а пытаются предложить новый стандарт. Господин Собачкин напоминает, что в современной электронике с ее высокой плотностью компоновки тепловые, электрические и электромагнитные процессы тесно связаны. Раздельный анализ приводит к ошибкам.
Мультидисциплинарное (мультифизическое) моделирование — это подход, при котором в единой цифровой среде одновременно рассчитывается взаимное влияние разных физических процессов. Например, в электронике нагрев элементов (тепловой анализ) меняет их электрические свойства, что, в свою очередь, влияет на распределение электромагнитных полей. Анализ этих процессов по отдельности может не выявить критические ошибки, которые возникают именно из-за их взаимодействия. Этот подход считается единственно возможным для устройств нового поколения: от интегральных схем до антенн. Он позволяет увидеть кросс-эффекты, невидимые при изолированном моделировании, которые могут стать причиной отказа изделия.
Системные ограничения: от математических моделей до структуры рынка
Однако даже самая совершенная платформа не станет панацеей. Есть как минимум три фундаментальных барьера. Во-первых, это технологический потолок. Главный вызов, по словам Александра Собачкина,— это «разномасштабность современных изделий». В одном устройстве соседствуют процессы на уровне нанометров (элементы микросхемы) и метров (корпус). Для этого требуются математические модели и алгоритмы высочайшей сложности, разработка которых нетривиальная задача даже для команды в 100 специалистов, собранной Т1.
Также отрасль испытывает кадровый голод. В электронике «революции происходят каждые несколько лет, а инженерные школы не успевают аккумулировать десятилетний отраслевой опыт», признает представитель Т1. Рынок испытывает острейший дефицит инженеров-расчетчиков, способных не просто нажимать кнопки в программе, но и понимать физику процессов. Без них даже самый продвинутый софт бесполезен.
Экономический и структурный парадокс. Глава АРПЭ Иван Покровский указывает на обратную сторону кризиса: в условиях, когда отрасль остро нуждается в новых инструментах, она не может сформировать на них устойчивый платежеспособный спрос. «По нашим оценкам, сокращение рынка и объемов производства электроники составляет в 2025 году 25%, а средства проектирования и моделирования –—это инвестиционные расходы компаний, которые в этих условиях сокращаются еще больше»,— отметил он. Господин Покровский объясняет это тем, что львиная доля рынка сегодня занята локализованной продукцией зарубежной разработки, выпускаемой по готовой документации: «Особенно тяжело в этих условиях российским разработчикам микросхем. Трудно рассчитывать, что, находясь в режиме выживания, они смогут создать спрос на развитие отечественных CAD и CAE». Выход из этого круга, по его мнению, лежит в изменении госрегулирования и постановке общей цели для отрасли — «переход на аппаратные платформы российской разработки». Только такие амбициозные сквозные проекты, а не запреты смогут создать реальный заказ для всей цепочки, включая разработчиков CAE.
Проблема усугубляется высокой стоимостью и сложностью внедрения цифровых решений в существующие процессы. Как показывают те же данные Минпромторга, средняя стоимость внедрения системы управления жизненным циклом изделий (PLM) на предприятии радиоэлектроники составляет 300 млн руб., причем 56% этой суммы уходит на инфраструктуру, а не на сами лицензии (2%). Годовое сопровождение обходится еще в 45 млн руб. Эти цифры на порядок превышают стоимость лицензий на CAE-софт и означают, что успех любой новой платформы упирается в готовность компаний к многолетним и дорогостоящим цифровым преобразованиям. При этом 83% предприятий либо только планируют внедрение PLM, либо не обозначили сроков, что свидетельствует о колоссальном отставании в создании полноценной цифровой среды (Digital Thread), в которую должна встроиться CAE-платформа.
Таким образом, создание CAE-платформ — это необходимый, но недостаточный шаг. Резюме, представленное Минпромторгом, предлагает четкий план действий для промышленности: участвовать в стандартизации, тестировать решения и давать обратную связь разработчикам. Это путь от разрозненных инвестиций к формированию работоспособной экосистемы. От того, последует ли рынок этой логике кооперации, а не замкнутой самодостаточности, зависит, станут ли новые инструменты вроде «Таумерикс» основой для технологического рывка или останутся сложными игрушками в руках немногих.