Недавно в мировых СМИ прошла информация, что в КНР началось серийное производство литографов собственной разработки для производства микросхем по иммерсионной технологии. Это значимый этап в китайско-американской конкуренции на рынке полупроводников, поскольку Китай сталкивается с ограничениями со стороны Запада в использовании передовых зарубежных технологий.
Успех китайских инженеров поможет Китаю достичь самообеспеченности в микроэлектронной отрасли, которая в цифровую эпоху определяет успешное развитие государства на всех направлениях деятельности – от экономики до обороны.
Начало серийных поставок этих литографов китайским компаниям запланировано уже на этот год, а среди получателей называются китайские компании СМИК, «Хуа Хонг Семикондуктор» и производитель памяти «Чансин мэмори текнолоджис».
Полупроводниковая отрасль Китая попала под санкции США ещё в 2019 году, когда тайваньская ТСМК прекратила сотрудничество с «Хуавэй» по поставкам процессоров из-за американских ограничений, а голландская АСМЛ по этой же причине отказалась продавать Китаю литографы, производящие МС по технологии ЭУФ.
Со временем санкции стали применяться ко всем китайским компаниям, производящим МС. В 2024 году компании ASML США запретили ремонтировать и обслуживать уже поставленное китайским компаниям оборудование.
В последние годы, и особенно при администрации президента США Байдена, США усилили контроль над соблюдением т. н. «Вассенаарских договоренностей». Они предусматривают контроль над технологиями в других странах, частью которого являлся ввод ограничений и санкций в отношении высокотехнологичных отраслей Китая.
Одновременно США оказывали давление на своих союзников, чтобы те вступили в т. н. альянс микросхем, куда Вашингтон завлекал Японию, Южную Корею и китайскую провинцию Тайвань с целью вытеснить китайских производителей полупроводниковых компонентов с рынка этих стран, а со временем – и из мировых цепочек поставок.
Сейчас в Конгрессе США рассматривается проект закона, который ставит целью полностью запретить голландской АСМЛ любое сотрудничество с китайскими производителями полупроводниковых компонентов – СМИК, «Хуа Хонг» и CXMT. Американцы держат большую часть патентов на компоненты литографов, выпускаемых АСМЛ и в полной степени используют свои права для подобных запретов.
В китайских литографах, которые начнут выпускаться серийно уже в конце этого года применяется лазер, излучающий свет с длиной волны 193 нм и эту технологию называют глубоким ультрафиолетом (ГУФ).
Обычный литограф на глубоком ультрафиолете может формировать на микросхеме элементы размером с 60-50 нм, но тот же литограф с применением иммерсионной технологии позволяет формировать элементы размером около 28 нм за один ход засветки. А с помощью многократной засветки эти литографы могут создавать МС по техпроцессам размером примерно до 7 нм, что уже достаточно для их использования под программы искусственного интеллекта (ИИ).
Если говорить упрощённо, то суть иммерсионной технологии в том, что в оптической системе литографа одну из линз заменяют слоем жидкости с более высоким показателем преломления, чем у воздуха. Чаще всего используют высокоочищенную воду. Это позволяет существенно повысить способность оптики собирать и фокусировать свет и тем самым повысить разрешающую способность установки.
В результате становится возможным создавать более мелкие элементы на кремниевой пластине, например уменьшить размеры транзисторов в интегральной микросхеме и, соответственно, увеличить их численность, сократив расстояние между ними. В итоге выше быстродействие процессора при меньшем энергопотреблении.
До изобретения технологии экстремального ультрафиолета (ЭУФ) с длиной волны примерно 14 нм и соответствующего оборудования именно иммерсионная литография была основной технологией миниатюризации элементов в МС.
Технология ЭУФ позволяет наносить на кремниевую пластину ещё меньшие элементы – размером от 5 нм и меньше за один приём засветки. Этот способ даёт возможность производить специализированные процессоры и схемы памяти, лучше подходящие для устройств под программы искусственного интеллекта (ИИ).
Одно время голландская АСМЛ была единственным производителем иммерсионных литографов. Сейчас их серийно производят также японская «Никон» и «Кэнон», но литографы, производящие МС по технологии ЭУФ пока может производить только голландская АСМЛ.
Технология иммерсионной литографии с многократной засветкой имеет свой недостаток, поскольку при совмещении слоёв увеличивается количество ошибок и повышается стоимость готовой продукции. Но в данном случае принципиально важно не это.
Когда в условиях западных технологических ограничений стране надо просто отстоять право на независимое технологическое развитие, как это происходит с Китаем, освоение данной базовой технологии в микроэлектронной отрасли является вопросом национальной безопасности. Здесь рыночный подход неуместен, во всяком случае на первом этапе, и цена такой независимости не имеет особого значения.
Однако более высокая стоимость производства МС на китайских иммерсионных литографах для программ ИИ вполне может возмещаться массовым объёмом производства и продаж на мировом рынке МС по более зрелым техпроцессам 28 нм и выше, для которых иммерсионные литографы подходят лучше всего.
Здесь важно то, что примерно в 75% современных электронных устройствах – смартфонах, планшетах, автомобилях, компьютерах, в космической и бытовой технике – востребованы именно микросхемы, созданные на иммерсионных литографах по технологии ГУФ, т. е. как раз тех, выпуск которых Китай уже освоил.
Поэтому прорыв в производстве МС по технологии ГУФ означает, что Китай самостоятельно может закрыть все свои критически важные потребности.
Есть и ещё один важный момент, касающийся упрочения Китаем своих позиций на мировом рынке полупроводников. Здесь в последние месяцы наблюдается стремительный рост цен на обычные МС динамической оперативной памяти (МС ДОП). Взлёт ИИ побудил основных производителей ДОП – южнокорейские компании «Самсунг» и «Хайникс» – нарастить выпуск памяти с высокой пропускной способностью под программы ИИ для ведущих мировых производителей процессоров и передовых систем, таких как «Энвидиа».
В настоящее время «Эппл» закупает обычную ДОП для своих устройств в основном у американского производителя микросхем «Микрон» и у тех же «Самсунг» и «Хайникс», которые сократили их производство в пользу МС высокоскоростной памяти под программы ИИ.
Это привело к затяжной нехватке обычных микросхем ДОП, используемых в бытовой электронике. Похоже, что, начав выпуск собственных литографов, китайские производители МС могут исправить ситуацию.
Тем более что «Эппл» пытается сейчас добиться от администрации США разрешение на покупку МС памяти у китайской компании «Чансин мэмори текнолоджис», которую Минобороны США внёс в черный список из-за предполагаемых связей с НОАК. По мнению китайских экспертов, это также является убедительным доказательством того, что безосновательное внесение Вашингтоном китайских предприятий в чёрный список стало самоограничением, которое серьёзно сдерживает развитие собственно американской промышленности.
Таким образом, Китай имеет все шансы снять острую нехватку МС ДОП, ослабить финансовое давление, вызванное резким ростом цен на МС памяти и занять значимую нишу на мировом рынке в этом сегменте полупроводниковой продукции.
К кратковременным последствиям китайского прорыва можно отнести падение в цене акций компаний, связанных с мировой цепочкой поставок оборудования для производства микросхем, от Европы и США до Японии и Южной Кореи, включая и акции голландского производителя оборудования для литографии АСМЛ.
Среди долгосрочных последствий не исключено, что по мере расширения собственно китайского производства литографов и начала их продаж другим странам голландские и японские производители этого оборудования потеряют определённую долю доходов на мировом рынке в пользу китайских компаний.
Прорыв Китая – это очень важный вклад в ликвидацию западной монополии на подобного рода сложнейшее оборудование, доступ к которому Запад попытался сделать оружием в борьбе за сохранение своей мировой гегемонии.
Виктор Пироженко – эксперт Межкультурного исследовательского центра Университета Хучжоу (КНР)
Фото: @ChenMingjian_CN
