Yukio Sakamoto, un veteran în afaceri japonez de 73 de ani, ocupă din toamna trecută un post de vicepreședinte senior la Tsinghua Unigroup, un conglomerat chinez de înaltă tehnologie, afiliat la renumita Universitate Tsinghua. Rolul său este de a supraveghea lansarea unei afaceri de producție a cipurilor de memorie DRAM, potrivit asia.nikkei.com.

Părea o decizie îndrăzneață și poate o mișcare prost concepută, având în vedere că rivalitatea tehnologică SUA-China a devenit tot mai puternică. SUA continuă să crească presiunea asupra producătorilor chinezi de semiconductori Huawei Technology și Semiconductor Manufacturing International Corp., cunoscut sub numele de SMIC, descurajând.ideea lansării unei noi afaceri de fabricare a cipurilor în China.

Dar Sakamoto rămâne optimist.

„Trăim într-o lume în care ultimii sosiți au șanse mai mari să ajungă din urmă cu liderii actuali”, a spus el pentru Nikkei Asia, „deoarece tehnologia semiconductoarelor progresează mai lent astăzi, datorită reducerea pe mai departe a dimensiunii tranzistoarelor se apropie de limite în ceea ce privește fizica și optica.”

El nu vorbește despre condițiile pe termen scurt pentru construirea unei noi fabrici de cipuri de memorie, care sunt departe de a fi ideale. Nu este sigur cât timp li se va mai permite companiilor chineze să importe echipamente de fabricare și software-uri de proiectare a cipurilor din SUA, deși, din 19 octombrie, Unigroup nu a fost desemnat ca fiind vizat de vreo restricție de către nicio agenție guvernamentală din SUA.

Mai degrabă, Sakamoto vorbește despre perspectivele pe termen mai lung pentru China de a-și dezvolta propriile abilități de fabricare a napolitelor de siliciu și capacitățile tehnologice pentru furnizarea pe piața internă a materialelor, echipamentelor și software-ului pentru fabricarea cipurilor.

Istoria ne spune că o schimbare de paradigmă tehnologică poate crea oportunități pentru jucătorii emergenți, iar Sakamoto vede astăzi acest lucru în sectorul semiconductorilor.

Creșterea tehnologiei 3D

Legea lui Moore rămâne valabilă. Se spune că numărul de tranzistoare într-un cip cu circuit integrat se dublează la fiecare 18 până la 24 de luni. A fost prezis de cofondatorul Intel Gordon Moore în anii 1960. Până la mijlocul anilor 2000, industria a ținut pasul cu legea prin micșorarea dimensiunii tranzistoarelor și a circuitelor construite pe o suprafață a unei matrițe de silicon.

Dar miniaturizarea a ajuns „la un zid” acum 15 ani. Dimensiunea tranzistoarelor se micșorase și ajunsese la aproximativ 30 nanometri, măsurată prin lățimea unui electrod central numit „poartă”. Prin urmare, viteza miniaturizării a încetinit ulterior.

Cu toate acestea, producătorii de chip-uri au continuat să reducă numerele care însoțesc ultimele generații de chip-uri, trecând de la 32nm la 22nm, la 14nm și la 10nm. Dar aceste numere au încetat să mai reprezinte dimensiunile reale ale porților tranzistorului după mijlocul anilor 2000, devenind ceva asemănător etichetelor de marcă.

De exemplu, lungimea reală a porții unui tranzistor într-un cip logic „7nm” realizat anul trecut de Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp., cunoscută sub numele de TSMC, era undeva la 18 nm, potrivit profesorului Universității din Tokyo Toshiro Hiramoto. Este o abatere puternică de la jetoanele „32 nm”, a căror lungime a porții era de fapt de 32 nm sau mai mică.

Datorită dificultății sporite și a costului în creștere al miniaturizării, producătorii de cipuri apelează la așa-numitele tehnologii tridimensionale care fac uz de spațiul de deasupra suprafeței convenționale pentru a încărca mai mulți tranzistori pe un cip.

De exemplu, cel mai avansat cip de memorie flash NAND, utilizat în mod obișnuit pentru stocarea de date și imagini în smartphone-uri și computere personale, este structurat în până la 96 până la 128 de straturi de circuite integrate stivuite în partea superioară a matriței inferioare.

În timp ce straturile cresc și întregul cip se îngroașă, miniaturizarea tranzistorului s-a inversat în lumea memoriei flash.

Astăzi, dimensiunea tipică a tranzistorului unui cip flash este undeva în intervalul 22-32 nm, mai mare decât tranzistoarele de 14 nm utilizate în memoria flash cu câțiva ani în urmă, potrivit experților din industrie.

O astfel de schimbare a importanței de la miniaturizare la tehnologiile 3D poate afecta poziția industriei în ceea ce privește cea mai dificilă parte a procesului de fabricare a cipurilor, fotolitografia.

Fotolitografia este un proces în care un plan de circuit este imprimat pe suprafața fotosensibilizată a unei plăci de siliciu prin transmiterea luminii printr-o placă de sticlă numită mască foto pe care sunt desenate imaginile planului de circuit. Acesta este ca procesul tradițional de dezvoltare a fotografiilor, în care o imagine capturată pe film transparent este imprimată pe hârtie prin proiectarea luminii prin filmul negativ către hârtia fotosensibilizată.

Pe măsură ce circuitele se miniaturizează în continuare, procesul are nevoie de lumini cu unde mai scurte pentru o rezoluție mai bună. Cea mai avansată miniaturizare necesită lumină invizibilă din gama ultravioletă extremă sau spectrul EUV.

Eliberarea de EUV

Tehnologia litografică EUV este atât de dificilă și costisitoare de dezvoltat încât ea a fost abandonată de toată lumea, cu excepția unei singure companii de mașini de litografie, ASML din Olanda.

ASMLse crede că vinde o mașină de litografie EUV la un preț cuprins între 120 și 170 de milioane de dolari. Atunci când un producător de cipuri încheie o tranzacție cu ASML, cumpără o mașină poate fi utilizată doar în părți minuscule ale întregului proces de fabricație a cipurilor și care produce doar efecte modeste de miniaturizare, spun experții din industrie.

Mașinile EUV de astăzi sunt folosite doar pentru cipuri logice – cum ar fi microprocesoarele PC-urilor, sistem-pe-cipuri într-un smartphone și procesoare grafice pentru jocuri și analiza prin inteligeță artificială a datelor. Datorită complexității compoziției circuitului, cipurile logice nu au reușit să implementeze pe deplin tehnologiile de strat 3D.

Atunci când o fac, costul și dificultatea utilizării litografiei EUV pot deveni mai puțin justificate.

Producătorii de memorie flash au omis de fapt EUV. Și „este puțin probabil ca memoriile DRAM să necesite EUV din câte văd eu”, prezice Sakamoto, care a condus afaceri DRAM la diferite companii, inclusiv Texas Instruments, United Microelectronics (UMC) din Taiwan și Elpida Memory of Japan, care astăzi este fabrica japoneză a Micron Technology’s.

Dacă o fabrică de fabricare a cipurilor începe să utilizeze litografia EUV, este nevoie de multe alte procese, de asemenea, pentru a fi optimizate pentru litografia EUV, ceea ce înseamnă investiții masive de capital pentru diferite tipuri de echipamente avansate. Cu cât echipamentul este mai avansat, cu atât sunt mai puțini furnizori, ceea ce face interdicțiile din SUA mai eficiente.

Dar dacă se poate sări peste litografia EUV, opțiunile disponibile pentru echipamentul de fabricare a cipurilor cresc.

Există mai multe opțiuni pentru procesul de litografie non-EUV decât EUV. Nikon și Canon din Japonia produc mașini de litografie non-EUV. Până în prezent, livrările lor către producătorii de cipuri chinezi nu au fost blocate de SUA

Unele companii chineze, inclusiv tehnologia Huawei în sine, au lucrat din greu pentru a-și dezvolta propriile mașini de litografie. Există rapoarte despre succesele realizării prototipurilor unei mașini de litografie utilizând tehnologia de imersie profundă cu laser excimer-fluorură de argon-ultraviolet, cea mai avansată dintre tehnologiile de litografie non-EUV.

În plus, Yangtze Memory, afiliat la Unigroup, a anunțat în iunie că a reușit să dezvolte o capacitate de producție pentru cipuri de memorie flash 3D cu 128 de straturi și va începe producția comercială până la sfârșitul anului.

SUA se pare că s-au concentrat pe EUV în eforturile de a împiedica China să obțină tehnologii avansate de semiconductori. S-a raportat că SUA au convins cu succes guvernul olandez să blocheze ASML de la vânzarea mașinilor EUV către SMIC. Dar, așa cum arată Yangtze, China acumulează know-how în abilitățile de fabricare a cipurilor 3D, care vor fi în cele din urmă aplicabile cipurilor logice avansate și vor ajuta țara să evite dependența de miniaturizarea bazată pe EUV.

Desigur, există o realitate dură că majoritatea echipamentelor non-litografice care realizează zeci de etape ale procesului de fabricare a cipurilor sunt produse aproape exclusiv de companii americane și japoneze. Procesul de depunere în strat subțire, esențial în urmărirea fabricării cipurilor 3D multistrat, este dominat de Applied Materials din S.U.A. și inspectorii de suprafață ai KLA-Tencor din S.U.A. sunt indispensabili în completarea fiecărui astfel de strat.

Indiferent dacă este implicată tehnologia 3D, dacă accesul la echipamentele din SUA este blocat, aceasta va conduce la stoparea oricărui producător de cipuri în a construi sau a își extinde capacitatea de producție.

Cu toate acestea, pe termen lung, experții consideră că China este capabilă să își consolideze capacitățile în toate sectoarele conexe – materiale, optică, chimică, controlul procesului de fabricare a plăcilor, inspecția suprafeței, testarea funcției și așa mai departe.

Toshiaki Ikoma, fost președinte al filialei japoneze a Texas Instruments și fost director tehnologic la Canon, a fost director tehnic SMIC la mijlocul anilor 2000. Pe baza experienței sale acolo, el crede că China are un număr suficient de oameni de știință și ingineri capabili să-și dezvolte propriul echipament de fabricare a cipurilor și software de proiectare a cipurilor.

„Strategia lor națională de a trimite mulți studenți la școlile și companiile americane și apoi să-i repatrieze precum țestoasele de mare, o evoluție care se întâmplă de zeci de ani, dă roade”, a spus el pentru Nikkei.

Hideki Wakabayashi, profesor al Universității de Științe din Tokyo, spune că dezvoltarea întregului lanț de aprovizionare cu echipamente și materiale pentru fabricarea cipurilor nu se poate face rapid. Dar „există posibilitatea ca China să devină o țară dominantă în domeniu în 10-20 de ani, din cauza abundenței sale de talent în toate domeniile științei și ingineriei”, a spus el.

Și tendințele tehnologice sunt un plus pentru cei intrați mai târziu în cursă, precum China. „Noile tehnologii precum materiale noi, 3D, ambalaje avansate, proiectarea cipurilor asistate de AI și colaborarea în producție bazată pe cloud vor crea noi oportunități pentru jucătorii emergenți”, a declarat Samuel Wang, vicepreședinte de cercetare la Gartner.

James Lewis, vicepreședinte senior la Centrul pentru Studii Strategice și Internaționale din Washington, reamintește că interdicția SUA asupra componentelor satelit către China a determinat companiile din afara SUA să devină furnizori alternativi. „Restricțiile prea largi vor afecta SUA mai mult decât China”, a avertizat el pe blogul său în mai, comentând eforturile SUA de a bloca accesul Chinei la tehnologiile semiconductoare.

Sakamoto a spus că a fost impresionat când discuta cu un lider de afaceri chinez la începutul acestui an. “Mi-a spus că liderii tehnologici chinezi sunt acum recunoscători domnului Trump pentru că i-a ajutat să devină hotărâți să dezvolte tehnologii pe cont propriu”, a spus Sakamoto.

Poate fi adevărat că stresul tehnologic american a spulberat visul public al președintelui Xi Jinping de a furniza 70% din cererea proprie de semiconductori până în 2025. În 2019, China a alimentat 16% din cererea proprie, potrivit IC Insights. Dar politica SUA poate crește probabilitatea pe termen lung ca China să realizeze visul lui Xi.