VI. ТРЕБОВАНИЯ
к техническим характеристикам опытно-конструкторской работы
«Разработка технологий создания новых гибридных архитектур на основе бестранзисторных вычислительных устройств КА».
Шифр: ОКР «Гибрид».
Научно-техническая программа Союзного государства
«Разработка нанотехнологий создания материалов, устройств и систем космической техники и их адаптация к другим отраслям техники и массовому производству» на годы («Нанотехнология-СГ»).
Настоящие требования используются участником размещения заказа при подготовке Заявки.
1. Наименование и шифр ОКР, основание, Заказчик, сроки выполнения
1.1. Наименование ОКР: «Разработка технологий создания новых гибридных архитектур на основе бестранзисторных вычислительных устройств КА».
Шифр: ОКР «Гибрид».
1.2. Основание: Государственный контракт на реализацию научно-технической программы Союзного государства «Разработка нанотехнологий создания материалов, устройств и систем космической техники и их адаптация к другим отраслям техники и массовому производству» на годы (Нанотехнология-СГ») (НИИ космических систем – филиал » с Федеральным космическим агентством от «___» _______2009 г. № ________________).
1.3. Заказчик: НИИ космических систем – филиал ».
1.4. Сроки выполнения: начало - 2009 г. окончание - 2012 г.
2. Цель выполнения ОКР, решаемые задачи
2.1. Цель работы.
Разработка нанотехнологий (групповых и нанолокальных) создания новых гибридных аналогово-цифровых информационных вычислительных архитектур на основе бестранзисторных вычислительных устройств (БТВУ) для использования на борту КА и сверхмалых КА (СМКА). БВТУ на основе квантовых размерных эффектов (КРЭ) и 2D/3D топологий квантовых клеточных автоматов (ККА) аппаратно реализуют хорошо отработанную схемотехнику на основе вентилей «И», «ИЛИ», «НЕ» и Булевой двоичной логики – комбинационную логику. Это позволяет при переходе на наноразмерную элементную базу сохранить инвестиции, ранее вложенные в разработку схемотехники, архитектуры бортовых вычислительных устройств КА и их программно-алгоритмическое (математическое) обеспечение. Переход на БВТУ позволит:
2.1.1. резко снизить энергопотребление и тепловыделение за счёт использования в 2D/3D топологии БВТУ на основе ККА-вентилей одноэлектронных туннельных токов (туннелирования электронов из одной квантовой ямы в соседнюю квантовую яму внутри ККА под воздействием электростатического Кулоновского отталкивания и Кулоновской блокады) вместо дрейфовых и диффузионных токов в КМОП-структурах;
2.1.2. резко повысить тактовые частоты за счёт подавления электрон-фононного взаимодействия при распространении сигнала в 2D/3D топологии БВТУ на основе ККА-вентилей с помощью одноэлектронных туннельных токов;
2.1.3. резко снизить массогабаритные характеристики за счёт более плотного использования площади и многослойного размещения 2D/3D интегральных наноструктур БВТУ на основе ККА-вентилей по сравнению с 2D интегральными микроэлектронными КМОП-вентилями.
2.2. Задачи, решение которых обеспечивает достижение поставленной цели.
2.2.1. Разработка, изготовление и наладка специального нанотехнологического оборудования на основе многокластерной нанотехнологической установки (МКНТУ).
2.2.2. Разработка способов и технологий изготовления квантовых точек – «искусственных атомов» – субмолекулярных комплексов, реализующих квантовую яму с одним разрешённым энергетическим уровнем для электрона.
2.2.3. Разработка способов и технологий изготовления квантового клеточного автомата (ККА) на основе 4-х квантовых точек, расположенных в углах квадрата – ячейки ККА, для аппаратной реализации 2-х устойчивых физических состояний, реализующих 2 логических состояния: «0» и «1».
2.2.4. Разработка способов и технологий изготовления последовательностей ячеек ККА – шин для передачи сигнала.
2.2.5. Разработка способов и технологий изготовления вентилей «И», «ИЛИ», «НЕ» на основе ячеек ККА.
2.2.6. Разработка 2D топологии узлов цифровой схемотехники на основе ячеек ККА: триггеры (T, RS, JK), полные двоичные сумматоры с переносом в следующий регистр, 1-бит ячейки памяти, мультиплексоры, дешифраторы, регистры сдвига, ЦАП, АЦП.
2.2.7. Оптимизация 2D топологий узлов цифровой схемотехники на основе ячеек ККА в соответствии с 4-мя фазами переключения ячейки ККА.
2.2.8. Разработка способов и технологий изготовления устройств ввода сигнала во входную ячейку ККА.
2.2.9. Разработка способов и технологий изготовления устройств вывода сигнала из выходной ячейки ККА.
2.2.10. Разработка способов и технологий тестирования наносхем на основе ячеек ККА.
2.2.11. Изготовление и испытание опытных образцов наносхем на основе ячеек ККА.
3. Требования к НТП
3.1. Состав изделия и состав нанотехнологических процессов:
3.1.1. Экспериментальный образец БТВУ (наносхема).
3.1.2. Экспериментальный образец многокластерного модульного технологического оборудования – МКНТУ:
· Кластер для плазменных технологий: очистка подложки, нанесение проводящих и изолирующих базовых и защитных диэлектрических плёнок с помощью плазменной очистки и плазмой инициированного химического осаждения из газовой фазы – (PC, PECVD).
· Кластер вакуумной транспортно-складской системы с внутренним роботом-манипулятором для перемещения обрабатываемых подложек в чистой среде вакуума и/или инертных технологических газов (аргон – Ar).
· Кластер для микролитографии на основе электроннолучевой литографии (EBL) для формирования микроэлектронных контактных площадок и линков к наносистемам и наносхемам.
· Кластер для нанолитографии: формирование наноразмерных топологий наноэлементов наносистем и наносхем с помощью нанолокального зондового химического осаждения из газовой фазы – (NLZCVD).
· Кластер многопроцессорной СуперЭВМ для сквозного моделирования и проектирования наносхем, генерации нанотехнологической маршрутной карты для изготовления экспериментальных образцов БВТУ на МКНТУ.
3.2. Требования назначения.
3.2.1. Базовые наноструктуры БВТУ:
· полный однобитный сумматор с переносом в следующий регистр;
· элемент однобитной памяти;
· устройство ввода сигналов в квантовый клеточный автомат;
· устройство вывода сигнала из квантового клеточного автомата.
3.2.2. Технологии (групповые и нанолокальные) изготовления БВТУ на МКНТУ:
· плазменная очистка подложек (PC);
· нанесение проводящих и изолирующих базовых и защитных диэлектрических плёнок с помощью плазмой инициированного химического осаждения из газовой фазы (PECVD);
· микролитография на основе электроннолучевой литографии (EBL) для формирования микроэлектронных контактных площадок и линков к наносистемам и наносхемам;
· нанолитография на основе нанолокального зондового химического осаждения из газовой фазы (NLZCVD) для формирования наноструктур – наноразмерных 2D топологий наносхем и наносистем.
3.2.3. Экспериментальный базовый образец БТВУ (наносхем) с характеристиками:
· тактовая частота – 10,0 ГГц;
· ёмкость ОЗУ с произвольным доступом – 10 бит/мкм2=1,0 Гбит/см2;
· плотность интеграции – 20 вентилей/мкм2=2,0×109 вентилей/см2.
3.3. Требования по условиям эксплуатации и надежности.
3.3.1 Требования по условиям эксплуатации.
· допускается эксплуатация в вакууме (Па) – до 1,33×10-4;
· рабочий диапазон температур (ºС) – от – 40 до + 85;
· относительной влажности воздуха до 98% при температуре +25°С;
· вибрационные нагрузки:
· диапазон частот, (Гц) 5,0÷2000,0;
· максимальное ускорение, (g) – 10;
· многократные ударные нагрузки:
· максимальное ускорение, (g) – 5;
· длительность удара, (мс) – 2—10;
· одиночные ударные нагрузки:
· максимальное ускорение (g) – 150;
· длительность удара, (мс) – 0,3—1,0.
3.3.2. Требования надежности.
Разработанный экспериментальный базовый образец БТВУ (наносхема), должен обеспечивать наработку на отказ не менее – 105 часов.
3.4. Требования по эргономике и технической эстетике в соответствии с ГОСТ 12.2.049—80.
3.5. Требования по эксплуатации, хранению, удобству технического обслуживания и ремонта.
Эксплуатационная документация должна соответствовать ГОСТ РВ 20.57.301—98, ГОСТ В 20.39.304-98, ГОСТ В 20.39.305—98.
Хранение изделий должно производиться по ГОСТ В 9.003—72, а именно:
3.5.1. В упаковке предприятия – изготовителя в отапливаемом хранилище или хранилище с кондиционированным воздухом при:
· температуре воздуха от +5 до +40 ºС;
· относительной влажности воздуха 80 % при +25ºС и ниже без конденсации влаги;
3.5.2. В аппаратуре в составе объектов или комплекте ЗИП во всех местах хранения аппаратуры.
3.6. Требования безопасности.
Разработанные в ходе выполнения ОКР изделия, технологическое и испытательное оборудование должны соответствовать действующим в РФ нормативной документации по электробезопасности, пожаробезопасности, взрывобезопасности и экологической безопасности во всех режимах работы при условии соблюдения требований эксплуатационной документации.
3.7. Требования стандартизации, унификации и каталогизации.
Разработка должна вестись с учетом технически и экономически обоснованной унификации, стандартизации и взаимозаменяемости используемых деталей и узлов.
3.8. Требования технологичности.
Требования к производственной, эксплуатационной и ремонтной технологичности, обеспечивающих достижение заданных показателей качества создаваемого изделия при минимальных затратах на его изготовление, техническое обслуживание и ремонт, а также требования технологической рациональности системных, схемных и конструктивных решений выполняют в соответствии с ГОСТ 14.201—83.
Конструктивное исполнение разрабатываемой продукции должно удовлетворять требованиям производственной, эксплуатационной и ремонтной технологичности, обеспечивающей достижение заданных показателей качества, а также требований:
· по технологической рациональности системных, схемных и конструктивных решений;
· по использованию прогрессивных технологических процессов, применению унифицированного и типового оборудования, технологической оснастки в процессе производства изделия, а также в процессе его эксплуатации.
3.9. Требования к консервации и упаковке.
Упаковка должна быть выполнена из антистатических полимерных материалов, и обеспечивать защиту от механических воздействий.
3.10. Конструктивные требования.
Совокупность требований к конструкции создаваемого изделия устанавливают с учетом ГОСТ РВ 20.39.309—98, ОСТ 92-0400—69 на этапе разработки КД на макетные образцы.
3.11. Требования транспортабельности.
Изделие должно обеспечивать возможность транспортирования в заводской транспортной таре предприятия – изготовителя любым видом транспорта со скоростями, предусмотренными для каждого вида транспорта на любые расстояния.
3.12. Инновационная привлекательность: (наличие ранее созданных и заимствованных инноваций, предполагаемых к использованию в разработке и наличие в разработке вновь создаваемых инноваций) – заполняются участником размещения заказа.
4. Технико-экономические требования
4.1. Показатели технического уровня (ГОСТ Р 15.011—96, форма Д.1.1)
Таблица №1
Технический уровень разработки управляющих информационных наносхем на основе одноэлектронных квантовых клеточных автоматов (QCA) в сравнении с современными КМОП-СБИС.
Наименование показателей | Значения показателей | ||
Объект разработки | Отечественные объекты | Зарубежные объекты | |
Предприятия | НТЦ «Модуль» (Л1879ВМ1 – NM6403, 1879ВМ2 – NM6404, 1879ВМ3 – DSM) | Intel, AMD, Motorola, Texas Instruments, Samsung, Fujitsu, Xilinx, Altera | |
Технология | ККА-УБИС (QCA-ULSI) | КМОП-СБИС (CMOS-VLSI) | КМОП-СБИС (CMOS-VLSI) |
Степень интеграции | 109 вентилей | 107 вентилей | 107 вентилей |
Конфигурация | 2D/3D, 3D | 2D | 2D |
Тактовые частоты | 25×1012 Гц = 25 ТГц | 0,05×109 Гц = 50 МГц | 4×109 Гц = 4 ГГц |
Разрядность | 32—256 | 32—64 | 32—64 |
Ширина линии | 2—10 нм | 250 нм | 45—90 нм |
Рассеиваемая мощность | 0,5 Вт/см2 | 5 Вт/см2 | 5 Вт/см2 |
Токи носителей информации | Туннельные одноэлектронные в 1DEG, 0DEG – перенос в квантовых проводах (Quantum Wire – QW) и туннелирование между квантовыми точками (Quantum Dot – QD) без рассеяния (потери) энергии – без электрон-фононного взаимодействия – нет разогрева кристаллической решётки ККА-УБИС. | Диффузионные, дрейфовые многоэлектронные, баллистический перенос зарядов в 2DEG (2D электронном газе), протекание токов с рассеянием (потерей) энергии – электрон-фононное взаимодействие – разогрев кристаллической решётки КМОП-СБИС. | Диффузионные, дрейфовые многоэлектронные, баллистический перенос зарядов в 2DEG (2D электронном газе), протекание токов с рассеянием (потерей) энергии – электрон-фононное взаимодействие – разогрев кристаллической решётки КМОП-СБИС. |
Материалы | Si/Ge, GaAs/InSb/InP с КРЭ для 2DEG 1DEG 0DEG в QW, QD | Si, GaAs с КРЭ для 2DEG | Si, GaAs с КРЭ для 2DEG |
4.1.2. Объемы выпуска продукции по годам *):
Таблица №2
Наименование оборудования, технологии | Опытный образец (год) | Выпуск единицы/млн. руб. | ||||
2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | ||
БТВУ (наносхема) | 2012 | * | * | * | * | * |
|
| |||||
| Рентабельность не менее (%) - | *(25) |
| |||
| Срок окупаемости (лет) - | *(2) |
| |||
| Число вновь созданных рабочих мест | *(30) |
| |||
5. Требования к патентной чистоте
5.1. При проведении разработки должна быть обеспечена патентная чистота разрабатываемых изделий и их составных частей в соответствии с ГОСТ Р 15.001—96.
5.2. Исполнитель осуществляет необходимые работы по патентованию принципиально новых конструктивно-технологических решений, разработанных в результате выполнения данной ОКР.
6. Требования защиты государственной тайны при выполнении ОКР
При выполнении ОКР и оформлении отчетной научно-технической продукции должны выполняться в соответствии с требованиями Федерального закона «О государственной тайне» -ФЗ.6.2. Для достижения режима информационной безопасности делопроизводство должно осуществляться в соответствии с требованиями Роскосмоса, мероприятиями по технической защите информации, а также в соответствии с требованиями нормативно-методических документов ФСТЭК России.
7. Этапы работ (определяются при оформлении государственного контракта на основе условий исполнения контракта, предложенных в заявке победителя конкурса).
8. Порядок выполнения и приемки этапов ОКР
8.1. Документация разработчика должна включать техническое предложение, технический проект, рабочую документацию (по согласованному перечню).
8.2. Разрабатываемая документация должна соответствовать требованиям ГОСТ РВ15., «Общим условиям государственных контрактов Федерального космического агентства на создание научно-технической продукции» (ОУ-08) и другим нормативным документам Роскосмоса.
