Euv

Несколько конгрессменов требуют запрета продажи любого ПО для разработки современных полупроводниковых элементов КНР. Речь идет об основополагающих технологиях, которые американцы считают важной частью национальной безопасности страны.

В настоящее время лишь Samsung и TSMC освоили 5-нм техпроцесс. Китайские компании осваивают пока более старые технологии. Как мы уже писали, КНР очень активно и, главное, успешно развивает разработку процессоров. Американцы считают, что если закрыть китайцам доступ к технологиям производства чипов, то это отбросит КНР на много лет назад в вопросе полупроводниковых элементов.

Насколько это серьезно?

В целом, это сложная ситуация, поскольку Китай сильно зависит от иностранных поставщиков как ПО, так и железа для производства чипов. С другой стороны, Поднебесная не могла не предвидеть такой шаг со стороны своего торгового противника, так что, возможно, уже продумала обходные пути.

Собственные аппаратные и программные инструменты Китая морально устарели они отстают от современных лет на 8-10. Если закрыть доступ к EDA, Китаю придется очень постараться, чтобы достичь современного уровня развития полупроводниковой электроники США. Но если все получится, то в мире появится, вероятно, сразу несколько компаний, которые смогут производить современные чипы.

Полупроводниковый рынок Китая никогда не находился на переднем крае развития технологий китайцы активно пользовались услугами и товарами сторонних компаний. За время торговой войны КНР удалось сократить разрыв, но, чтобы ликвидировать его полностью, нужно приложить массу усилий, затратить немало ресурсов. И даже деньги здесь решают далеко не все почему так, поговорим ниже.

При этом США последовательно продолжают политику давления на электронную отрасль Китая. Например, несколько дней назад правительство США запретило поставлять процессоры компании Phytium. Стоит напомнить, что она разрабатывала компьютеры Tiahne, не раз входившие в рейтинг мощнейших суперкомпьютеров мира. Запрет объясняется тем, что разработки компании применяются в суперкомпьютерах КНР, мощности которых используются, в частности, армией Китая.

А что Китай?

Поднебесная старается побыстрее развернуть собственное производство чипов. Так, в прошлом году Китай заявил об инвестициях в эту отрасль более $1,4 трлн. Плюс китайские компании переманивают ключевых инженеров TSMC, стремясь обогнать США в производстве чипов.


Кроме того, на днях стало известно о том, что китайская компания Loongson Technology разработала с нуля собственную процессорную архитектуру. Она решила стать независимой после того, как MIPS Technologies перешла на RISC-V. Ранее MIPS Technologies занималась развитием архитектуры и лицензированием интеллектуальной собственности, которая связана с процессорами MIPS. Сами чипы компания не производила. Но вот перерожденная организация займется выпуском процессоров, но уже на базе архитектуры RISC-V.

По оценке независимых специалистов, у этой архитектуры нет ничего общего с ALPHA, ARM, MIPS, POWER, RISC-V или х86. Компания разработала собственный формат инструкций, их кодирование, режимы адресации и т.п. LoongArch содержит около 2000 проприетарных инструкций. По словам разработчиков, они удалили устаревшие инструкции для обеспечения пониженного энергопотребления и более эффективной работы. В дополнение к базовому набору инструкций компания добавила инструкции расширения двоичного преобразования (LBT), инструкции расширения векторной обработки (LSX), инструкции расширения расширенной векторной обработки (LASX) и инструкции расширения виртуализации (LVZ), сообщает PC Watch.

Все упирается в EUV

Речь идет о технологии фотолитографии в глубоком ультрафиолете, которая является ключевой при производстве современных процессоров. Соответствующее оборудование производит компания ASML из Нидерландов. И она не может теперь поставлять свои системы китайцам, поскольку последние изготовлены с использованием американских технологий. Американцы же, как мы знаем, запретили передавать их в КНР.


Кроме ASML, фотолитографические машины производят и другие компании, например, Canon и Nikon. Но только у нидерландской компании есть системы для фотолитографии в глубоком ультрафиолете с длиной волны 13,5 нанометров.

Степпер это главная система для изготовления полупроводниковых интегральных схем. Называется она так потому, что экспонирование выполняется небольшими прямоугольными участками, как бы шагами, с проверкой позиционирования каждого шага.

Оборудование EUV производит лишь ASML, у конкурентов его нет. У китайцев, насколько можно понять, его тоже нет. Компания SMIC, которая является одним из главных производителей полупроводников из Поднебесной, сделала заказ на EUV у ASML еще в 2018 году, но из-за торговой войны с США и санкций оборудование Китаю не поставили. Сейчас весьма сомнительно, что SMIC вообще когда-либо получит доступ к этим системам. А без них современные чипы не выпустить.

Ну а теперь, кроме EUV, американцы планируют запретить поставки любых других систем и ПО для разработки современных чипов. Так что Китаю придется сложно. Удастся ли китайцам преодолеть это препятствие? Покажет только время.

Машина для фотолитографии ASML весит около 180 тонн и стоит примерно $170млн

Пытаясь конкурировать с TSMC (Тайвань) в производстве микросхем последнего поколения, конгломерат Samsung (ЮжнаяКорея) пошёл на крайние меры. Как стало известно Nikkei Asia, осенью 2020 года вице-президент Samsung Electronics Ли Джэ Ён (Lee Jae-yong, де-факто это руководитель всего Samsung) летал в Нидерланды на переговоры с руководством ASML мировым монополистом на рынке оборудования для самой продвинутой версии фотолитографии в глубоком ультрафиолете (EUV).

Nikkei Asia называет эту поездку в разгар пандемии отчаянным шагом. Корейцы пытаются выпросить уникальные сканеры ASML, более 70% которых сейчас уходит главному конкуренту тайваньской TSMC.


Установка для фотолитографии в глубоком ультрафиолете ASML Twinscan NXE:3400B поддерживает травление элементов размером 7 и 5 нм в промышленном масштабе (125 и более пластин в час)

Как рассказывалось в статье об ASML, степпер это основное оборудование, которое используется при изготовлении полупроводниковых интегральных схем. В процессе работы степпера рисунок с маски многократно переводится в рисунок на различных частях полупроводниковой пластины. Своё название степпер получил из-за того, что каждое экспонирование производится небольшими прямоугольными участками (порядка нескольких квадратных сантиметров); для экспонирования всей пластины её передвигают шагами, кратными размеру экспонируемой области (процесс step-and-repeat). После каждого передвижения проводится дополнительная проверка правильности позиционирования.

Современные литографические установки могут использовать не шаговый, а сканирующий режим работы; они называются сканеры (step-and-scan). При экспонировании передвигаются в противоположных направлениях и пластина и маска.


Концепция step-and-scan

Это оборудование незаменимо для передовых продуктов южнокорейской компании. За всё время ASML изготовила и отгрузила по миру около 100 таких машин, но более 70% из них достались конкуренту Samsung Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.

Судя по всему, машины для фотолитографии в глубоком ультрафиолете по техпроцессу 5нм остаются очень дефицитным товаром, а Samsung всеми силами пытается приобрести их, то есть увеличить свою квоту у ASML.

Нужно заметить, что степпер/сканер лишь одно звено в технологической цепочки из десятков единиц оборудования. Хотя и главное звено. Стоимость современного завода по производству микросхем составляет примерно $10-12млрд, со всем оборудованием. Причём прогресс идёт так быстро, что завод устареет через несколько лет. Окупить инвестиции можно только на очень масштабном производстве.

Nikkei Asia пишет, что поездка фактического руководителя Samsung сигнализирует о кризисе для компании, которая уступила TSMC в области передовых полупроводников: Samsung испытывает сложности с массовым производством передовых продуктов, таких как центральный процессор для смартфонов, и теряет долю рынка в контрактном производстве. Неполноценность передовых продуктов может ослабить конкурентоспособность других основных продуктов Samsung, таких как оперативная память и смартфоны.

Для сторонних аналитиков очевидно технологическое отставание от TSMC, хотя руководство Samsung отказывается это признавать: Наша конкурентоспособность в передовых процессах сопоставима. Мы обеспечили заказы от крупных клиентов и сокращаем разрыв, ответил Ким Кинам, вице-председатель Samsung Electronics и глава подразделения полупроводников, когда его спросили о технологическом разрыве с TSMC на собрании акционеров в марте.

Однако некоторые поставщики говорят, что компания задержалась с переходом на самый современный техпроцесс 5нм. Она запустила массовое производство 5нм на несколько месяцев позже TSMC, и с тех пор технологический разрыв увеличивается.

Вероятно, задержка возникла из-за острого дефицита оборудования, что и вынудило руководителя Samsung срочно посетить Нидерланды. Судя по всему, Samsung не сумела забронировать столько же производственных установок ASML, сколько TSMC.

Масштаб инвестиций огромен. В апреле TSMC сообщила о планах выделить $100млрд на капитальные расходы в течение следующих трёх лет в ответ на глобальный дефицит полупроводников.

Для сравнения, годовой бюджет Российской Федерации составляет около $254млрд в доходной части.

Samsung планирует инвестировать около $40 млрд в 2021 году, но большая часть пойдёт на DRAM и другие чипы памяти, а масштаб инвестиций уступает масштабам TSMC, которая специализируется на контрактном производстве.

По данным тайваньской исследовательской фирмы TrendForce, TSMC наращивает лидерство, увеличив свою долю в контрактном производстве до 56% за Iкв. 2021года (+2п.п. к прошлому году, +8п.п. к позапрошлому), в то время как занимающая второе место Samsung потеряла 1 процентный пункт рынка за тот же период.

Крупные американские клиенты, такие как Apple и AMD, передают почти все свои заказы на аутсорсинг TSMC, и другой фирме выйти на такой же масштаб производства крайне сложно.

Растущая напряжённость в отношениях между США и Китаем также играет свою роль. Тайвань и США объединились против Пекина, в то время как Южная Корея поддерживает двустороннюю дипломатию, что рискует изолировать южнокорейские компании от цепочек поставок полупроводников, опасаются эксперты.

Снижение конкурентоспособности Samsung в области передовых полупроводников может отразиться на фирменных смартфонах, где используются процессоры и сенсоры изображения CMOS собственного производства. Apple передаёт всё своё производство процессоров на аутсорсинг TSMC, поэтому технологическое отставание Samsung от TSMC может перерасти в отставание производительности смартфонов Samsung от смартфонов Apple.