Самая важная технология в мире? Это была стратегическая ошибка грандиозных масштабов

Это была стратегическая ошибка грандиозных масштабов. США с самого начала сыграли решающую роль в разработке полупроводниковых технологий, которые лежат в основе сегодняшней революции в области искусственного интеллекта. Тем не менее, монополией на этот процесс сейчас владеет голландская фирма, а в производстве доминируют азиатские производители.

Машины для литографии в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне, пожалуй, являются самыми значимыми электронными устройствами в мире прямо сейчас. Их появление позволило производить чипы, обеспечивающие поэтапное изменение вычислительной мощности, прокладывая путь для нового поколения инструментов искусственного интеллекта. Масштабные и многоуровневые вычисления, выполняемые платформами искусственного интеллекта, такими как ChatGPT от OpenAI и Gemini от Google, ускоряют множество задач, обычно выполняемых людьми. Это сделало доступ к технологиям EUV вопросом национальной экономической безопасности США и Китая.


Как Америка проиграла в ключевых технологиях производства микросхем
СМОТРИТЕ: Как Америка проиграла в ключевых технологиях производства микросхем
Проблема Вашингтона и Пекина в том, что машины EUV производятся только одной компанией: ASML Holding NV. Каждое устройство размером с автобус и стоит более 200 миллионов долларов за штуку. На данный момент поставлено более 200, что превратило ASML в самый ценный технологический актив Европы с рыночной капитализацией, превышающей 350 миллиардов долларов.

Как США удалось уступить контроль над этой важнейшей технологией? Одна из причин заключается в том, что относительно немногие руководители отрасли когда-либо думали, что EUV может работать. Другая причина: неверные оценки со стороны того, кто долгое время был крупнейшим производителем микросхем в мире, Intel Corp.

Почти атомный масштаб
Кремниевые чипы состоят из транзисторов – по сути, серии вентилей и переключателей, которые являются физическим воплощением нулей и единиц современных вычислений. Чтобы сделать компьютеры более мощными, инженеры-полупроводники находятся в постоянном стремлении уменьшить размеры транзисторов. Первые транзисторы, изобретенные в середине прошлого века, были длиной около сантиметра. Сейчас они имеют всего несколько нанометров в поперечнике, или несколько миллиардных долей метра.

В первые несколько десятилетий производства микросхем видимый свет использовался для выжигания рисунков на кремнии для создания транзисторов – процесс, известный как литография, – прежде чем промышленность перешла на ультрафиолетовый свет. В 1980-х ученые начали задаваться вопросом, каким образом производство микросхем может достичь почти атомных масштабов, необходимых для поддержания темпов инноваций. Исследователи из Bell Labs в Нью-Джерси начали изучать технологию экстремального ультрафиолетового излучения, за ними последовали три национальные лаборатории Министерства энергетики: Лоуренс Ливермор, Лоуренс Беркли и Сандиа. Министерство сельского хозяйства США в конечном итоге вложило в исследование десятки миллионов долларов.

Ставки в производстве микросхем
За 12 лет, прошедших с тех пор, как Intel инвестировала в ASML, конкуренты обогнали ее


Источник: Bloomberg

По мере того, как эти учреждения добивались прогресса в некоторых технических элементах, они поняли, что поддержка отрасли будет необходима для вывода этого на рынок. В 1997 году было создано государственно-частное партнерство под названием EUV LLC, в состав которого вошли американские компании Intel, Advanced Micro Devices Inc. и Motorola Inc. В конечном итоге оно расширилось и включило литографические фирмы Silicon Valley Group Inc. и ASML, которые также были вовлечены в аналогичный исследовательский консорциум EUV в Европе.

В то время японские Nikon Corp. и Canon Inc. были крупнейшими игроками в литографии, и Япония казалась самой большой угрозой доминированию США в производстве микросхем. Таким образом, Вашингтон не захотел давать азиатской стране преимущество в гонке за новой технологией, вместо этого поддержав усилия Silicon Valley Group и ASML. Голландская компания пошла ва-банк на EUV и провела последующие годы, пытаясь использовать его потенциал. В 2001 году ASML заплатила 1,1 миллиарда долларов за покупку Silicon Valley Group, оставив в гонке всего одну лошадь. В то время ожидалось, что EUV станет коммерчески жизнеспособной к 2006 году.

Техническая проблема
Это оказалось чрезмерно оптимистичным. Технология чрезвычайно сложная. Она включает в себя взрыв капель олова мощным лазером 50 000 раз в секунду, генерируя плазму, излучающую EUV-свет. Поскольку такой свет не встречается естественным образом на земле – фактически, он поглощается воздухом, – процесс должен происходить в вакууме. Затем свет фокусируется рядом зеркал, отражаясь от прицельной сетки. Это рисунок на стекле или зеркале, который блокирует и поглощает некоторое количество света (название происходит от перекрестия прицела на прицеле пистолета) и при этом создает рисунок схем, которые должны быть выгравированы на чипе.

Из-за масштаба, в котором работают эти устройства, зеркала, изготовленные немецкой Zeiss, должны быть почти невероятно гладкими: самые большие дефекты имеют высоту в один атом. ASML утверждает, что если бы зеркало было масштабировано до размеров страны, то самый высокий выступ был бы всего 1 миллиметр в высоту. А взрывать расплавленное олово лазером небезопасно. Требовались регулярные очистки, что означало много простоев. Из-за этого было трудно понять, насколько машины могут быть экономичными: предприятия по производству полупроводников должны работать практически 24 часа в сутки, семь дней в неделю, чтобы оправдать миллиарды долларов, потраченных на их создание.




Потребовалось до 2012 года, чтобы отрасль начала думать, что технология действительно может быть осуществима. И это все еще требовало большого притока капитала. Таким образом, ASML обратилась к своим крупнейшим клиентам: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. инвестировала 1,4 миллиарда долларов, Samsung Electronics Co. вложила 974 миллиона долларов, а Intel выделила целых 4,1 миллиарда долларов. Тогда трем производителям микросхем принадлежало около четверти акций ASML.

Уловка сработала, и к 2018 году ASML начала поставлять машины EUV в значительном количестве. Несмотря на то, что большая часть первых разработок производилась в США, а Intel была крупнейшим промышленным спонсором ASML, ни одно из первых поколений машин не досталось Intel.


Это был выбор не ASML. Это был выбор Intel. Тогдашний генеральный директор Брайан Кржанич не был уверен, что технология сможет функционировать в экономичном масштабе. Он делал ставку на то, что сможет заставить работать существующую технологию, пока то, что он считал проблемами с EUV, не было устранено. У него были веские основания быть уверенным: Intel неизменно лидировала среди своих конкурентов в области передовых процессов производства микросхем.

Это оказалось ошибкой. TSMC, использующая процесс EUV, впервые обогнала Intel в технологическом плане примерно в 2018 году. Тайваньская компания управляет так называемым литейным производством, где заказчики, включая Apple, Nvidia и AMD, разрабатывают свои собственные чипы, а затем заключают контракты с TSMC на их производство.

Тем временем Intel изо всех сил пыталась обеспечить надежную работу своего альтернативного подхода к литографии микросхем с использованием множественных шаблонов. К тому времени, когда процесс был отлажен до такой степени, что он стал жизнеспособным в крупном масштабе, TSMC и Samsung уже производили еще более совершенные полупроводники.

Вызов Китаю
Для США были более серьезные последствия, поскольку TSMC также поставляла китайские компании, такие как Huawei Technologies Co., фирма, к которой администрации Дональда Трампа и Джо Байдена относились с подозрением. Чипы, изготовленные по технологии EUV, начали поставляться в смартфонах Huawei, начиная с 2019 года. Таким образом, технология, которая частично финансировалась за счет американского капитала и для которой часть базовых исследований проводилась в американских лабораториях, скорее всего, пойдет на пользу ее главному геополитическому конкуренту.

Если бы Китай мог производить или покупать самые передовые чипы, это помогло бы ему внедрить искусственный интеллект не только в промышленности, но и, возможно, в военных целях. Несмотря на значительные технологические возможности, Китаю по-прежнему приходится импортировать большую часть необходимых ему полупроводников. Обеспечение собственных мощностей EUV стало приоритетом.

Примерно с начала десятилетия США опирались на правительство Нидерландов, чтобы помешать ASML продавать какие-либо устройства в Китай. Пока что эти усилия увенчались успехом: в Китае по-прежнему нет машин EUV.

Следующий шаг Intel
Тем временем Intel по-прежнему страдает от своего просчета.

“Мы предприняли большие шаги, чтобы избежать необходимости в EUV, и, как вы видите, это привело к дефициту мощности, производительности, площади и стоимости”, — заявил в апреле Пэт Гелсингер, занявший пост генерального директора Intel в 2021 году.

Фондовый рынок иллюстрирует масштаб ошибки. Еще в 2012 году, когда Intel инвестировала в ASML, рыночная капитализация Intel была в 15 раз больше, чем у Nvidia, и почти вдвое больше, чем у TSMC. Сейчас это лишь малая часть того и другого: Intel оценивается в 164 миллиарда долларов, TSMC — в 650 миллиардов долларов, а Nvidia — в 2,2 триллиона долларов. Во многом это связано с отсутствием у Intel доступа к EUV.

Гелсингер стремится не повторить ошибку своего предшественника. Intel делает все возможное для создания следующего поколения EUV: с высокой числовой апертурой. В этом подходе используются новые оптические системы для фокусировки света в еще меньшей точке, и компания уже установила первую предсерийную модель на заводе в штате Орегон.




Подробнее: ASML, самая ценная технологическая фирма Европы, находится в центре американо-китайской войны за микросхемы



www.bloomberg.com/news/articles/2024-04-11/euv-chipmaking-how-us-lost-control-of-cutting-edge-semiconductor-tech?srnd=homepage-europe