В. Петропавловский

О подготовке специалистов по радиоэлектронике для научно-производственных и коммерческих структур в современных условиях

На основе электронных технологий 21 века предлагаются структуры учебных планов для безотсевной подготовки современных специалистов по радиоэлектронике для научно-производственных и коммерческих структур народного хозяйства. Для реализации предлагаемых планов показана необходимость создания коммерческих учебно-научных центров в рамках ведущих российских технических университетов.

Настоящая статья является продолжением ряда публикаций автора на данную тему [1-10], так как вывод радиоэлектронной промышленности России из многолетнего застоя зависит не в последнюю очередь и от уровня её специалистов. Ни для кого не является секретом, что прилавки наших магазинов завалены западной бытовой радиоэлектроникой, в то время как у нас на дачах до сих пор надёжно работают советские приёмники и телевизоры до- и послевоенного выпусков, что свидетельствует о высоком качестве их проектирования и производства!

Куда же делись их создатели и производители? Часть уехала за рубеж, другие организовали (приватизировали) или перешли в коммерческие структуры, остальные досиживают в бюджетных предприятиях до пенсии (если не сократят под благовидным предлогом). Аналогичная ситуация сложилась и в вузах, о "смешной" зарплате профессуры которых не говорит только ленивый! Правда, некоторые правительственные чиновники говорят о взятках вузовских преподавателей, благодаря которым якобы выживает вузовская система?! Не знаю где, а в технических вузах почему-то не предлагают! По правде сказать, технические вузы держатся на низких конкурсах или возможности "откосить" от армии!

В то же время, вузы завалены заявками на продвинутых специалистов по радиоэлектронике. Так например, на нашу кафедру из НПО "Рубин" пришла заявка на таких молодых специалистов с предложением по зарплате $1000 в месяц. При разговоре с руководителями НПО я поинтересовался, а есть ли у них такие электронщики, на что они ответили, что с большим трудом разыскали в России и ближнем зарубежье несколько человек, прописали их в Москве и купили им квартиры!

Таким образом, складывается следующая парадоксальная картина - все хотят получить готовых специалистов экстра-класса, но никто не желает вкладывать средства в их подготовку, пусть это делают нищие профессора и государство. В тоже время, состоятельные господа и даже не очень богатые граждане (снимая последние штаны) стремятся дать своим чадам самое лучшее образование, вполне понимая, что знания - товар непортящийся и что при любых катаклизмах их дети будут всегда на уровне с соответствующим приличным дипломом.

А как обстоят дела на западе? Чтобы получить такое образование как в МИФИ, МВТУ, МГУ или ФИЗТЕХ-е, надо выложить $100000–120000 за 5 лет, - вот почему там родители копят деньги всю жизнь на образование своих детей, зная, что будущее им обеспечено (заявки на студентов - будущих выпускников лежат у деканов с 3–4 курсов). А наши журналисты вбивают нам мысль и умиляются тем, что якобы западные студенты зарабатывают себе на обучение летом на бензоколонках! Недавно одна наша знакомая эмигрантка (кстати, окончившая харьковский университет) сообщила из Нью-Йорка, что для того, чтобы поступить и учиться в тамошнем колледже (типа советского техникума), с неё потребовали $100000 за 4 года обучения!

Какой же вывод можно сделать из всего сказанного? Чтобы в России получить достойное образование в области продвинутых технологий радиоэлектроники, необходимы не только интеллектуальные, но и материальные затраты самих студентов.

О подготовке специалистов по радиоэлектронике в России 21 века

Наступивший 21 век провёл грань между специалистами, разрабатывавшими радиоэлектронную аппаратуру [2-6]:

• на транзисторах, а также ИМС малого и среднего уровня интеграции (МИС и СИС);
• на сверхбольших ИМС (СБИС) типа классических однокристальных микроЭВМ, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), а также RISC-процессоров в виде цифровых сигнальных процессоров (ЦСП или DSP-процессоры) и SoC (system on chip или система на кристалле).

В настоящее время во всех вузах, за немногим исключением, студентов учат проектировать радиоэлектронную аппаратуру (РЭА) по первому способу на электронных компонентах типа "рассыпухи", которую обычно компонуют на печатной плате, а её пайку осуществляют, погружая плату в ванну с расплавленным оловом или с помощью старого допотопного паяльника! Кстати, по такой технологии работают большинство радиоэлектронных заводов как в России, так и в Юго-Восточной Азии, Китае и Латинской Америке.

Такой способ производства РЭА обеспечивает занятость большого количества дешёвых низкоквалифицированных сборщиков на заводских конвейерах в слаборазвитых странах.

Однако экономические потрясения и кризисы, охватившие в последнее время Юго-Восточную Азию и Латинскую Америку, показали, что современные продвинутые технологии проектирования РЭА на СБИС позволяют отказаться от основного преимущества слаборазвитых стран, а именно — дешёвых рабочих рук [7]! То есть, на современном высокотехнологичном автоматизированном производстве требуется небольшое количество высококвалифицированных операторов с высшим образованием, обеспечивающих гибкость, широкую номенклатуру выпускаемых изделий, масштабность и высокую производительность, исключая при этом влияние человеческого фактора на производство. И кстати, американцы не торопятся передавать продвинутые технологии в слаборазвитые страны, приберегая рабочие места на таких производствах для своих граждан!

Поэтому в настоящее время требуется поштучная подготовка высококвалифицированных специалистов, а не вал посредственных середнячков. Отсюда следует, что в ближайшие годы в российских вузах ожидается коллапс по радиоэлектронным специальностям, а в выживших кафедрах на коммерческих условиях в небольших группах (до 5–10 студентов) будут поштучно готовиться суперспециалисты для проектирования РЭА с помощью продвинутых электронных технологий.

Несмотря на всё сказанное, наши вузы продолжают с завидным упорством штамповать новых безработных радиоэлектронщиков, которые идут работать куда угодно, но только не по специальности. При этом такая ситуация всех устраивает, так как в государственных вузах при таком финансировании и уровне зарплаты преподавателей лучшего ничего не сделаешь. Когда я на кафедре говорю преподавателю о необходимости перехода на обучение студентов продвинутым технологиям 21 века в РЭА — он отвечает, что скажите спасибо, что вообще появляюсь иногда на кафедре (при обещанной в этом году зарплате доцента порядка $150). Вот почему за последние месяцы по ряду известных мне предприятий, связанных с продвинутыми электронными технологиями (ПЛИС и DSP-процессоры), прокатилась волна повышения зарплаты выпускникам вузов до 9–10 тыс. рублей, а в МИФИ учёный совет принял постановление о предоставлении защитившемуся аспиранту должности доцента с персональной надбавкой 9 тыс. руб. Несмотря на это, приходится безуспешно уговаривать выпускников вуза поступать в аспирантуру, так как их тут же перехватывают коммерческие фирмы за первоначальную зарплату на уровне $500. Кроме того, ежегодно происходит отток из вузов наиболее квалифицированных преподавателей в те же коммерческие структуры.

Заинтересованный читатель может спросить, а какие знания нужны для успешной работы по новым технологиям на СБИС последних поколений. К ним, в частности, относятся:

• свободная работа с продуктами MS Office;
• умение работать в сети Internet;
• конструирование электронных приборов и систем с помощью САПР типа AutoCAD;
• разработка принципиальных схем, моделирование их работы и проектирование печатных плат с помощью САПР типа OrCAD v.9 и PCAD 2002;
• проектирование, моделирование и анализ аналоговых электронных схем с помощью САПР типа SPICE;
• проектирование цифровых устройств на языке VHDL;
• проектирование цифровых устройств на однокристальных микроЭВМ типа MCS 51;
• проектирование сверхскоростных цифровых устройств на RISC-процессорах с цифровой обработкой сигналов (типа TMS и SHARC);
• проектирование нестандартных цифровых узлов и автоматов на программируемых логических интегральных микросхемах (ПЛИС) фирм ALTERA и XILINX c помощью САПР типа MAX+PLUS II (QUARTOS) и др.;
• проектирование нового поколения цифровых устройств и автоматов на одном кристалле СБИС с помощью SoC (system on chip) - технологии;
• работа на уровне администратора в сети Netware.

На западе и в России специалистов такого уровня называют "системными интеграторами", и чтобы их готовить, вузам необходимо обеспечить:

• фундаментальную университетскую физико-математическую подготовку с предварительным обучением будущих студентов в специализированных лицеях при университетах;
• значительные инвестиции в учебную и лабораторную базу для организации первоклассных учебно-научных лабораторий, оборудованных по последнему слову техники и снабжённых сертифицированными, а не взломанными программными продуктами наиболее продвинутых западных и отечественных разработчиков программ;
• привлечение к учебному процессу в вузе лучших специалистов и преподавателей с окладом не ниже $1000 (для примера, в этом году предполагается повысить ставки доцентов и профессоров до $150–200);
• выполнение студентами учебно-исследовательских работ, прохождение производственной практики и написание диплома должно осуществляться в известных научных лабораториях или коммерческих фирмах, связанных с реальными разработками;
• в дипломе выпускника обязательно должна быть фамилия научного руководителя.

Просмотрев перечисленные требования, искушенный читатель скажет, что сегодня это невозможно и что всё это фантазии и прожектерство автора статьи. Да, действительно, трудности имеют место, но как любят говорить в России: "ДАЛЬШЕ ТАК ЖИТЬ НЕЛЬЗЯ"! Что же делать? Ниже автор излагает свою точку зрения для решения поставленных задач.

Вначале хотелось бы вспомнить, как подобные проблемы решались ранее в России. Например, такой известный всем институт народного хозяйства имени Плеханова (в настоящее время это Российская Экономическая Академия) вырос из торгового коммерческого училища, основанного в конце 19 века на средства московских купцов для подготовки нужных им кадров в области экономики и торговли. Ссылаясь на опыт предков, я провёл беседы с рядом руководителей коммерческих структур, занимающихся бизнесом в области торговли радиоэлектронными компонентами (преимущественно западными) и проектированием РЭА с помощью продвинутых технологий. К таким организациям, руководителям которых "за державу обидно", в частности, относятся фирмы Microlab Systems, Fyton, КТЦ-МК, Точка опоры, СКАНТИ-РУС, Родник, Редан и так далее. Не отстают от них и заинтересованные в продвижении на российский рынок своих ИМС такие известные фирмы, как ALTERA, Analog Devices, Макро Тим, Texas Instruments и Motorola (и их российские дилеры ЭЛТЕХ, AUTEX, ARGUSSOFT). Итогом общения с перечисленными организациями является идея создания на коммерческих началах независимого платного учебно-научного центра на базе продвинутых вузов Москвы и Санкт-Петербурга с целью поштучной подготовки (можно и по заказу с заданной специализацией) системных интеграторов на базе продвинутых электронных западных технологий. При этом, чтобы в вузах не было отсева, предлагается ввести следующие промежуточные ступени при получении образования (рис. 1). Первые 2–3 года студент, в зависимости от типа вуза, получает общую физико-математическую подготовку по программе университета или технического вуза с получением диплома об общем образовании. При этом форма обучения (платная или за счёт бюджета) определяется вузом. Далее студентам предлагается на выбор:

• проучится ещё один год для получения диплома бакалавра в вузе (за счёт бюджета) по старой технологии на "рассыпухе";
• или два года для защиты диплома инженера на тех же условиях.

Рисунок 1. Структурная схема подготовки специалистов по радиоэлектронике для коммерческих и государственных структур на базе учебно-научного центра

Одновременно с этим коммерческий учебно-научный центр (УНЦ) предлагает студентам на платных условиях (кстати, за наиболее способных студентов плату за обучение готовы вносить и коммерческие организации) получить образование и диплом бакалавра за один год на базе продвинутых технологий и первоклассно оборудованных учебных лабораторий и классов. Наиболее способным студентам предлагается 2–3-х летнее обучение для получения образования и диплома системного интегратора. Одновременно с этим УНЦ на коммерческих условиях может предоставлять возможность студентам-бюджетникам посещать интересующие их курсы с выдачей образовательных сертификатов. Кроме того, УНЦ гарантирует своим выпускникам устройство на работу с достойной оплатой!

Однако, наиболее интересным в УНЦ будет являться безотсевная форма обучения. В группах по специальности "бакалавр" и "системный интегратор" будет проходить естественный отбор наиболее способных студентов, успешно осваивающих вышеуказанные технологии проектирования РЭА. Остальная же часть студентов может по сокращённой программе специализироваться в области менеджмента по продажам электронных компонентов и продвижению радиоэлектронной технической и бытовой аппаратуры. При этом срок обучения можно сократить до 4 лет с выдачей диплома бакалавра по специальности "менеджер" или "провайдер" радиоэлектронной аппаратуры и электронных компонентов. Вполне понятно, что диплом "провайдера" потребует дополнительного срока обучения (например, до одного года с прохождением практики в коммерческих фирмах).

Многим из наиболее активных и подвижных студентов придётся по душе данная специализация, и в будущем из них вырастут новые директора и организаторы дилерских радиоэлектронных фирм. Таким образом, каждый учащийся найдёт себе дело по силам и по душе. Всё сказанное выше относится и к специалистам, которых коммерческие фирмы могут направлять в коммерческий учебно-научный центр для переподготовки с отрывом и без отрыва от работы.

При этом резко возрастёт профессиональный уровень и авторитет выпускников УНЦ, так как, заплатив свои деньги за современное образование, они будут учиться, а не пропускать более половины занятий для подработки, как сейчас происходит в бюджетных вузах, ссылаясь на то, что им не на что жить. Следует ещё раз подчеркнуть, что все надежды на подготовку в государственных вузах "халявного", в смысле "бюджетного или бесплатного" современного продвинутого специалиста, необходимо оставить раз и навсегда, так как за зарплату $150–200 доценты и профессора никогда не смогут и не захотят их выучить! Каким же критериям должен отвечать современный специалист или "системный интегратор" в области проектирования РЭА? На рис. 2 приведён один из возможных вариантов структуры этапов подготовки таких специалистов.

Рисунок 2. Структура основных этапов подготовки СИСТЕМНЫХ ИНТЕГРАТОРОВ по радиоэлектронике на базе продвинутых радиоэлектронных технологий 21 века

На первом этапе (1–3 курсы), кроме классической физико-математической подготовки студент должен обязательно прослушать курс по дискретной математике (на западе под этим понимают основы владения компьютером - Computer Science). Кроме того, в качестве базового образования он должен в совершенстве уметь обрабатывать информацию и готовить документацию с помощью стандартных пакетов прикладных программ (ППП) MS Office, AutoCAD, OrCAD, PCAD и так далее.

Следующим этапом в обучении является получение базовых знаний в области электрорадиотехники, знакомство с языками высокого (С, С++) и низкого (Ассемблер) уровня и основ теории измерительной информации (2–4 курсы).

4 и 5 курсы обучения полностью определяются продвинутыми радиоэлектронными технологиями на базе последних конструкторских и технологических достижений в области создания новых поколений CISC- и RISC-микропроцессоров, а также СБИС программируемой логики (ПЛИС). В связи с этим резко возрастает роль умения работать с инструментальными интегрированными программными и техническими средствами для автоматизации проектирования, отладки и контроля цифровых автоматов как на западе, так и в среде российских наиболее продвинутых системных интеграторов цифровой схемотехники.

Поэтому сегодня будущему системному интегратору необходимо освоить курсы по проектированию цифровых устройств на трёх "китов" в СБИС-исполнении:

• CISC и RISC однокристальные микроконтроллеры;
• БИС программируемой логики или ПЛИС;
• DSP процессоры.

Обязательным является освоение принятого как стандарт во всём мире языка VHDL для проектирования цифровых устройств на ПЛИС, который позволяет решать свои проблемы даже неспециалистам с помощью специализированных ППП cо всем известной графической оболочкой типа Word на уровне написанной программы на языке VHDL или структурной схемы в виде библиотечных блоков без привычной принципиальной схемы, чем обычно гордятся электронщики! В качестве примера можно привести следующий случай. Когда я спросил знакомого компьютерщика, по какой схеме он собрал 20-разрядный реверсивный счётчик, который был реализован на ПЛИС, он ответил, что не знает. С помощью САПР он написал на языке VHDL программу, выбрал из библиотеки счётчиков необходимый ему счётчик по заданным параметрам и указал число двоичных разрядов, после чего загрузил её в ПЛИС. Разработка принципиальной схемы такого устройства и её реализация на стандартной логике (МИС и СИС) вместе с проектированием и изготовлением печатной платы даже сегодня заняло бы не меньше месяца! У него же на всё это ушло несколько минут.

Заключительной фазой в освоении элементной базы СБИС являются чтение курса по SoC или system on chip, особенностью которых является объединение в одной СБИС RISC-процессора, ОЗУ, ПЛИС и устройств ввода/вывода. Большой интерес специалистов к таким чипам объясняется тем, что, несмотря на их высокую стоимость, изготовления печатной платы всего устройства на базе нескольких СБИС оказывается в конечном счёте дороже, чем реализация того же устройства на SoC. Здесь ещё не учитывается время и стоимость модернизации и исправления аппаратных и конструкторских ошибок, которые в SoC исправляются программным путём.

Одним из положительных качеств отечественного системного интегратора является его широкая эрудиция в области современной элементной базы, однако, как только заходит речь об инструментальных средствах отладки и проектирования этих СБИС, так тут же их энтузиазм гаснет. Дело в том, что в России как на высшем уровне, так и среди разработчиков сложилось мнение, что наш электронщик "на коленке и микропроцессор подкуёт", а поэтому нам эти средства не нужны, да и стоят они дорого. Поэтому в вузе преподаватель на лекции рисует на доске квадрат с названием МИКРОПРОЦЕССОР и бежит радостно докладывать о внедрении микропроцессоров в учебный процесс. Поэтому до сих пор я не могу в России найти кафедру, где бы выпускник на деле мог бы построить цифровое устройство на микропроцессоре (МП). На микропроцессорных кафедрах вам будут охотно показывать макеты с МП, отдельные их узлы и так далее. Но как только спросишь, а как быть, если МП не работает? Все начинают жаловаться на нехватку средств на приобретение даже программатора и так далее. Но даже и не в этом беда — эти господа даже не знают, а какие есть и нужны средства отладки и проектирования этих СБИС. Поэтому в конце обучения студенты обязательно должны прослушать курс по инструментальным средствам отладки и проектирования микропроцессоров.

Следует сказать, что, начиная с 3–4 курса и до защиты диплома, студент обязательно должен вести учебно-исследовательскую работу в научных лабораториях вуза или в коммерческих фирмах, занимающихся проектированием и разработкой РЭА.

Предложенная схема подготовки системных интеграторов похожа на методику, применяемую в МФТИ, где студенты до 3 курса учатся в институте, а далее распределяются в отраслевые институты, где им 2 года читают лекции по специальным дисциплинам сотрудники этих институтов. В такой подготовке есть свои плюсы и минусы. Однако, в настоящее время, когда вся академическая и отраслевая наука находится на "мели", в этих институтах студенты (на мой взгляд) выполняют роль "Ваньки Жукова".

Литература

1. Петропавловский В.П. Микропроцессорные средства измерений. М.: МИФИ, 1993. 112 с.
2. Petropavlovscy S.V., Petropavlovscy V.P. / Advanced microprocessor technologies in measuring systems of real time and problems of high school in training system engineers / The 1-st Int. Conf. "DSP its applicat.". Proceedings. V. 4-E. M. Russia: ISTI, 1998. P. 271–272.
3. Петропавловский В.П. Современные технологии проектирования ИС РВ на базе передовых микропроцессорных технологий виртуальной электроники / Сб. науч. труд. сесс. МИФИ-99. Т. 6. М: МИФИ, 1999. С. 165–166.
4. Петропавловский В.П. Парадигма цифровой электроники XXI в. в измерительных системах и промышленных контроллерах // Промышленные АСУ и Контроллеры. 1999. № 10. С. 1–7.
5. Петропавловский В.П. Радиоэлектроника 21 века и проблемы подготовки специалистов в высшей школе / Сб. науч. труд. сесс. МИФИ-2000. Т. 1. М: МИФИ, 2000. С. 165–166.
6. Петропавловский В.П. Перспективы и особенности проектирования электронных измерительных систем на СБИС типа "система на кристалле" (продвинутые микроэлектронные технологии) / Сб. науч. труд. сесс. МИФИ-2001. Т. 1. М: МИФИ, 2001. С. 166–167.