Во время пандемии расширение предприятий Intel в Ирландии сталкивалось с проблемами и задержками, а в декабре прошлого года часть местных сотрудников было решено отправить в длительный неоплачиваемый отпуск, но тогда же стало известно об успешном включении первого литографического сканера для работы с EUV, установленного на предприятии Fab 34. На этой неделе компания объявит о запуске серийного выпуска чипов по технологии Intel 4 в Ирландии.

Источник изображения: Intel

Пока что на сайте Intel красуется лишь лаконичный пресс-релиз, предвосхищающий соответствующее мероприятие, которое будет транслироваться 29 сентября. В эту пятницу, если верить заявлениям компании, её руководство примет участие в церемонии запуска массового производства полупроводниковых изделий по техпроцессу Intel 4 на территории Ирландии в Лейкслипе. Впервые в Европе, тем самым, будет налажен выпуск компонентов с использованием сверхжёсткого ультрафиолетового излучения (EUV).

В пресс-релизе отмечается, что данный технологический этап позволит Intel создавать лидирующие продукты: от процессоров для ПК, поддерживающих работу с командами для систем искусственного интеллекта (намёк делается на Meteor Lake) до чипов, работающих в составе крупнейших центров обработки данных в мире. Считается, что выпускать процессоры по технологии Intel 4, помимо Ирландии, компания будет также на предприятии в американском штате Орегон. В ближайшие годы EUV-оборудование для серийного производства чипов будет использоваться в США, Тайване, Южной Корее и Ирландии, во второй половине десятилетия к ним присоединится и Япония.

В условиях запрета на поставку в Китай EUV-сканеров компании ASML, китайским производителям придётся создавать собственные инструменты для литографии в сверхжёстком ультрафиолете для выпуска самых передовых чипов. Поскольку Китай в этом заметно отстаёт, он может выбрать другой путь для достижения цели и, в конечном итоге, может даже превзойти западные технологии. Этим путём обещают стать синхротронные источники света, мощность которых превзойдёт возможности плазменных лазеров ASML.

Электроны из накопительного кольца возбуждают лазерное излучение в сверхжёстком ультрафиолете. Источник: Tsinghua University

Синхротронные источники света — это обычно кольцевые ускорители электронов. Кольцо служит накопителем электронов, которые для формирования стабильного пучка сверхжёсткого ультрафиолетового излучения выводятся из него через специальную установку, в которой возникает когерентное излучение на длине волны лазера (плюс гармоники). В сканерах ASML излучение возникает из возникающей в процессе испарения капли олова плазмы. Очевидно, что во втором случае можно создать компактную литографическую машину, а при использовании синхротрона придётся строить фактически завод.

По оценкам китайских источников, для формирования EUV-излучения мощностью около 1 кВт потребуется создать накопительное кольцо диаметром от 100 до 150 м (не говоря о вспомогательных установках и строениях). Этой мощности хватит для производства чипов с технологическими нормами до 2 нм. Компания ASML сейчас массово производит передовые литографические EUV-сканеры мощностью до 500 Вт, что обеспечивает выпуск 3-нм чипов. Перед ней также стоит задача разработки более мощных источников EUV-света, которая по сложности не так уж далеко от китайских проектов EUV-«пушки».

Для обычной коммерческой компании, такой, как ASML, проект синхротрона как источника EUV-света неприемлем. Он тянет за собой большие затраты на создание объёмной инфраструктуры. В США, кстати, в лаборатории SLAC изучали возможность использования синхротронов для полупроводниковой литографии, но признали его неперспективным. В Китае же, где ресурсов и рабочей силы в избытке, построить завод с ускорительной установкой особого труда не составит. Если верить источникам, место для EUV-«пушки» уже подобрано. Её начнут строить в Сюньгане.

За последние два года вышло немало статей на тему создания стабильных микропучков для производства EUV-излучения (steady-state microbunching, SSMB). Большинство работ принадлежит китайским авторам. Также в Китае прошли тематические конференции на эту тему. Понятно, что для создания законченной инфраструктуры по производству чипов с использованием EUV-излучения потребуется намного больше усилий, чем постройка синхротрона. Прежде всего, это научная работа на многие годы вперёд. Китай показывает решимость пройти этот путь, а это дорого стоит.

Россия, кстати, тоже может пойти по этому пути. В ближайшие годы в стране начнут строить достаточно много синхротронов для решения целого спектра задач от материаловедения до фармацевтики. Из одного из них вполне может родиться проект фабрики по выпуску чипов с использованием синхротронных ускорителей.

До сих пор с той или иной уверенностью отраслевые источники говорили преимущественно о присутствии Apple в перечне заказчиков TSMC, использующих 3-нм техпроцесс. На этой неделе решила «выйти из тени» компания MediaTek, которая призналась, что 3-нм чипы семейства Dimensity пропишутся в готовых электронных устройствах со второй половины следующего года.

Источник изображения: MediaTek

TSMC и MediaTek соответствующее совместное заявление сделали на этой неделе, как сообщает издание Nikkei Asian Review. Первое поколение 3-нм чипов MediaTek будет использоваться не только в составе смартфонов различных марок, но и планшетах, бортовых системах автомобилей и других устройствах. Ключевыми клиентами MediaTek в сегменте смартфонов являются Samsung Electronics, а также китайские марки Xiaomi, Vivo и OPPO. Скорее всего, 3-нм чипы MediaTek нового поколения пропишутся в новых устройствах этих марок.

Данное заявление сделано весьма своевременно, учитывая высокий интерес общественности к прецеденту с появлением флагманского смартфона Huawei Mate 60 Pro на базе таинственного процессора HiSilicon Kirin 9000S неустановленного происхождения. Некоторые источники приписывают китайской компании SMIC способность выпускать 7-нм чипы в обход американских санкций, а американские чиновники уже призывают полностью перекрыть экспорт технологий из США для нужд Huawei и SMIC. Напоминание о технологическом превосходстве тайваньских MediaTek и TSMC в такой ситуации кажется весьма уместным с идеологической точки зрения.

До сих пор считалось, что также в числе первых заказчиков TSMC на выпуск 3-нм чипом будут Qualcomm, AMD, Intel и NVIDIA, но пока из тени официально вышли только Apple и MediaTek. С переходом на 3-нм техпроцесс второго поколения количество клиентов TSMC на данном направлении должно увеличиться.

Литографические машины, сочетающие работу со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением (EUV) и высокое значение числовой апертуры (High NA), являются необходимым инструментом для освоения так называемых «ангстремных» техпроцессов с нормами менее 2 нм, поэтому способность ASML наладить поставки таких систем до конца текущего года имеет критическое значение для её клиентов.

Источник изображения: ASML

Напомним, что Intel в своё время заявила о намерениях получить одну из первых таких систем (TWINSCAN EXE:5200) и установить её на строящемся предприятии в Огайо до конца 2024 года, чтобы к 2025 году наладить с её помощью выпуск компонентов по технологии Intel 18A. Стоимость одного сканера нового поколения достигает $340 млн против типичных для систем текущего поколения $150 млн.

Как отмечает Reuters, генеральный директор ASML Петер Веннинк (Peter Wennink) признался, что даже возникшие задержки не помешают компании отправить клиентам первые пилотные системы с высокой числовой апертурой до конца текущего года. Некоторые из поставщиков, по его словам, испытывали некоторые проблемы с наращиванием объёмов производства необходимых компонентов, а также качеством продукции, и это привело к небольшим задержкам. Но даже в таких условиях первый экземпляр новой литографической системы будет отгружен до конца текущего года, как заверил руководитель ASML.

Отдельно он отметил, что рост выручки компании на 30 % в текущем году будет обусловлен преимущественно увеличением объёмов продаж оборудования для работы с глубокой ультрафиолетовой литографией (DUV), которое, помимо прочих, востребовано китайскими клиентами. Такое оборудование в структуре выручки ASML даже перевесит более передовое для работы с EUV-литографией. Впрочем, по словам Веннинка, в следующем году перекос будет устранён, поскольку новые предприятия на Тайване и в США будут требовать поставок более современного оборудования.

С первого сентября власти Нидерландов должны ужесточить ограничения в отношении поставок в Китай оборудования, предназначенного для работы с глубоким ультрафиолетовым излучением (DUV). Поскольку об этих намерениях было известно заблаговременно, китайские производители чипов с января по июль увеличили импорт оборудования из Нидерландов на 64,8 % до $2,58 млрд.

Источник изображения: ASML

Напомним, что ASML является главным поставщиком литографических сканеров, необходимых для изготовления полупроводниковой продукции, и власти Нидерландов ещё с 2019 года ограничивают поставки их отдельных типов в Китай. Сперва запреты касались передовых сканеров, работающих со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением (EUV), но в этом году они распространятся и на более массовые DUV-сканеры. По данным JW Insights, за семь месяцев этого года импорт литографического оборудования из Нидерландов в Китай вырос в денежном выражении на 64,8 % до $2,58 млрд.

Ирония судьбы заключается в том, что в январе представители ASML упомянули $2,36 млрд в качестве ориентира по выручке на китайском направлении для всего 2023 года. Получается, что прогноз был превышен за первые семь месяцев года на весомые $220 млн. Китайский рынок, по прогнозу ASML, должен в этом году формировать около 14 % всей выручки компании. За один только июль в Китай было ввезено оборудования из Нидерландов на $626 млн, что почти в восемь раз больше результатов аналогичного месяца прошлого года.

С первого сентября ASML потребуются выдаваемые властями Нидерландов экспортные лицензии для поставки самых передовых DUV-сканеров в Китай, хотя по основной части ассортимента оборудования ничего не изменится. В этом месяце китайские СМИ сообщили, что китайский производитель литографического оборудования сможет предложить «суверенное» решение для выпуска 28-нм чипов до конца текущего года. Хотя такую возможность наверняка будут приветствовать все китайские производители чипов, заменить отечественными аналогами всё литографическое оборудования в обозримой перспективе они не смогут. По этой причине до введения в действие новых ограничений они активно закупают оборудование из Нидерландов.

Так называемое второе поколение 3-нм техпроцесса в исполнении TSMC обычно фигурировало во внутренних документах тайваньской компании под обозначением N3E и было привязано по срокам внедрения ко второй половине 2023 года. На минувшей квартальной конференции представители TSMC уточнили, что к массовому производству чипов по технологии N3E компания будет готова приступить в четвёртом квартале текущего года.

Источник изображения: TSMC

Генеральный директор TSMC Си-Си Вэй (C.C. Wei) на отчётом мероприятии в конце этой недели заявил буквально следующее: «N3E расширяет наше семейство N3 за счёт возросшего быстродействия, сниженного энергопотребления и уровня выхода годной продукции, а также обеспечивает полную поддержку платформ как в сегменте высокопроизводительных вычислений, так и для применения в смартфонах. N3E прошёл квалификационные тесты, достиг целевых показателей по быстродействию и уровню брака, в массовое производство он будет запущен в четвёртом квартале этого года».

Напомним, если базовый вариант техпроцесса N3, который компания TSMC использует для массового производства компонентов по заказу той же Apple с конца прошлого года, обеспечивает снижение энергопотребления до 25–30 %, улучшение производительности на 10–15 % и экономию площади кристалла до 42 % по сравнению с техпроцессом N5, то в случае с N3E за счёт некоторого уменьшения плотности размещения транзисторов (на 7,8 % по сравнению с N3) предлагает более высокий уровень выхода годной продукции и упрощение самого производства, что благоприятно сказывается и на себестоимости продукции. Кроме того, N3E увеличивает экономию в энергопотреблении до 32 % по сравнению с N5, а производительность транзисторов возрастает на 18 % вместо 15 % у базового N3.

По сути, N3E лишь немногим жертвует с точки зрения плотности размещения транзисторов по сравнению с N5: она увеличивается в 1,6 раза вместо 1,7 раз у более дорогого в производстве N3. Как ожидается, N3E сможет привлечь большее количество клиентов к услугам TSMC, чем это удалось N3. Впрочем, даже базовый вариант своего 3-нм техпроцесса руководство компании считает лучшим на рынке с точки зрения производительности, плотности размещения транзисторов и энергопотребления, а потому подчёркивает, что во второй половине текущего года объёмы выпуска чипов с его использованием заметно возрастут, причём как в сегменте высокопроизводительных вычислений, так и в сегменте смартфонов.

Руководство TSMC на этой неделе также выразило надежду, что семейство 3-нм техпроцессов в исполнении компании сформирует долговременный спрос со стороны клиентов, и этот технологический цикл будет долгоиграющим с точки зрения продолжительности присутствия на рынке. Базовый техпроцесс N3 к концу этого года будет формировать от 4 до 6 % совокупной выручки компании, хотя пока в отчётности TSMC он вообще не упоминается, хотя фактически используется в серийном производстве с начала текущего года, как минимум.

Этими двумя разновидностями 3-нм техпроцесса TSMC ограничиваться не собирается. Ко второй половине следующего года компания готовится освоить техпроцесс N3P, который снизит энергопотребление на 5–10 % по сравнению с N3E, поднимет быстродействие на 5 % и на 4 % увеличит плотность размещения транзисторов. К 2025 году специально для самых производительных чипов будет внедрён техпроцесс N3X, который позволит применять более высокие напряжения и поднимет быстродействие как минимум на 5 %, но ценой более высокого энергопотребления по сравнению с N3P. Зато плотность размещения транзисторов «трогать» не будут, и она останется на одном уровне с N3P. С этой точки зрения жизненный цикл 3-нм техпроцессов в производственной программе TSMC действительно будет продолжительным.