Чтобы к 2027 году наладить серийный выпуск 2-нм чипов для заказчиков к 2027 году, молодая японская компания должна будет освоить их опытное производство к апрелю 2025 года, и для этого она в середине декабря текущего года получит свой первый сканер ASML для работы с EUV-литографией. В дальнейшем компания обзаведётся несколькими такими системами, а всего на предприятии будут использоваться более 200 единиц оборудования.

Источник изображения: Intel

Как отмечает Nikkei, в аэропорт на острове Хоккайдо первый EUV-сканер ASML для нужд Rapidus прибудет в середине декабря. Ради ускорения доставки его привезут несколькими грузовыми самолётами в разобранном виде. Специалисты ASML, откомандированные в Японию, затем соберут и настроят систему, чтобы она к апрелю следующего года позволила начать опытный выпуск 2-нм продукции. По соседству ASML откроет свой сервисный центр, поэтому проблем с дальнейшим обслуживанием такого оборудования у Rapidus возникать не должно.

По состоянию на октябрь этого года, предприятие Rapidus было построено на 63 %, в текущем месяце в строительстве были задействованы примерно 4400 рабочих. В случае успеха данного проекта Rapidus намерена построить на Хоккайдо ещё одно предприятие, которое до конца десятилетия сможет наладить выпуск 1,4-нм чипов. В перспективе значится и третье, но в данном случае его строительство будет осуществляться уже в следующем десятилетии.

Руководство компании сейчас ведёт переговоры более чем с 40 потенциальными клиентами, которые могли бы заказывать свои чипы в производство Rapidus, но имена реальных заказчиков компания начнёт раскрывать не ранее следующего года. Примечательно, что на этой неделе основатель Nvidia Дженсен Хуанг (Jensen Huang) намекнул на свою заинтересованность в сотрудничестве с Rapidus, указав на важность диверсификации цепочек поставок своей компании в условиях усугубляющихся противоречий между США и Китаем.

TSMC удалось опередить Intel в запуске массового производства на EUV-оборудовании, но в более продвинутом сегменте High-NA EUV компания отстала от своего американского конкурента. Intel уже пользуется машиной High-NA EUV от ASML для проведения исследований и разработки, а TSMC начнёт установку первого такого сканера лишь в этом месяце, узнали DigiTimes и United Daily News.

Источник изображения: asml.com

Первая установка со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением и высокой числовой апертурой (High-NA EUV) ASML Twinscan EXE:5000, построенная специально для применения в целях исследования и разработки, будет устанавливаться в центре TSMC в тайваньском Синьчжу. В сентябре крупнейший в мире полупроводниковый подрядчик начнёт получать компоненты машины, после чего несколько месяцев потребуются на сборку и калибровку оборудования, прежде чем на нём станет тестироваться технология производства полупроводников нового поколения.

Перспективные технологические процессы TSMC N2 (класс 2 нм) и A16 (класс 1,6 нм) будут работать исключительно на EUV-оборудовании с низкой числовой апертурой 0,33. Сканер High-NA EUV (числовая апертура 0,55) будет использоваться для техпроцесса A14 (класс 1,4 нм) ориентировочно в 2028 году, хотя официальных заявлений компании по этому поводу пока не последовало. Но его внедрение вызовет дополнительные сложности как у производителей, так и у разработчиков, поэтому TSMC не спешит с развёртыванием таких сканеров.

Ещё один аргумент не в пользу машин нового поколения — их цена, которая, как заявил ответственный за разработку новых технологических процессов в TSMC Кевин Чжан (Kevin Zhang), понравилась ему меньше, чем производительность. Каждая машина High-NA стоит около $400 млн, хотя президенту компании Си-Си Вэю (C.C. Wei) и удалось договориться о скидке в размере почти 20 % при покупке нескольких единиц оборудования сразу. Учитывая, что TSMC является ведущим производителем, использующим EUV-литографию, и в её распоряжении находятся 65 % мировых EUV-мощностей ASML, нидерландский производитель, конечно, склонен идти на сделки с заводом, который является одним из его крупнейших клиентов.

Японский национальный институт передовых промышленных наук и технологий (AIST) совместно с Intel создадут в Японии новый центр исследований и разработок. Он будет ориентирован на разработку техпроцессов для передовых чипов на основе EUV-литографии, пишет Nikkei со ссылкой на информированные источники.

Источник изображения: Intel

На реализацию проекта, стоимость которого исчисляется сотнями миллионов долларов (цена одной установки для EUV-литографии составляет $273 млн), как ожидается, уйдёт 3–5 лет. В этом центре будет установлено передовое EUV-оборудование, на котором японские компании смогут отлаживать свои технологии. Создание нового центра обеспечит японским предприятиям возможность в сотрудничестве с AIST и Intel разрабатывать и внедрять новейшие технологические процессы, что позволит повысить их конкурентоспособность на мировом рынке.

Сейчас японским компаниям приходится обращаться в зарубежные исследовательские центры, такие как бельгийский IMEC, для получения доступа к оборудованию EUV с целью разработки новых продуктов. Создание центра исследований на территории Японии позволит местным компаниям сократить зависимость от зарубежных ресурсов, что поможет ускорить процесс разработки новых чипов и повысить конкурентоспособность отечественной полупроводниковой промышленности.

При этом такие японские компании, как Lasertec и JSR, уже являются мировыми лидерами в нескольких областях технологии EUV. Lasertec имеет 100-процентую долю на рынке оборудования для контроля EUV, в то время как JSR является одним из крупнейших в мире производителей фоторезистов — полимерных светочувствительных материалов, используемых в производстве микросхем. Участие в строительстве нового центра позволит Intel укрепить сотрудничество с этими компаниями. При этом её существующий конкурент TSMC (и будущий конкурент Rapidus с присутствием в Японии) не смогут обеспечить себе ключевые стратегические преимущества, такие как отношения с клиентами или лучшие инструменты и/или сырье, отметил ресурс Tom's Hardware.

В свою очередь, Nikkei утверждает, что совместный центр исследований и разработки Intel и AIST имеет стратегическое значение, поскольку устранит для Японии необходимость в обращении в американские регулирующие органы для передачи исследовательских данных и технологий из США на фоне ужесточения экспортных ограничений.

Производители микросхем оперативной памяти по примеру коллег из сегмента логических микросхем внедряют использование EUV-литографии, но это приводит к повышению затрат. Чтобы оправдать его, как считают представители SK hynix, микросхемы памяти нужно перевести на использование вертикальной компоновки транзисторов, и тогда фактическая себестоимость памяти даже снизится.

Источник изображения: SK hynix

Соответствующие комментарии Со Джэ Ука (Seo Jae Wook), отвечающего в SK hynix за научные исследования, приводит южнокорейский ресурс The Elec. Классический подход к использованию EUV-литографии в производстве микросхем памяти, по его словам, вряд ли можно считать рациональным с точки зрения влияния на себестоимость. Зато если перейти на использование транзисторов с вертикальной компоновкой (VG или 4F2), то площадь кристалла памяти можно сократить на 30 % по сравнению с классической технологией 6F2, и в комбинации с EUV такая компоновка позволит снизить затраты в два раза.

Samsung Electronics также рассматривает возможность производства так называемой 3D DRAM с «вертикальными» транзисторами, как и SK hynix, эта компания рассчитывает использовать техпроцессы с нормами менее 10 нм. Отрасль по производству оперативной памяти дальше не может полагаться только на планарную компоновку транзисторов, поскольку внедрение EUV-оборудования в данном случае становится неоправданно дорогим. Зато в сочетании с новой структурой транзисторов внедрение EUV-литографии может себя оправдать, как отмечают представители SK hynix. Впрочем, внедрение новой компоновки транзисторов потребует использования не только нового оборудования, но и новых материалов при производстве микросхем DRAM. Скорее всего, в массовом производстве технология приживётся не ранее 2027 года. В следующем десятилетии Samsung намеревается внедрить выпуск многослойной памяти DRAM.

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.

Производители полупроводниковых компонентов используют так называемую EUV-литографию лишь на определённых этапах технологического процесса, их количество от поколения к поколению возрастает. Так, если Samsung при производстве 3-нм чипов ограничивалась 20 слоями с EUV, то после перехода на 2-нм техпроцесс их количество вырастет на 30 %.

Источник изображения: Samsung Electronics

Об этом со ссылкой на собственные источники на прошлой неделе сообщило южнокорейское издание The Elec. Другими словами, в рамках 2-нм технологии Samsung будет применять литографию со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением для обработки примерно 27 слоёв. Для сравнения, TSMC при производстве чипов по техпроцессу N3 обрабатывает с помощью EUV-литографии 25 слоёв. По данным корейских источников, после перехода в 2027 году на выпуск 1,4-нм чипов компания Samsung рассчитывает обрабатывать по методу EUV более 30 слоёв.

Соответственно, все эти планы подразумевают, что Samsung потребуется больше литографических сканеров, а также сопутствующей оснастки, рассчитанной на работу с EUV-литографией. Крупнейший поставщик такого оборудования, нидерландская ASML, намеревается за ближайшие два года отгрузить клиентам около 70 соответствующих сканеров, каждый из которых стоит более $100 млн. Потребность производителей чипов в капитальных затратах вырастет после перехода на оборудование с высоким значением числовой апертуры (High-NA), поскольку соответствующий сканер будет обходиться в $300 млн. Наиболее активным покупателем этих сканеров станет Intel, а вот TSMC не торопится внедрять данную технологию именно из экономических соображений.

В отличие от крупнейших производителей полупроводниковой продукции, таких как Intel и TSMC, компания Micron не спешит развёртывать оборудование со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением (EUV) для производства DRAM. Но уже в этом году Micron намеревается запустить опытное производство с использованием EUV на своём техпроцессе 1γ (1-gamma) класса 10 нм, передаёт Technews.

Источник изображения: micron.com

Сейчас вся серийная продукция компании выпускается с использованием DUV-литографии, то есть на основе глубокого ультрафиолета. Но уже до конца года Micron запустит опытное производство на EUV-оборудовании, а в 2025 году оно может стать полномасштабным. Корейская Samsung ещё в 2020 году доложила, что успешно отгрузила миллион первых в отрасли модулей DDR4 класса 10 нм (D1x), произведённых на EUV-оборудовании. SK hynix стала применять такую литографию в 2021 году для выпуска чипов DDR класса 10 нм; и уже в этом году она намеревается потратить на закупку этого оборудования $1,5 млрд.

Ранее гендиректор Micron Санджай Мехротра (Sanjay Mehrotra) сообщил инвесторам, что подготовка опытного производства на основе техпроцесса 1γ класса 10 нм продвигается успешно, а запуск массового выпуска продукции нового поколения запланирован на 2025 год. Технология выпуска памяти DRAM с использованием 1γ разрабатывается на заводе компании в японской Хиросиме — предприятие станет первой площадкой для опытного производства.

Чтобы удовлетворить спровоцированный бумом технологий искусственного интеллекта высокий спрос на высокопроизводительные чипы памяти Micron строит пилотную производственную линию для выпуска HBM в США и рассматривает возможность запуска второй линии в Малайзии.

ASML доложила на конференции Imec ITF World 2024, что ей удалось побить собственный рекорд плотности размещения транзисторов с помощью своего первого литографического сканера с высокой числовой апертурой (High-NA), установленный немногим более месяца назад. Компания также сообщила о перспективной разработке более совершенного оборудования класса Hyper-NA и изложила план по двухкратному повышению производительности, сообщает Tom’s Hardware.

Источник изображения: ASML

Бывший президент и технический директор ASML Мартин ван ден Бринк (Martin van den Brink), сейчас работающий в компании консультантом, сообщил, что ASML разработает сканер Hyper-NA, более совершенный, чем существующий High-NA. Он также изложил план по снижению затрат на производство чипов на оборудовании со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением (EUV) за счёт увеличения скорости обработки до 400–500 кремниевых пластин в час — это более чем вдвое превышает актуальный показатель в 200 пластин в час. И предложил модульную унифицированную конструкцию перспективных линеек EUV-оборудования ASML.

Источник изображения: tomshardware.com

Осуществив дополнительную настройку оборудования, сообщил Мартин ван ден Бринк, ASML удалось напечатать на оборудовании High-NA EUV линии плотностью 8 нм — это рекорд для производственного сканера. Предыдущий рекорд компания установила в апреле, напечатав линии плотностью 10 нм на машине в совместной с Imec лаборатории в нидерландском Вельдховене. Для сравнения, стандартные машины ASML Low-NA EUV способны печатать элементы размером до 13,5 нм (критический размер — critical dimensions или CD), а новый сканер EXE:5200 High-NA позволяет создавать транзисторы с элементами до 8 нм, и ASML продемонстрировала, что он соответствует заявленным характеристикам.

Теперь компании предстоит провести работу по оптимизации системы и её подготовке к массовому производству. Эта работа уже ведётся в Нидерландах, а Intel, единственный производитель чипов, располагающий полностью собранной системой High-NA, повторяет шаги разработчика по мере её ввода в эксплуатацию на заводе D1X в Орегоне. На начальном этапе Intel будет использовать её в исследованиях и разработке, после чего запустит на EXE:5200 производство продукции класса 14A. Ван дер Бринк ещё раз упомянул машину Hyper-NA EUV, но окончательное решение по ней ещё не принято — ASML, вероятно, пока оценивает интерес отрасли.

Источник изображения: tomshardware.com

Современная стандартная машина EUV работает со светом длиной волны 13,5 нм и числовой апертурой 0,33 (это мера способности оборудования фокусировать свет). Оборудование с высокой числовой апертурой 0,55 использует ту же длину волны, но позволяет печатать более мелкие элементы. Система Hyper-NA, о которой говорит Мартин ван дер Бринк, сохранит ту же длину волны света, но числовая апертура увеличится до 0,75, позволив печатать ещё более мелкие элементы. Критический размер элементов для такого оборудования компания не указала, но привела соответствующий Hyper-NA шаг металлизации (metal pitch), то есть минимальное расстояние между металлическими элементами на чипе — этот показатель варьируется от 16 нм на узлах A3 до 10 нм на узлах менее A2 и датируется второй половиной следующего десятилетия.

В конце декабря прошлого года нидерландская компания ASML отгрузила первый экземпляр литографического сканера поколения EUV High-NA, который характеризуется высоким значением числовой апертуры и повышает разрешающую способность оборудования при производстве полупроводниковых компонентов. Получателем этой установки стала компания Intel, но руководство SK hynix утверждает, что этот корейский производитель памяти тоже интересуется таким оборудованием.

Источник изображения: SK hynix

Отметим, что производители памяти в целом достаточно долго тянули с переходом на так называемую EUV-литографию, и та же SK hynix начала применять профильное оборудование только в 2021 году при производстве микросхем памяти типа DRAM. По информации Business Korea, генеральный директор SK hynix Квак Но Чон (Kwak Noh-jung) на мероприятии Ассоциации производителей полупроводниковой продукции Южной Кореи поделился некоторыми планами компании относительно развития бизнеса.

Во-первых, он заявил, что не может комментировать слухи о готовности SK hynix построить предприятие по упаковке чипов HBM непосредственно в штате Индиана. По его словам, все американские штаты являются потенциальными кандидатами на размещение подобного предприятия.

Во-вторых, глава SK hynix опроверг возобновление переговоров между Western Digital и Kioxia о покупке бизнеса последней. Как известно, именно SK hynix своими возражениями сорвала эти переговоры в прошлом году. Неизменной остаётся позиция SK hynix по этому вопросу и сейчас, как отметил глава компании. Впрочем, он добавил, что если Kioxia готова к взаимовыгодному сотрудничеству с SK hynix, то последняя всегда готова рассмотреть соответствующие предложения.

Наконец, глава SK hynix признался, что компания готовится получить от ASML оборудование для производства чипов памяти с использованием EUV-литографии с высоким значением числовой апертуры. При этом он отказался пояснять, когда данное оборудование начнёт применяться компанией в условиях массового производства, но дал понять, что это произойдёт в нужный момент.

Нидерландская компания ASML остаётся крупнейшим производителем литографических сканеров — оборудования, необходимого для производства полупроводниковых компонентов. В прошлом квартале ей удалось увеличить объём заказов в денежном выражении в 3,5 раза по сравнению с предыдущими тремя месяцами года, до рекордных €9,2 млрд.

Источник изображения: ASML

Как поясняет Bloomberg, в числовом выражении сумма заказов выросла по итогам минувшего квартала с 2,6 до 9,19 млрд евро. Спрос толкали вверх преимущественно самые современные литографические сканеры. В прошлом году выручка ASML выросла на 30 % до 27,6 млрд евро, и генеральный директор Петер Веннинк (Peter Wennink) заявил, что это было пиковым значением прироста, поскольку повторить его в текущем году уже не получится.

Примечательно, что отраслевые аналитики оценивали портфель заказов ASML в четвёртом квартале примерно в 3,6 млрд евро, а по факту он оказался почти в три раза больше. Из общей суммы 9,19 млрд евро на долю самых современных систем для работы с EUV-литографией пришлось 5,6 млрд евро. Финансовый директор компании Роджер Дассен (Roger Dassen) пояснил, что товарные запасы на стороне клиентов приближаются к норме и определённо находятся на лучших уровнях, чем пару кварталов назад.

Высокий спрос на литографическое оборудование ASML со стороны китайских производителей чипов на протяжении 2023 года позволил компании компенсировать негативное влияние кризисных явлений в мировой экономике на собственную выручку. Если в первом квартале прошлого года китайские клиенты формировали только 8 % выручки ASML, то в четвёртом квартале их доля выросла до 39 %, превратив КНР в крупнейший рынок сбыта продукции компании. Кстати, в третьем квартале доля Китая достигала 46 % выручки ASML, поэтому в четвёртом квартале наблюдался некоторый спад, вызванный вступлением в силу новых санкций. Южная Корея остаётся вторым по величине рынком сбыта для ASML со своими 25 % общей выручки, на Тайвань приходятся 13 %, США довольствуются 11 %, а страны Европы, Африки и Ближнего Востока (EMEA) сообща формируют 8 % выручки компании, тогда как в первом квартале их доля не превышала 1 %. Переток заказов из Тайваня и США наблюдался не только в Китай, но и в регион EMEA.

Аналитики Citigroup ожидали роста портфеля заказов ASML в первой половине текущего года, но он произошёл несколько раньше, ещё в прошлом квартале. В следующем году бизнес ASML тоже будет расти. В прошлом квартале выручка компании последовательно увеличилась с 6,67 до 7,24 млрд евро. В текущем году, по оценкам руководства ASML, до 15 % китайской выручки компании пострадает от введённых ранее экспортных ограничений США. На фоне оптимистичной отчётности акции ASML выросли в Амстердаме в цене на 7,5 %, что является максимальным приростом с ноября 2022 года.

США активно сотрудничают с Японией и Нидерландами, чтобы запретить Китаю доступ к передовым полупроводниковым технологиям, использованным в 7-нанометровом чипе для Huawei Mate 60 Pro. Китайская компания SMIC, создавшая чип, продемонстрировала производственные возможности, вызвавшие серьёзную озабоченность в США. По информации от инсайдеров, SMIC пользовалась оборудованием ASML в сочетании с инструментами других компаний, что вызвало в Вашингтоне вопросы об эффективности контроля за передовыми технологиями.

Источник изображений: ASML

ASML играет ключевую роль в глобальной цепочке поставок чипов. Она обладает монополией на передовые системы литографии в сверхжёстком ультрафиолете (EUV), которые необходимы для производства самых передовых чипов, а также поставляет литографические сканеры для производства полупроводников по более зрелым техпроцессам.

ASML никогда не могла продавать свои системы EUV-литографии в Китай из-за экспортных ограничений. Но, по мнению отраслевых аналитиков, менее продвинутые системы для литографии в глубоком ультрафиолете (DUV) могут быть переоснащены оборудованием для осаждения и травления для производства 7-нанометровых и, возможно, даже более совершенных чипов.

Безусловно, этот процесс намного дороже, чем непосредственное использование EUV-литографии, что затрудняет масштабирование производства в конкурентной рыночной среде, однако китайское правительство готово взять на себя значительную часть затрат. Китайские компании уже много лет законно накапливают запасы DUV-оборудования, особенно после того, как в прошлом году США ввели экспортный контроль, к которому затем подключили Японию и Нидерланды. Но по словам источников, экспортные ограничения в отношении ASML были введены слишком поздно, чтобы остановить китайские успехи в производстве микросхем.

Давление со стороны США подтолкнуло правительство Нидерландов прошлым летом объявить о планах запретить компании ASML поставлять в Китай без лицензии три из четырёх своих самых передовых моделей машин для DUV-литографии, второй по мощности категории оборудования. В настоящее время ASML по-прежнему может экспортировать эту продукцию в Китай, но с января следующего года поставки будут полностью прекращены.

В этом году китайские производители микросхем увеличили количество заказов на литографическое оборудование в преддверии вступления экспортного контроля в полную силу в 2024 году. На долю Китая пришлось 46 % от всех продаж ASML в третьем квартале по сравнению с 24 % в предыдущем квартале и 8 % в первом.

Новые меры контроля, о которых администрация США объявила в этом месяце, ещё больше ограничивают экспорт оборудования для DUV-литографии. Согласно новым правилам, ASML по-прежнему сможет поставлять лишь свою наименее совершенную машину NXT:1980Di на китайские предприятия, производящие старые чипы. Это затронет поставки ASML на шесть заводов в Китае, включая одно предприятие SMIC. По прогнозам, новые экспортные ограничения в США и Нидерландах снизят поставки оборудования ASML в Китай на 15 %.

Эксперты полагают, что новые ограничения США на поставку оборудования для EUV-литографии теперь соответствуют ограничениям в Нидерландах. Но в вопросе регулирования DUV-машин США пошли дальше, что вызвало недовольство: группа голландских политиков, включая законодателей от двух партий правящей коалиции, призвала своё правительство выступить против новых мер США.

Генеральный директор ASML Питер Веннинк (Peter Wennink) также публично выступил против этих мер и предупредил, что они могут побудить Китай к разработке конкурирующих технологий. «Чем больше вы будете оказывать на них давление, тем больше вероятность, что они удвоят свои усилия», — заявил он.

«Соединённые Штаты провели свой собственный анализ безопасности. Они имеют на это право», — заявила министр внешней торговли Нидерландов Лейсье Шрайнемахер (Leisje Schreinemacher) в парламенте на этой неделе. Она полагает, что Европейский Союз должен играть более важную роль в обсуждениях с США по контролю за экспортом чувствительных технологий и собирается поднять этот вопрос перед премьер-министром Марком Рютте (Mark Rutte) в Брюсселе.

Несмотря на активную закупку ещё не попавшего под санкции зарубежного оборудования китайскими производителями чипов и некоторому прогрессу в части его импортозамещения, местная полупроводниковая промышленность всё ещё не может похвастать наличием адекватной для последующего прогресса производственной базой. Всё передовое оборудование китайского производства сосредоточено в научных лабораториях, а не на предприятиях отрасли.

Источник изображения: Bloomberg

Об этом, как поясняет South China Morning Post, на отраслевом мероприятии в августе рассказал заместитель председателя Китайской ассоциации производителей оборудования для выпуска электроники. Ли Цзиньсян (Li Jinxiang) дал понять, что китайской полупроводниковой отрасли предстоит преодолеть долгий путь, прежде чем удастся снизить зависимость от импортного оборудования. Ни одна из производственных линий на территории Китая, как он отметил, не оснащена литографической системой отечественного производства, поскольку основная их часть имеет статус прототипов и используется для научных изысканий.

Возможно, именно на этом убеждении основаны и выводы американских чиновников, которые после выхода на рынок смартфона Huawei Mate 60 Pro на базе выпущенного в условиях санкций китайского 7-нм процессора HiSilicon Kirin 9000s запустили собственное расследование. По словам министра торговли США Джины Раймондо (Gina Raimondo), это расследование установило, что у Китая нет возможности выпускать 7-нм чипы в массовых масштабах, если опираться на имеющиеся в распоряжении США доказательства.

Безусловно, Китай долгие годы пытается разработать собственные литографические системы передового класса, но лучшие модели полностью китайского оборудования этого типа, которые выпускает шанхайская компанией SMEE, сейчас способны работать только с 90-нм литографическими нормами. В этом отношении такой сканер на порядок уступает возможностям как японских, так и нидерландских образцов. Впрочем, китайские эксперты утверждают, что возлагать всю вину за отставание на туже компанию SMEE было бы несправедливо. Литографическая система состоит из множества компонентов, которые поставляются сторонними компаниями, и поставщики SMEE тоже заметно отстают от западных конкурентов. Сама компания только к концу года начнёт поставлять литографические системы, способные работать с 28-нм технологией. Чтобы продвинуться дальше возможности выпуска 7-нм чипов по обходным технологиям, как считают эксперты, китайским поставщикам нужно существенно продвинуться по всем ключевым компонентам.

По прогнозам аналитиков Albright Stonebridge Group, пройдёт не менее четырёх или пяти лет, прежде чем применимая в условиях массового производства литографическая система класса EUV появится в Китае стараниями местных разработчиков оборудования, полагающихся исключительно на локальных поставщиков компонентов. Лидером в поставках таких литографических сканеров на мировом рынке является компания ASML из Нидерландов, но власти этой страны запретили ей снабжать таким оборудованием китайских клиентов ещё в 2019 году, а теперь новые санкции готовятся расширить перечень запретов на более зрелую технику.

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.

На конференции Innovation 2023 компания Intel обновила информацию о своих планах по использованию литографических установок со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением и высокой числовой апертурой (High-NA EUV), которые должны стать краеугольным камнем её будущих техпроцессов. Согласно новому плану, серийное производство продукции на основе техпроцесса Intel 18A будет вестись на существующем оборудовании, а сканеры high-NA EUV станут использоваться для выпуска компонентов последующих поколений.

Источник изображения: anandtech.com

Системы с высокой числовой апертурой представляют собой новое поколение фотолитографических машин со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением. Они оборудуются оптикой с числовой апертурой 0,55 — на EUV-машинах первого поколения используется оптика с 0,33. Сканеры нового образца будут незаменимы при выпуске продукции по нормам менее 2 нм или 20 Å. В 2021 году Intel представила дорожную карту, согласно которой взяла на себя обязательство освоить «5 техпроцессов за 4 года», а также объявила, что станет ведущим заказчиком машин High-NA EUV от ASML и получит первый серийный экземпляр такой машины — она должна была заложить основу для узла Intel 18A.

Но уже после 2021 года компания скорректировала планы в «хорошую» сторону — ей удалось опередить график, и в 2022 году стало известно, что во второй половине 2024 года или в 2025 году производство по технологии Intel 18A будет уже прекращено. Но с учётом того, что дата выпуска машин High-NA EUV нидерландской ASML не изменились, возник вопрос, как эти системы впишутся в данную стратегию, и в особенности её часть, касающуюся узла Intel 18A. Как выяснилось, эта технология больше не предусматривает работы с передовым оборудованием — серийное производство компонентов на основе Intel 18A будет осуществляться на существующей технике, то есть на EUV-сканерах ASML NXE 3000. А линейка 18A станет лишь испытательной площадкой для оборудования High-NA EUV — в серийном производстве оно будет применяться для продукции последующих поколений. Пока эта продукция в документах компании проходит под общим обозначением Intel Next.

Глава Intel Пэт Гелсингер (Pat Gelsinger) в своём выступлении на Innovation 2023 заявил, что первая машина High-NA EUV поступит в конце текущего года. Он даже пошутил, что это будет рождественский подарок для доктора Энн Келлехер (Ann Kelleher), исполнительного вице-президента Intel и директора компании по развитию технологий. Производитель, по его заверению, хорошо продвинулся в работе над Intel 18A: уже почти готов комплект PDK 0.9 (Process Design Kit) — последняя предсерийная версия. Запуск серийного производства на основе этой технологии запланирован на I квартал 2024 года. Предположительно речь идёт о процессорах семейства Panther Lake.

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.