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.