Южнокорейская компания Samsung Electronics не только остаётся крупнейшим производителем памяти, но и не оставляет амбиций в сфере контрактного производства логических компонентов. Ради движения в ногу с прогрессом она собирается вслед за Intel получить к концу этого года литографический сканер ASML TwinScan EXE:5000, который позволяет работать с высоким значением числовой апертуры (High-NA).

Источник изображения: ASML

Intel является крупнейшим клиентом ASML на этом направлении и пытается выкупить все доступные для заказа на этот год подобные системы, но намерения Samsung показывают, что при определённой настойчивости корейская компания тоже может получить свою первую литографическую систему класса High-NA EUV к концу текущего года или в первом квартале следующего. Подобное оборудование должно позволить Samsung не только наладить выпуск чипов по технологиям «тоньше» 2 нм, но и делать это с более низкой себестоимостью. Правда, сам литографический сканер такого класса стоит не менее $380 млн, а ещё он занимает больше места, поэтому внедрение такого оборудования потребует не только высоких первоначальных затрат, но и смены подхода к планировке цехов.

Попутно южнокорейские СМИ сообщают, что Samsung призналась в наличии у неё средств инспекции фотомасок японской марки Lasertec, которые адаптированы к технологии High-NA EUV. Если всё пойдёт по плану, Samsung сможет наладить выпуск первых прототипов продукции на оборудовании такого класса к середине следующего года. Впрочем, в массовом производстве технология High-NA EUV будет освоена компанией ближе к 2027 году.

Samsung в сотрудничестве с Synopsys также внедряет иной «рисунок» элементов полупроводниковых чипов, который предполагает переход от прямых линий к кривым. Это позволит создавать более плотные структуры на чипах и продвинуться в освоении более «тонких» техпроцессов. Компания TSMC также рассчитывает получить до конца года от ASML свой первый литографический сканер класса High-NA EUV, но внедрить подобное оборудование в массовом производстве чипов по технологии A14 планирует не ранее 2028 года.

Не только компания Intel активно приобретает у ASML литографические системы с высоким значением числовой апертуры (High-NA EUV). Один из первых сканеров такого класса расположился в лаборатории ASML и Imec в Нидерландах, и недавно последняя смогла изготовить тестовые чипы с рекордно малыми размерами элементов за один проход, доказав эффективность оборудования класса High-NA EUV.

Источник изображения: Imec

Используя литографическую систему Twinscan EXE:5000 и подготовленную для неё партнёрами оснастку с новыми материалами, Imec изготовила несколько тестовых полупроводниковых структур, обладающих рекордно малыми размерами. В частности, образец логического компонента с металлизированными слоями продемонстрировал размеры элементов не более 9,5 нм с шагом между ними 19 нм, а расстояние по вершинам не превысило 30 нм. Специалистам Imec удалось за один проход создать образец чипа со сквозными отверстиями, расположенными на расстоянии 30 нм друг от друга. Массив отверстий получился регулярным, сами они имели однородную форму и размеры. В рамках экспериментов по созданию длинных двумерных элементов удалось выдержать расстояние между ними не более 22 нм.

Были созданы и структуры, повторяющие ячейки памяти. Это особенно важно с учётом интереса к оборудованию класса High-NA EUV со стороны крупных производителей памяти в лице Samsung, SK hynix и Micron. Если Intel до конца этого года получит уже второй литографический сканер с высоким значением числовой апертуры (0,55), то TSMC рассчитывает получить только первый, причём использовать подобное оборудование в массовом производстве она рассчитывает начать не ранее 2028 года, когда освоит техпроцесс A14.

Imec особо подчёркивает, что успех экспериментов с данным типом оборудования ASML открывает дорогу клиентам компании к началу проектирования продукции, при производстве которой оно будет использоваться. Соответственно, поставщики оснастки и расходных материалов тоже учтут данный опыт в расширении ассортимента своей продукции. Переход на новый класс литографического оборудования сократит количество проходов при экспозиции фотомасок, повысив производительность линий по выпуску чипов. Проблемой пока остаётся только высокая стоимость таких сканеров, поскольку один стоит около 350 млн евро.

Профессор Цумору Шинтаке (Tsumoru Shintake) из Окинавского института науки и технологий (OIST) разработал существенно упрощённый инструмент для EUV-литографии, который значительно дешевле сканеров производства ASML. Предложенная им литографическая система использует два зеркала вместо шести. Если устройство поступит в массовое производство, оно может изменить отрасль оборудования для производства чипов, если не всю полупроводниковую промышленность.

Источник изображения: Samsung

Новая система использует в своей оптической проекционной установке только два зеркала, что значительно отличается от традиционной конфигурации из шести зеркал. Новый укороченный оптический путь позволяет более 10 % начальной EUV-энергии достигать пластины по сравнению с примерно 1 % в используемых в настоящее время установках, что является серьёзным прорывом.

Команда профессора Шинтаке решила две основные проблемы в EUV-литографии: предотвращение оптических аберраций и обеспечение эффективной передачи света. Разработанный ими метод «двойного линейного поля» экспонирует фотошаблон, сводя к минимуму искажения и повышая точность изображения на кремниевой пластине.

Источник изображения: OIST

Одним из ключевых преимуществ предложенного решения является повышенная надёжность и простота обслуживания оборудования. Не менее существенным достоинством этой конструкции стало радикальное снижение энергопотребления. Благодаря оптимизированному оптическому пути система использует источник EUV-излучения мощностью всего 20 Вт, а общее энергопотребление составляет менее 100 кВт, что на порядок ниже, чем потребность традиционных систем EUV-литографии. Благодаря сниженному энергопотреблению также упрощается и удешевляется система охлаждения.

Производительность новой системы была тщательно проверена с использованием программного обеспечения для оптического моделирования, подтвердив её способность производить передовые полупроводники. Учёные подали заявку на патент, что свидетельствует о готовности новой технологии к коммерческому внедрению. Разработчики рассматривают новую систему EUV-литографии как важный шаг к снижению энергопотребления и других затрат на производство микросхем, но конкретные сроки начала коммерческой эксплуатации нового сканера пока не называются.

Экономические последствия изобретения весьма многообещающие. Ожидается, что мировой рынок EUV-литографии вырастет с $8,9 млрд в 2024 году до $17,4 млрд к 2030 году.

Первый литографический сканер ASML с высоким значением числовой апертуры (High-NA EUV) был отгружен для нужд компании Intel ещё в декабре прошлого года, к апрелю завершился его монтаж в исследовательском центре в Орегоне, а на минувшей квартальной конференции глава Intel подтвердил, что компания готовится получить от ASML второй экземпляр такого оборудования.

Источник изображения: Intel

Данное высказывание генерального директора Патрика Гелсингера (Patrick Gelsinger), как отмечает Reuters, осталось незамеченным на фоне провального квартального отчёта, но упоминание данного факта из его уст всё же прозвучало. «Второй инструмент High-NA отправлен на наше предприятие в Орегоне», — лаконично пояснил глава Intel, добавив, что вложения компании в передовые технологии на ранних этапах демонстрируют хорошие показатели. Как известно, подобное оборудование потребуется Intel для выпуска чипов по перспективной технологии Intel 14A с 2027 года, но на уровне экспериментов она намеревается применять его в рамках более зрелого техпроцесса Intel 18A.

В середине июля представители ASML также признались, что компания начала отгрузку второй литографической машины для работы с High-NA EUV некоему клиенту, и если сопоставить это заявление с признаниями руководителя Intel, то можно понять, что речь идёт именно об этой компании. Деньги за первый литографический сканер такого класса Intel успеет получить до конца текущего года, а выплата за второй может выпасть уже на следующий. Каждая такая литографическая машина стоит около 350 млн евро.

ASML уже располагает заказами на поставку более десятка таких систем, среди клиентов числятся Intel, TSMC, Samsung, SK hynix и Micron. При этом TSMC утверждает, что ей не потребуются подобные сканеры для выпуска чипов по технологии A16, но от экспериментов с таким оборудованием она всё же не отказывается. Перечисленные выше производители памяти рассчитывают начать применение EUV-литографов с высоким значением числовой апертуры с период с 2025 по 2026 годы.

Несмотря на санкционную политику США и западных стран, Китай активно развивает полупроводниковую индустрию. Глава компании AMEC по производству оборудования для травления кремниевых пластин Джеральд Ин Чжияо (Gerald Yin Zhiyao) заявил, что «базовой самодостаточности» в производстве оборудования для микросхем Китай может достичь этим летом, но он отстаёт на 5–10 лет по качеству и надёжности, пишет ресурс SCMP.

Источник изображения: amec-inc.com

«Я думал, что нам понадобится не менее 10 лет, чтобы найти решение, но благодаря совместным усилиям сотен компаний в течение последних двух лет мы сможем достичь базовой самодостаточности этим летом», — сказал 80-летний Инь, ранее работавший в Intel, Lam Research и Applied Materials.

США наращивают санкционное давление на китайский сектор производства микросхем с октября 2022 года, когда они впервые ограничили экспорт оборудования китайским производителям передовых микросхем. В октябре прошлого года США ещё больше ужесточили правила экспортного контроля, запретив ASML продавать ещё ряд литографических систем для производства чипов китайским клиентам.

Вводимые ограничения заставили китайских поставщиков объединиться, чтобы найти точки роста, что открыло для них новые возможности. По словам главы AMEC, в настоящее время 60 % деталей, используемых в оборудовании для травления, производимом его компанией, закупаются внутри страны. А доля компонентов из местных источников в её оборудовании для химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений достигает 80 %.

Вместе с тем Инь отметил, что в секторе оборудования для производства чипов Китай всё ещё сильно отстаёт от мировых лидеров. По его оценкам, на отечественное оборудование на китайских заводах по выпуску чипов приходится от 15 до 30 %, остальное — зарубежное. В числе слабых мест китайских фирм Инь назвал системы литографии, оборудование для ионной имплантации и системы электронно-лучевого контроля.

Нидерландская компания ASML является крупнейшим в мире поставщиком литографических сканеров, без которых в современных условиях невозможен выпуск передовых полупроводниковых компонентов. По итогам второго квартала ей удалось увеличить портфель заказов на 24 % до 5,6 млрд евро, а выручка и чистая прибыль компании превзошли ожидания аналитиков.

Источник изображения: ASML

Как водится, динамику основных финансовых показателей ASML в прошлом квартале аналитики старались обосновать ростом спроса на оборудование для производства чипов, используемых в составе систем искусственного интеллекта. Технически, выручка ASML по итогам второго квартала сократилась на 9,5 % в годовом сравнении до 6,24 млрд евро, но эта сумма всё равно оказалась выше ожидаемых рынком 6,03 млрд евро. Чистая прибыль компании также сократилась на 18,7 % в годовом сравнении до 1,58 млрд евро, но оказалась выше заложенных в прогноз инвесторов 1,43 млрд евро.

Не менее важным для оценки динамики развития бизнеса компании оказался параметр общей стоимости оборудования, которое ASML собирается в дальнейшем поставить своим клиентам. Сумма заказов выросла по итогам второго квартала на 24 % год к году до 5,6 млрд евро, а последовательно она увеличилась на все 54 %. Ранее представители ASML называли 2024 год «переходным периодом», который будет характеризоваться последствиями затоваривания рынка, вызванного пандемией. Прогноз по выручке на текущий год руководство ASML при публикации результатов второго квартала оставило без изменений (на уровне предыдущего года), в текущем квартале компания рассчитывает выручить от 6,7 до 7,3 млрд евро. Это меньше, чем те 7,5 млрд евро, на которые рассчитывали аналитики.

Новый генеральный директор ASML Кристоф Фуке (Christophe Fouquet) заявил: «Хотя на рынке присутствуют факторы неопределённости, в основном вызванные состоянием макроэкономики, мы всё равно рассчитываем на восстановление спроса во второй половине года». По мнению руководителя компании, в следующем году полупроводниковая отрасль вступит в цикл восстановления и подъёма. Соответственно, ASML придётся подготовиться к строительству нескольких новых предприятий по выпуску чипов по всей планете, которые возводятся несколькими клиентами компании. Все эти клиенты будут получать от ASML соответствующие технологические системы. Кроме того, как отметил глава ASML, сейчас рост спроса в полупроводниковой отрасли обусловлен преимущественно сегментом систем искусственного интеллекта. Прочие сегменты рынка пока лишь следуют за ним с точки зрения скорости восстановления спроса. По крайней мере, в актуальном портфеле заказов ASML примерно половина суммы приходится на стоимость оборудования, пригодного для выпуска чипов с использованием передовой EUV-литографии.

Ранее ASML предупреждала, что введённые прошлой осенью властями США санкции против Китая лишат её от 10 до 15 % всей выручки. В контексте вероятного усугубления данных санкций в этом году соответствующих комментариев от руководства ASML пока не последовало. Зато фондовый рынок на угрозу новых санкций отреагировал молниеносно — курс акций ASML в Амстердаме упал на 7,7 % до 903 евро за штуку, максимально с октября 2022 года.

Для ASML китайский рынок продолжает оставаться одним из важнейших, поскольку во втором квартале он обеспечил её почти половиной (49 %) всей выручки (€2,3 млрд), а последовательный рост выручки компании в Китае достиг 21 %. Кстати, 49 % выручки ASML китайское направление формирует уже второй квартал подряд, а до уровня в 46 % оно вырастало в третьем квартале прошлого года, когда стало известно о готовящихся очередных санкциях против Китая. Под давлением США власти Нидерландов запретили с начала этого года компании ASML поставлять в Китай ряд литографических сканеров класса DUV, с помощью которых, как считают американские чиновники, китайские производители сохраняют возможность выпускать достаточно продвинутые по меркам местной отрасли чипы. Обслуживание купленного ранее китайскими клиентами оборудования ASML продолжает, и это вызывает отдельное недовольство в США. Самые передовые литографические системы класса EUV компания ASML не может продавать в Китай ещё с 2019 года, когда власти Нидерландов превентивно ввели соответствующие ограничения.

Как поясняет публикация на страницах тайваньского ресурса Commercial Times, прогресс TSMC в расширении объёмов производства чипов по передовым техпроцессам и освоении их новых этапов будет во многом зависеть от способности ASML поставлять новое оборудование. Последняя из компаний собирается снабдить TSMC более чем 60 системами для работы с EUV-литографией, получив от неё за два года не менее $12,3 млрд.

Источник изображения: ASML

Современное литографическое оборудование потребуется TSMC не только для экспансии производства 3-нм продукции, но и для подготовки к началу выпуска 2-нм изделий. Как известно, TSMC неоднократно подчёркивала, что при массовом производстве 2-нм чипов обойдётся без использования более дорогих литографических сканеров High-NA EUV с высоким значением числовой апертуры. При этом агентство Reuters отмечало, что до конца года TSMC всё-таки получит от ASML соответствующее оборудование для использования в исследовательских целях.

Потребность TSMC в литографических сканерах класса EUV источники оценивают в 30 систем в текущем году и 35 в следующем. Сейчас спрос на подобное оборудование значительно превышает предложение, поэтому заказываемый литографический сканер приходится ждать от 16 до 20 месяцев. В следующем году ASML сможет увеличить объёмы выпуска литографических сканеров более чем на 30 %, а потому основная часть поставок придётся на 2025 год. Если в этом году компания рассчитывает отгрузить 53 сканера, то в следующем она собирается выпустить не менее 72 штук. При этом предельная производительность компании по данному типу систем в следующем году достигнет 90 штук.

Кроме того, за следующий год ASML собирается выпустить не менее 600 сканеров для работы с глубокой ультрафиолетовой литографией (DUV), а также около 20 новейших систем класса High-NA EUV. По данным тайваньских источников, в следующем году такие сканеры всё ещё не будут востребованы клиентами для производства чипов в массовых количествах, и будут использоваться преимущественно для экспериментов. Напомним, что Intel является основным претендентом на скорейшее внедрение оборудования High-NA EUV при производстве чипов с использованием технологии Intel 14A, хотя экспериментировать с ним будет ещё в рамках техпроцесса Intel 18A.

TSMC собирается запустить массовое производство 3-нм чипов на предприятии в Тайнане в третьем квартале текущего года. Выпуск 2-нм продукции планируется освоить сразу на трёх тайваньских предприятиях компании в 2025 году. В третьем квартале TSMC также рассчитывает получить от властей США субсидии, которые будут использованы для закупки оборудования для первого предприятия компании в штате Аризона, а также для строительства второго. Поставщики фотомасок и вспомогательного оборудования рассчитывают хорошо заработать на планах TSMC по экспансии производства с использованием передовых техпроцессов.

Исполнительный вице-президент AMD Форрест Норрод (Forrest Norrod), который в компании курирует серверное направление бизнеса, подчеркнул в недавнем интервью The Next Platform, что условия конкуренции с Intel вынуждают его компанию полагаться исключительно на передовые техпроцессы в будущих поколениях продукции, хотя инновации будут предусмотрены и на уровне архитектуры, и компоновки чипов.

Источник изображения: AMD

Представитель AMD пояснил представителям указанного выше сайта, что не хотел бы недооценивать технологические возможности Intel. «Пэт Гелсингер предложил очень агрессивный план, и мы исходим из того, что они будут делать то, что говорят», — описал Форрест Норрод отношение AMD к стратегии конкурента. По этой причине руководство AMD считает нужным «бежать как можно быстрее как с точки зрения собственного дизайна чипов, так и в плане технологических процессов TSMC».

Исполнительный вице-президент AMD добавил: «Я считаю наши шансы на успех с TSMC очень высокими. Они являются потрясающим партнёром и очень дисциплинированным исполнителем, и мы собираемся использовать их самые продвинутые техпроцессы для каждого поколения». Только так, по мнению Норрода, AMD может обеспечить себе шансы остаться на острие технологического прогресса. При этом сама AMD будет уделять не меньшее внимание совершенствованию как собственных архитектур, так и компоновочных решений при создании передовых чипов во всех категориях выпускаемой продукции.

Эксперты Bernstein в своей недавней аналитической записке предположили, что 2-нм продукцию от TSMC компания AMD начнёт получать уже в 2026 году. Сама Intel даже в условиях собственного прогресса в сфере литографических технологий, полностью отказаться от услуг TSMC в обозримом будущем не сможет, а потому наряду с Apple и Nvidia эти два заказчика попадут в число крупнейших клиентов тайваньского контрактного производителя чипов.

На страницах корпоративного блога Intel на этой неделе появилась публикация со встроенной презентацией, которую производственное подразделение компании подготовило к мероприятию VLSI Symposium. Среди весьма специфичной информации, которая представляет интерес для узких специалистов, было рассказано о тех преимуществах, которые принесут различные версии техпроцесса Intel 3.

Источник изображений: Intel

С докладом на эту тему выступил вице-президент Intel по разработке технологий для контрактного подразделения Валид Хафез (Walid Hafez), отметивший, что освоение техпроцессов семейства Intel 3 является для компанией важным этапом реализации плана 5N4Y, подразумевающего внедрение пяти новых техпроцессов за четыре года, начиная с 2021 года.

Ещё в конце прошлого года первая версия техпроцесса Intel 3 достигла стадии готовности к серийному производству, а в настоящее время он используется для выпуска продукции на экспериментальной линии в штате Орегон, а также на предприятии Intel в Ирландии. С помощью техпроцесса Intel 3 компания будет изготавливать не только компоненты собственных серверных процессоров Xeon 6 семейства Sierra Forest, но и чипы по заказам сторонних клиентов.

Внутри семейства Intel 3 предусмотрено сразу четыре варианта техпроцесса, которые найдут применение на разных этапах для производства компонентов различного назначения. Intel 3-T от базового Intel 3 будет отличаться применением межслойных соединений, позволяющих использовать сложную пространственную компоновку чипов, включая и варианты с размещением микросхем памяти поверх кристалла с вычислительными ядрами. Техпроцессы Intel 3 и Intel 3-T будут использоваться для производства компонентов в серверном и потребительском сегментах, а также изготовления подложек многокристальных чипов. По сравнению с техпроцессом Intel 4, они обеспечат улучшение соотношения производительности и энергопотребления на 18 % на уровне всего процессорного ядра, а также повышение плотности размещения транзисторов на 10 %.

Техпроцесс Intel 3-E обеспечит дополнительные возможности по интеграции с разнородными интерфейсами, включая аналоговые и смешанные. Он будет применяться для выпуска чипсетов и компонентов систем хранения данных. Наконец, разновидность Intel 3-PT объединит преимущества трёх предыдущих в рамках одних технологических норм. Шаг межслойных соединений удастся уменьшить до 9 мкм, а для объединения разнородных кристаллов в одной упаковке будут использоваться гибридные методы. Это позволит дополнительно увеличить плотность компоновки чипов в одной трёхмерной упаковке. Как и все техпроцессы этого семейства, Intel 3-PT будет использовать FinFET-структуру транзисторов. С его помощью будут изготавливаться как процессоры общего назначения, так и чипы для ускорителей вычислений с самой сложной структурой и высокой производительностью. Средства разработки, совместимые с техпроцессами семейства Intel 3, подразумевают использование библиотек с нормами 240 нм, ориентированных на создание высокопроизводительных чипов, а также библиотек с нормами проектирования 210 нм, используемыми для повышения плотности размещения транзисторов.

В рамках техпроцесса Intel 20A позже компания собирается внедрить новую структуру транзисторов RibbonFET и технологию подвода питания с обратной стороны кремниевой пластины PowerVia. Об этих нововведениях Intel подробно расскажет отдельно в будущем.

Южнокорейская компания Samsung Electronics освоила выпуск 3-нм продукции в сочетании с использованием структуры транзисторов с окружающим затвором (GAA) ещё в середине 2022 года, опередив всех конкурентов, но существенного успеха среди клиентов это ей не принесло. Сейчас Samsung рассчитывает к 2027 году внедрить 1,4-нм литографические нормы, а также начать применение подвода питания с оборотной стороны кремниевой пластины ещё в рамках 2-нм техпроцесса.

Источник изображения: Samsung Electronics

Об этом стало известно по итогам выступления представителей Samsung на профильном мероприятии, как отмечают Bloomberg и Reuters. Компания напомнила своим клиентам, что она может одновременно снабжать их ускорители вычислений памятью типа HBM, заниматься производством чипов и их последующей упаковкой. Уже само по себе такое сочетание компетенций позволит сократить время производственного цикла на 20 %.

По прогнозам Samsung, к 2028 году ёмкость рынка полупроводниковых компонентов вырастет до $778 млрд, во многом благодаря распространению ускорителей вычислений для систем искусственного интеллекта. Непосредственно Samsung рассчитывает к тому времени увеличить количество клиентов, заказывающих у неё в производство такую продукцию, в пять раз от текущего уровня, а сопутствующую выручку поднять в девять раз. Представители Samsung разделяют взгляды основателя OpenAI Сэма Альтмана (Sam Altman) на потребности отрасли в производственных мощностях для выпуска ускорителей вычислений. По его мнению, для удовлетворения спроса необходимо будет построить десятки новых предприятий по выпуску чипов.

Транзисторы с круговым затвором (GAA), как считает Samsung, будут играть всё более значимую роль в производстве сложных чипов по передовым технологиям. К массовому производству 3-нм чипов второго поколения компания рассчитывает приступить во второй половине текущего года. Структура транзисторов GAA будет применяться и в рамках 2-нм техпроцесса Samsung. Более того, тогда же компания внедрит и подвод питания с оборотной стороны кремниевой пластины, но уже в рамках второго поколения собственного 2-нм техпроцесса. К 2027 году будет освоен выпуск чипов по 1,4-нм технлогии. По данным TrendForce, в первом квартале этого года доля Samsung на рынке контрактных услуг по производству чипов последовательно сократилась с 11,3 до 11 %. Лидером рынка остаётся TSMC, которая увеличила свою долю последовательно с 61,2 до 61,7 %.

Ещё в мае являющаяся лидером в сегменте литографических сканеров компания ASML рассказала о перспективах появления к началу следующего десятилетия систем, позволяющих работать со сверхвысоким значением числовой апертуры — 0,75 (Hyper-NA EUV). Представители Imec утверждают, что и в следующем десятилетии литография не уйдёт от использования лазеров и кремния.

Источник изображения: ASML

Соответствующими соображениями в интервью EE Times поделился директор Imec по передовым программам экспозиции Курт Ронзе (Kurt Ronse). Эта бельгийская компания более 30 лет помогает ASML осваивать новые технологии при разработке литографических сканеров, поэтому говорить о перспективе их дальнейшего развития он имеет полное право. Уже сейчас, готовясь перейти к литографическим сканерам с высоким (0,55) значением числовой апертуры (High-NA EUV), производитель оборудования сталкивается с некоторыми проблемами.

В частности, при таком значении числовой апертуры уже начинает проявлять себя поляризация света, снижая контрастность проецируемого на кремниевую пластину изображения. Для борьбы с нею можно использовать поляризационные фильтры, но они повышают энергопотребление оборудования и себестоимость продукции. При переходе к Hyper-NA EUV, как поясняет представитель Imec, проблемой станет поиск новых фоторезистивных материалов, поскольку даже при значении числовой апертуры 0,55 толщина их слоя уменьшается, а это ухудшает точность последующего химического травления.

По словам Курта Ронзе, TSMC не торопится переходить на High-NA EUV благодаря наличию у компании опыта работы с множественными фотошаблонами. Intel таким опытом в достаточной мере не обладает, а потому предпочитает просто перейти на более дорогое оборудование с более высокой разрешающей способностью. Применение двойного шаблонирования потребовало бы более точного позиционирования фотомасок, компания Intel в этой сфере просто не обладает достаточным опытом. По мнению представителя Imec, компания TSMC решится перейти на использование High-NA EUV ближе к концу текущего десятилетия.

В общем случае, подобное оборудование найдёт своё применение при производстве чипов с использованием литографических норм тоньше 2 нм — вплоть до 7 ангстрем. После этого нужно будет применять литографические сканеры со сверхвысоким значением числовой апертуры (Hyper-NA EUV). Такой переход позволит отказаться от двойного шаблонирования, поскольку последний метод увеличивает затраты на оснастку и удлиняет производственный цикл, повышая себестоимость продукции.

Исследователи рассматривали несколько альтернатив литографическому оборудованию со сверхвысоким значением числовой апертуры, по данным Imec. Одной из них является технология нанопечати транзисторов, но по своей производительности данный метод сильно уступает даже сканеру High-NA EUV. Ещё одной альтернативой считалось использование нескольких направленных потоков электронов для формирования нужного рисунка на кремниевой пластине, но единственный производитель подходящего оборудования разорился.

Применение новых материалов вместо кремния пока тоже затруднено, как поясняет представитель Imec. Существуют материалы с более высокой подвижностью электронов, но их очень сложно нанести на пластину, которая при этом продолжит оставаться кремниевой. Оборудование для нанесения новых материалов будет сочетаться с новыми химикатами, и соответствующие эксперименты уже ведутся в лабораториях, но они пока далеки от массового применения.

Основанная в августе 2022 года японская компания Rapidus поставила перед собой амбициозную цель к 2027 году наладить на территории страны выпуск 2-нм продукции на контрактной основе. Уже в апреле следующего года, как поясняет Nikkei Asian Review, начнётся опытное производство 2-нм чипов на территории одного из предприятий Seiko Epson на острове Хоккайдо, а к 2027 году у Rapidus будет готово собственное предприятие. Руководство надеется, что клиентами компании станут Apple, Microsoft и Tesla.

Источник изображения: Rapidus

Во всяком случае, в интервью Nikkei председатель совета директоров Rapidus Тэцуро Хигаси (Tetsuro Higashi) заявил следующее: «Мы ведём переговоры со всеми крупными компаниями технологического сектора, которые предоставляют облачные услуги или могли бы использовать 2-нм чипы в будущем». Японский производитель чипов надеется, что со временем сможет обслуживать те же Apple, Microsoft или Tesla. Как известно, американский автопроизводитель формирует собственную вычислительную инфраструктуру для развития технологий автопилота, и сейчас суперкомпьютеры Tesla оснащаются чипами, изготавливаемыми TSMC. Для привлечения американских разработчиков чипов к своим услугам Rapidus в апреле этого года открыла представительство в Калифорнии.

Примечательно, что на перспективы развития отрасли искусственного интеллекта глава Rapidus смотрит с оптимизмом. Если ранее компания рассчитывала увеличить выручку до $6,4 млрд к 2040 году, то теперь эта цель сдвинута на десять лет ближе, к концу текущего десятилетия. Каких-то чётких ориентиров по увеличению собственной доли рынка у Rapidus пока нет, но Тэцуро Хигаси уверен, что выручка компании будет расти вместе с остальным рынком. На поддержку научно-исследовательских работ Rapidus получит от японского правительства около $6 млрд. Строительство передового предприятия в Японии потребует в разы больших затрат, но компания надеется привлечь кредиты в банках, поручителем по которым выступят власти Японии.

К 2027 году японская компания Rapidus рассчитывает наладить на территории родной страны контрактный выпуск чипов по 2-нм технологии, но её планы по организации их упаковки до сих пор не особо предавались огласке. Тем не менее, Rapidus собирается организовать тестирование и упаковку чипов на своём первом предприятии, которое будет одновременно и обрабатывать кремниевые пластины по 2-нм технологии.

Источник изображения: Rapidus

Партнёрами Rapidus в освоении передовой литографии должны выступить американская IBM, бельгийская Imec и французский исследовательский институт Leti. Потратив около $32 млрд на строительство своего первого предприятия, Rapidus рассчитывает оказывать услуги и по упаковке чипов, которые сторонние клиенты будут заказывать в производство на нём же. Таким образом, готовый продукт можно будет получить в одном месте, а не дожидаться завершения всех этапов производственного цикла, которые могут проходить порою на разных континентах.

Глава американского представительства Rapidus Генри Ричард (Henri Richard), как отмечает AnandTech, назвал руководителя компании Ацуёси Коикэ (Atsuyoshi Koike) уникальным человеком, который сочетает японское внимание к мелочам и качеству с американской гибкостью мышления и скоростью внедрения решений в бизнесе. Как считает Ричард, ёмкость рынка услуг по выпуску чипов по 2-нм и более совершенным техпроцессам достигнет $150 млрд, и для небольшого независимого производителя, коим является Rapidus, место на нём найдётся даже в условиях доминирования TSMC, а также высокой активности Samsung и Intel.

Если Intel при освоении техпроцессов подобного диапазона делает ставку на использование оборудования с высоким значением числовой апертуры (High-NA EUV), то TSMC не торопится внедрять соответствующие литографические сканеры ASML, которые примерно в два раза дороже оборудования текущего поколения. По экономическим соображениям от использования High-NA EUV при выпуске 2-нм продукции собирается воздержаться и компания Rapidus. Однако, при освоении 1,4-нм техпроцесса позиция этого производителя может измениться, как заявил Ричард.

Он добавил, что возводя своё первое предприятие с чистого листа, Rapidus имеет возможность изначально предусмотреть на нём место для линий по тестированию и упаковке чипов. С точки зрения упрощения логистики это значительно ускоряет процесс выпуска чипов, как считают в Rapidus. Это может привлечь к услугам компании молодых небольших разработчиков, которым нужны передовые технологии производства, но при этом они не хотят ждать своей очереди на обслуживание у той же TSMC.

На прошлой неделе представители TSMC заявили, что до конца текущего года компания начнёт серийное производство чипов по технологии N3P, и это подтолкнуло сотрудников ресурса AnandTech обобщить всю доступную о ближайших планах компании информацию в одной таблице. В 2025 и 2026 годах TSMC намерена внедрить четыре новых техпроцесса.

Источник изображения: TSMC

Непосредственно на следующий год запланировано освоение техпроцессов N3X и N2, причём данные события будут сосредоточены во второй половине 2025 года, если всё пойдёт по графику. В какой-то мере техпроцессы N3X и N2 будут конкурировать друг с другом за предпочтения клиентов TSMC. Первый должен снизить уровень энергопотребления на 7 % относительно N3P, который будет освоен во второй половине текущего года. Скорость переключения транзисторов вырастет на 5 % при напряжении 1,2 В при прежней плотности размещения транзисторов, а последний показатель увеличится в 1,1 раза при неизменной тактовой частоте.

Источник изображения: AnandTech

Техпроцесс N2 обещает снизить энергопотребление на 25–30 % относительно N3E, который освоен с четвёртого квартала прошлого года. При этом скорость переключения транзисторов вырастет на 10–15 %, а плотность их размещения вырастет в 1,15 раза. Такой же прирост по плотности обеспечит относительно N3E техпроцесс N2P, который будет освоен во второй половине 2026 года, а вот выигрыш по энергопотреблению увеличится до 30–40 %, тогда как скорость переключения транзисторов вырастет на 15–20 %. Другими словами, прямое сравнение N2 и N2P обеспечит не такую уж заметную выгоду по энергопотреблению (5–10 %) и быстродействию (5–10 %), а плотность размещения транзисторов и вовсе останется неизменной.

В рамках техпроцесса N2 компания TSMC впервые внедрит структуру транзисторов с нанолистами и окружающим затвором (GAA). Это должно значительно улучшить производительность, снизить энергопотребление и увеличить плотность размещения транзисторов. Конкурирующий техпроцесс N3X может превзойти N2 по быстродействию, особенно на более высоких напряжениях. Кому из клиентов TSMC технология N3X может больше понравиться в виду отсутствия изменений в структуре транзисторов (FinFET), что должно благоприятно сказаться на уровне брака.

На 2026 год у TSMC запланировано освоение техпроцессов N2P и A16. Последний будет ориентированной на повышение быстродействия версией N2, а второй предложит приписываемые 1,6-нм технологиям характеристики в сочетании с подводом питания с оборотной стороны кремниевой пластины. N2P может предложить либо сниженное на 5–10 % энергопотребление при неизменном быстродействии, либо возросшую пропорционально производительность при неизменном энергопотреблении по сравнению с базовым N2.

Техпроцесс A16 готов предложить снижение энергопотребления на 20 % относительно N2P, либо возросшее на 10 % быстродействие при тех же уровнях энергопотребления. Плотность размещения транзисторов A16 позволит увеличить на 10 % относительно N2P. В чипах, ориентированных на высокую производительность, техпроцесс A16 раскроет себя с лучшей стороны, но подвод питания с оборотной стороны кремниевой пластины сделает его достаточно дорогим в производстве.

Бывший технический директор ASML Мартин ван ден Бринк (Martin van den Brink) пояснил, что к следующему десятилетию компания не только собирается представить оборудование со сверхвысоким значением числовой апертуры 0,75, но и увеличить производительность литографических сканеров поколений EUV и DUV. За счёт этого себестоимость продукции удаётся удержать в разумных рамках.

Источник изображения: ASML

Соответствующие заявления, по данным ресурса Bits&Chips, представитель ASML сделал на проходившем в Антверпене форуме ITF World, организованном бельгийской исследовательской компанией Imec. Если нынешние сканеры для работы с DUV и EUV литографией способны обрабатывать по 200 или 300 кремниевых пластин, то в будущем этот показатель предстоит поднять до 400–500 кремниевых пластин в час. Ван ден Бринк эту меру назвал «главным оружием против роста затрат».

ASML также хотела бы создать унифицированную платформу для оборудования для работы со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением (EUV), к которой относились бы и перспективные сканеры Hyper-NA со сверхвысоким значением числовой апертуры (0,75). Унифицированная платформа позволила бы переносить часть инноваций с оборудования класса Hyper-NA на более зрелое, улучшая его характеристики. Одновременно такая унификация способствовала бы более быстрой окупаемости инвестиций в создание оборудования класса Hyper-NA.

Лет через десять ASML хотела бы создать единую платформу для работы с низкой (0,33), высокой (0,55) и сверхвысокой (0,75) числовой апертурой. Впрочем, пока сроки начала работы над созданием оборудования Hyper-NA не определены, как отметили представители ASML. Внедрение оптики со сверхвысокой числовой апертурой сократит потребность в двойной экспозиции, не только ускоряя выпуск чипов, но и снижая энергозатраты. Кроме того, отказ от двойной экспозиции на определённых этапах техпроцесса должен способствовать снижению уровня брака при производстве чипов.

Напомним, что Intel собирается активно внедрять уже доступное оборудование с высоким значением числовой апертуры (High-NA) при серийном производстве чипов по технологии 14A, а вот крупнейший контрактный производитель TSMC в рамках будущего техпроцесса A16 от подобных мер собирается воздержаться. Технологически оборудование такого класса очень нравится руководству TSMC, а вот его стоимость пока отпугивает. Вероятно, подобные колебания будут до определённого момента происходить и при экспансии оборудования класса Hyper-NA, если оно появится.