Слишком сложно: почему прогресс в создании чипов приостановился
Новая машина для производства полупроводников от глобального монополиста не вызвала энтузиазма

Дмитрий Мигунов
28 мая 2024

Оборудование нового поколения для производства полупроводников нидерландской компании ASML избыточно для создания самых продвинутых микрочипов с новейшим технологическим процессом - и слишком дорого. Так утверждает крупнейший производитель чипов в мире, тайваньская TSMC. Эта ситуация свидетельствует о сверхсложности дальнейшего прогресса в производстве чипов, что может его замедлить и дать шанс отстающим сейчас игрокам, например Китаю. Подробности - в материале "Известий".

Голландская гегемония

Фотолитография, процесс нанесения рисунка на плату при помощи сложного оборудования, представляет собой ключевой этап производства чипов. Мировая полупроводниковая индустрия довольно высоко монополизирована, ей серьезно занимаются компании всего из нескольких стран: Тайваня, Южной Кореи, Японии и США. Однако по сравнению с производством машин для фотолитографии - это еще очень конкурентная отрасль. Оборудование, позволяющее выпускать современные чипы на новейших технологических процессах, создается всего одной фирмой в мире.

Ей является нидерландская ASML. В общем объеме рынка машин для литографии она занимает примерно две трети, а для современных технологических процессов 5 нм, 3 нм и 2 нм (по которым выпускаются, например, полупроводники для смартфонов) - все 100%.

Совсем недавно это была небольшая компания, которая занимала несколько деревянных строений в технопарке корпорации Philips на окраине Эйндховена. По большей части ASML существовала за счет мелких заказов от головной компании и государственных субсидий. Переломный момент наступил, когда компания смогла овладеть технологией фотолитографии в экстремальном ультрафиолете (EUV), которая долгое время считалась нереализуемой из-за физических ограничений. Для доведения технологии "до кондиции" потребовалась пара десятилетий, прежде чем в 2010-е годы она наконец вышла на широкий мировой рынок.

Осторожность - мать мудрости: Китай запрещает чипы Intel и AMD в компьютерах для госструктур
В КНР занялись обеспечением технологического суверенитета страны

Это был джекпот: EUV оказалась единственной технологией, обеспечивающей производство ультрасовременных чипов. Для полупроводников на техпроцессе 7 нм еще возможно использовать машины прошлого поколения с литографией в глубоком ультрафиолете (DUV), для меньших - невозможно. Таким образом, EUV-технология является доминирующей на рынке, и альтернативы этим машинам нет.

Новое, но дороговатое

Пока нет. В середине апреля все та же ASML представила образцы чипов, выпущенных при помощи нового литографического сканера, работающего по технологии экстремального ультрафиолета с высокой числовой апертурой (High NA EUV). Пока собрана только одна такая машина - на заводе компании. ASML говорит, что эта технология позволит создавать чипы на техпроцессе менее 2 нм. Стоит сразу заметить, что этот техпроцесс еще далек от массового производства: даже мелкосерийное начнется, предположительно, в 2025 году. Что уж говорить о более продвинутых техпроцессах, которые в данный момент только разрабатываются.

Так или иначе, новое оборудование восторга у производителей не вызвало, даже несмотря на то, что по замыслу должно уменьшить размеры чипов на две трети.

Вице-президент по развитию TSMC Keвин Чжан заявил, что для производства полупроводников по новой технологии A16, которое, предположительно, начнется во второй половине 2026 года, хватит и традиционного EUV-оборудования. Что касается новых машин, то к ним есть серьезные вопросы по цене и удобству. Один High NA EUV-агрегат стоит $350 млн (против $200 млн за обычную EUV-машину), а весит как два самолета Airbus. Фактически один сканер представляет собой мини-завод. На данный момент в рабочем состоянии находится один такой аппарат в Вельдховене (Нидерланды), еще два готовятся к работе. Крупнейший производитель в мире не уверен, что игра стоит свеч.

На самом деле на новую технику спрос есть. Американская Intel сейчас пытается компенсировать десятилетия отставания в части производства чипов именно за счет внедрения новейших технологий, которым, как принято говорить, "аналогов нет". Сделать это будет непросто. Когда-то Intel была пионером в физическом производстве чипов, но эти времена далеко в прошлом. "Акт о чипах и науке", принятый конгрессом США, подразумевает выделение более $52 млрд (из них $39 млрд на прямые субсидии) на локализацию полупроводникового производства в Америке. Компании, получив серьезные налоговые льготы, немедленно включились в процесс. Но пока имеются проблемы просто со строительством заводов - для этого нет персонала. Отметим, что затруднения происходят у TSMC, которая на данный момент имеет значительно более серьезные компетенции в области производства чипов, чем тот же Intel.

Замедление прогресса

Все это демонстрирует главную трудность нынешней гонки чипов - постоянно растущую дороговизну и комплексность производства. Об этом же говорит и Кевин Чжан: издержки постоянно растут, причем по всем параметрам. Это касается не только машин и оборудования, но и строительства, электроэнергии, сырья, а также рабочей силы, требующей сложную подготовку.

Микрореволюция: производство чипов может стать дешевле в 10 раз
Японцы обещают уничтожить монополию на рынке машин для изготовления полупроводников

Между тем отдача постепенно убывает. Закон Мура в буквальном смысле уже не работает. Если 3 нм-процесс был запущен в 2022 году (причем в ограниченных количествах), 2 нм пойдет в серию только в конце 2025 года, а скорее в 2026-м. Уменьшение техпроцессов до 1,4 нм может занять еще несколько лет, и это в любом случае не сокращение в два раза.

Производители электронной техники начинают приходить к выводу, что эффективность работы систем надо обеспечивать чем-то отличным от постоянного увеличения мощности и уменьшения размера полупроводников.

Экстремальный успех: Китай начал догонять в гонке микрочипов
Китайцы овладели производством продвинутых машин для фотолитографии

Вопрос стоимости все еще актуален. Недавно решение предложила японская Canon, которая намеревается создавать рисунок микросхемы на форме и штамповать его непосредственно на полупроводниковую пластину. Представители корпорации говорят, что такая технология будет на 90% выгоднее как в части финансовых издержек, так и энергетических. Однако только время покажет, годится ли эта технология для массового производства чипов, используемых в процессорах (возможно, она будет более успешной при выпуске чипов памяти).

Замедление и удорожание новейших технологий производства играет на руку тем, кто пытается сейчас догнать или хотя бы не сильно отстать в нынешней гонке. Речь идет в первую очередь не только о США, но и о Китае. В КНР запрещены поставки EUV-машин от ASML - не позволяют санкции США. В то же время для производства полупроводников 7 нм китайским компаниям хватает и более простого оборудования. Для более сложного китайцы планируют разработать свои литографические машины: по некоторым сообщениям, первые образцы уже могут производить чипы 28 нм. Это намного хуже, чем у лидеров, и представляет собой технологию 10–12-летней давности. Тем не менее этого вполне достаточно и даже избыточно для удовлетворения нужд, скажем, военной индустрии. Но для коммерческой конкуренции нужно что-то большее - а точнее, меньшее. Замедление прогресса в этой сфере дает китайцам шанс немного подтянуться.