О напряжённых отношениях между США и Китаем уже много рассказано. Но хотелось бы обратить внимание на последствия, вызванные действиями американского правительства. С одной стороны США отрезают Китай от полупроводниковых технологий, а с другой – неосознанно создают условия для развития Китаем собственной отрасли. Об этом и расскажет вам в данной статье редакция Портала PRC.TODAY.
(Caixin) — Юкио Сакамото, 73-летний ветеран японского чипмейкерского бизнеса, прошлой осенью занял должность старшего вице-президента в Tsinghua Unigroup, ведущем китайском высокотехнологичном конгломерате, связанном с известным университетом Цинхуа. Его роль заключается в наблюдении за запуском бизнеса по производству микросхем памяти DRAM.
Это выглядело как смелое решение и, возможно, непродуманный шаг, учитывая, что технологическое соперничество между США и Китаем становилось всё более напряжённым в последнее время. США продолжают наносить один удар за другим по китайским производителям полупроводников Huawei Technology и Semiconductor Manufacturing International Corp., известным как SMIC, что делает пугающей идею запуска нового чипмейкерского бизнеса в Китае.
Но Сакамото сохраняет оптимизм
«Мы живём в мире, где у опоздавших есть больше шансов догнать действующих лидеров. Потому что полупроводниковые технологии сегодня развиваются медленнее, поскольку малость транзисторов приближается к пределам с точки зрения физики и оптики» – сказал он Nikkei Asia.
Он не говорит о ближайших условиях для строительства нового завода по производству микросхем памяти, которые далеки от идеала. Пока неясно, как долго китайским компаниям будет разрешено импортировать американское оборудование для производства чипов и программное обеспечение для проектирования чипов, хотя по состоянию на 19 октября Unigroup не была названа в качестве объекта ограничения ни одним государственным учреждением США.
Скорее, Сакамото говорит о долгосрочных перспективах развития Китаем собственных навыков изготовления кремниевых пластин и технологических возможностей для внутренних поставок чипмейкерских материалов, оборудования и программного обеспечения.
Новые возможности
История говорит нам, что смена технологической парадигмы может создать возможности для новых игроков, и Сакамото видит, как это происходит сегодня в полупроводниковом секторе.
Закон Moore остаётся в книгах. В нём говорится, что число транзисторов в интегральной микросхеме удваивается каждые 18-24 месяца. Это было предсказано соучредителем Intel Gordon Moore в 1960-х годов до середины 2000-х годов индустрия шла в ногу с законом, сокращая размеры транзисторов и схем, построенных на поверхности кремниевой пластины.
Но миниатюризация столкнулась со стеной около 15 лет назад. Размер транзисторов сократился примерно до 30 нанометров (30 миллиардных долей метра), измеряемых шириной центрального электрода, называемого «затвором». Поэтому скорость миниатюризации замедлилась.
Чипмейкеры, тем не менее, продолжали сокращать номера, обозначающие их последние поколения чипов, начиная с 32 нм до 22 нм, до 14 нм и до 10 нм. Но эти цифры перестали представлять реальные размеры транзисторных вентилей после середины 2000-х годов, став чем-то вроде фирменных этикеток.
Например, фактическая длина затвора транзистора в логическом чипе «7 нм», сделанном в прошлом году Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp., известном как TSMC, составляла где-то около 18 Нм, по словам профессора Токийского университета Toshiro Hiramoto. Это резкое отклонение от чипов «32 нм», длина затвора которых на самом деле была 32 нм или меньше.
Из-за возросшей сложности и удорожания миниатюризации чипмейкеры обращаются к так называемым трёхмерным технологиям, которые используют пространство над обычной поверхностью пластины для загрузки большего количества транзисторов на чип.
Например, самый продвинутый чип флэш-памяти NAND, обычно используемый для хранения данных и изображений в смартфонах и персональных компьютерах, структурирован в виде целых 96-128 слоев интегральных схем, уложенных поверх нижней пластины матрицы.
В то время как слои увеличиваются и весь чип утолщается, миниатюризация транзисторов обратилась вспять в мире флэш-памяти.
Сегодня типичный размер транзисторов флэш-чипа находится где-то в диапазоне 22-32 Нм, что больше, чем 14-нм транзисторы, используемые в флэш-памяти несколько лет назад, по мнению отраслевых экспертов.
Фотолитография
Такой сдвиг значения от миниатюризации к 3D-технологиям, вероятно, повлияет на позицию отрасли в отношении самой сложной части процесса производства чипов-фотолитографии.
Фотолитография – это процесс, при котором план схемы отпечатывается на фоточувствительной поверхности кремниевой пластины путём излучения света к пластине через стеклянную пластину, называемую фотомаской. На которой рисуются изображения плана схемы. Это похоже на традиционный процесс разработки фотографий, когда изображение, полученное на прозрачной пленке, отпечатывается на бумаге, проецируя свет через негативную пленку на фото-сенсибилизированную бумагу.
По мере того как схемы ещё больше уменьшаются, процесс требует более коротких волн света для лучшего разрешения. Наиболее продвинутая миниатюризация требует невидимого света экстремального ультрафиолетового или EUV спектрального диапазона.
Технология литографии EUV настолько сложна в разработке, что все, кроме одной компании по производству литографических машин, ASML из Нидерландов, отказались от нее.
Считается, что ASML, завещавшая монополию, продаёт одну литографическую машину EUV по цене от 120 до 170 миллионов долларов. Когда производитель чипов заключает сделку с ASML, он покупает машину, применимую только к крошечным частям всего процесса изготовления чипов и которая приносит лишь скромные эффекты миниатюризации, говорят отраслевые эксперты.
Машины EUV сегодня используются только для логических чипов – таких, как микропроцессоры ПК, система на чипах в смартфоне и графические процессоры для игр и хруста данных искусственного интеллекта. Из-за сложности схемной композиции логические чипы не смогли полностью развернуть технологии 3D-слоя.
Когда они это сделают, стоимость и сложность развертывания литографии EUV могут стать менее оправданными.
Производители флэш-памяти фактически пропустили EUV. И «память DRAM вряд-ли потребует EUV, насколько я могу судить» – прогнозирует Сакамото, руководивший бизнесом DRAM в различных компаниях, включая Texas Instruments, United Microelectronics (UMC) на Тайване и Elpida Memory в Японии, которая сегодня является японским заводом Micron Technology.
Если стружко-дробильный завод начинает использовать литографию EUV, он требует, чтобы многие другие процессы также были оптимизированы для литографии EUV. А это означает огромные капитальные вложения для различных видов передового оборудования. Чем совершеннее оборудование, тем меньше поставщиков, что делает более эффективными американские запреты.
Выбор производителя
Но если можно пропустить литографию EUV, то доступный выбор оборудования для производства чипов увеличивается.
Существует больше вариантов для процесса литографии без EUV, чем EUV. Японские Nikon и Canon делают литографские машины без EUV. До сих пор их поставки китайским чипмейкерам не были заблокированы США.
Некоторые китайские компании, включая саму Huawei Technology, упорно трудятся над созданием собственных литографских машин. Имеются сообщения об успехах в создании прототипов литографической машины с использованием глубинно-ультрафиолетовой аргон-фторидной эксимерлазерной иммерсионной технологии, наиболее продвинутой среди технологий литографии.
Кроме того, Yangtze Memory, дочерняя компания Unigroup, объявила в июне, что ей удалось разработать производственные мощности для 128-слоистых 3D-чипов флэш-памяти и начать коммерческое производство к концу года.
Полупроводниковая отрасль блокируется Штатами
США, похоже, сосредоточились на EUV в попытках заблокировать Китай от получения передовых полупроводниковых технологий. Сообщалось, что США успешно убедили голландское правительство заблокировать ASML от продажи машин EUV SMIC. Но, как показывает Янцзы, Китай накапливает ноу-хау в области 3D-чипмейкинга, которое в конечном итоге будет применимо к передовым логическим чипам и поможет стране избежать зависимости от миниатюризации на основе EUV.
Конечно, существует суровая реальность, что большинство изделий не литографического оборудования, обрабатывающих десятки стадий производства чипов, производятся почти исключительно американскими и японскими компаниями. В процессе тонко-слойного осаждения, имеющем решающее значение для многослойного 3D-чипмейкинга, преобладают прикладные материалы США, и поверхностные инспекторы KLA-Tencor США не-заменимы в завершении каждого такого слоя.
Независимо от того, задействована ли технология 3D, если доступ к американскому оборудованию будет заблокирован, это отключит любого производителя чипов в строительстве или расширении его производственных мощностей.
Потенциал Китая
Однако в долгосрочной перспективе эксперты полагают, что Китай способен расширить свои возможности во всех смежных секторах-материалах, оптике, химии, управлении технологическими процессами изготовления пластин, контроле поверхности, функциональном тестировании и так далее.
Тошиаки Икома, бывший президент Японской дочерней компании Texas Instruments и бывший главный технический директор Canon, был главным технологическим директором SMIC в середине 2000-х гг. основываясь на своем опыте там, он считает, что Китай имеет достаточное количество способных учёных и инженеров для разработки собственного чипмейкерского оборудования и программного обеспечения для проектирования чипов.
«Их национальная стратегия, направленная на то, чтобы отправить много студентов в американские школы и компании, а затем репатриировать их, как морских черепах, которая продолжается уже несколько десятилетий, приносит свои плоды» – сказал он Nikkei.
Хидеки Вакабаяси, профессор Токийского университета науки, говорит, что развитие всей цепочки поставок оборудования и материалов для производства чипов не может быть сделано быстро. Но «существует возможность для Китая стать доминирующей страной в этой области через 10-20 лет из-за его изобилия специалистов во всех областях науки и техники» – сказал он.
А технологические тренды – это плюс для таких опоздавших, как Китай. «Новые технологии, такие как новые материалы, 3D, усовершенствованная упаковка, дизайн чипов с помощью искусственного интеллекта и облачное производственное сотрудничество – всё это создаст новые возможности для новых игроков» – сказал Сэмуель Ван, вице-президент по исследованиям Gartner.
Сакамото сказал, что он был впечатлён, когда в начале этого года беседовал с китайским бизнес-лидером. «Он сказал мне, что китайские технологические лидеры теперь благодарны мистеру Трампу. И только за то, что он помог им стать решительно настроенными развивать технологии самостоятельно» – сказал Сакамото.
Возможно, это правда, что технологическое сжатие США сокрушило публичную мечту президента Си Цзиньпин о том, чтобы Китай обеспечил 70% своего собственного спроса на полупроводники к 2025 году. По данным IC Insights, в 2019 году Китай обеспечил 16% своего собственного спроса. Но политика США может повысить долгосрочную вероятность того, что Китай осуществит мечту Си Цзиньпин.
Статья о Китае написана Порталом PRC.TODAY по материалам автора агентства Caixin – Ken Koyanagi.
Если вам понравилась статья или появились вопросы, оставьте ваш комментарий или обсудите эту статью на форуме.
Большинство американских компаний уверены в перспективах Китая
Пекин — неопытным компаниям: держитесь подальше от производства чипов
