Без доступа к EUV: Как Китай борется за технологию процесса 3 нм в условиях санкций США

Полупроводниковая промышленность является одной из самых динамичных и конкурентных в мире. Она постоянно требует инноваций и улучшений в области технологии процесса, которая определяет, как маленькие и мощные могут быть чипы. Чем меньше размер транзисторов на чипе, тем больше их можно поместить на одной пластине, тем выше производительность, энергоэффективность и функциональность чипов. Размер транзисторов обычно измеряется в нанометрах (нм) и определяет название технологического узла. Например, 7-нанометровый узел означает, что транзисторы на чипе имеют средний размер около 7 нм.


В настоящее время ведущие производители чипов, такие как TSMC и Samsung, уже начали массовое производство чипов с использованием технологии процесса 5 нм и планируют запустить технологию процесса 3 нм. Технология процесса 3 нм предполагает существенное улучшение по сравнению с технологией процесса 5 нм в плане мощности, производительности и площади (PPA). Эти чипы будут использоваться для самых передовых устройств, таких как смартфоны, компьютеры, серверы, искусственный интеллект и облачные вычисления.

Однако для достижения такого высокого уровня технологии процесса необходимо использовать экстремальное ультрафиолетовое (EUV) литографическое оборудование, которое может производить только одна компания в мире — ASML из Нидерландов. EUV литография — это метод создания транзисторов с помощью коротковолнового света, который позволяет достичь более мелких размеров и более сложных форм, чем традиционная (DUV) литография. EUV литография является ключевым фактором, который отделяет лидеров от отстающих в области технологии процесса.

Одним из таких отстающих является китайская компания SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation), которая является одним из крупнейших в мире независимых производителей полупроводниковых изделий, специализирующихся на разработке и производстве интегральных схем (IC) на заказ. SMIC была основана в 2000 году и имеет штаб-квартиру в Шанхае, а также филиалы и представительства в разных странах и регионах. SMIC предлагает широкий спектр технологий от 0,35 мкм до FinFET, включая логику, смешанный сигнал/РФ CMOS, высоковольтные, SoC, флеш, EEPROM, CIS и LCoS.

SMIC является ключевым игроком в глобальной цепочке поставок полупроводников и важным партнером для многих китайских и международных компаний в области электроники, телекоммуникаций, автомобилестроения, медицины и других отраслей. Однако SMIC предсказуемо столкнулась с серьезными препятствиями в последние годы из-за возрастающего напряжения между Китаем и США в сфере технологий и торговли.

В сентябре 2020 года SMIC была включена в черный список Министерства торговли США. Это означало, что американские компании должны были получать специальное разрешение для поставки SMIC оборудования и материалов, необходимых для производства чипов. Это нанесло существенный удар по возможностям SMIC улучшать свои технологии и конкурировать с мировыми лидерами, такими как TSMC и Samsung, которые опережают SMIC на несколько поколений в области технологии процесса.

На данный момент SMIC может производить чипы с использованием технологии процесса 14 нм, которая является основной для многих китайских производителей смартфонов, таких как Huawei, Xiaomi и Oppo. SMIC также разработала свое второе поколение 7-нанометровой технологии процесса, которая достаточно хороша для процессоров смартфонов. Однако SMIC столкнулась с трудностями в получении необходимого оборудования и материалов для запуска массового производства этой технологии из-за санкций США. SMIC планировала начать производство 7-нанометровых чипов, но сейчас назвать сроки запуска проекта затруднительно.

Несмотря на эти препятствия, SMIC не сдается и продолжает работать над улучшением своих технологий процесса. По данным аналитической компании Counterpoint Research, SMIC выделила команду исследований и разработок для работы над технологиями процесса класса 5 и 3 нанометров. Командой руководит совместный генеральный директор Лян Мон-Сон, который ранее работал в TSMC и Samsung и считается одним из лучших ученых и руководителей в области полупроводников. Лян присоединился к SMIC в 2017 году и с тех пор играл ключевую роль в развитии технологии процесса компании.

Работа над технологией процесса 3 нм является частью долгосрочной стратегии SMIC, направленной на сокращение разрыва между ней и мировыми лидерами в области полупроводников. Однако SMIC сталкивается с большими техническими и политическими вызовами, которые могут затормозить ее прогресс. С одной стороны, технология процесса 3 нм требует использования экстремального ультрафиолетового (EUV) литографического оборудования, которое может производить только ASML. Без EUV оборудования SMIC не сможет достичь высокой плотности транзисторов и конкурентоспособности, необходимых для технологии процесса 3 нм.

Но SMIC не сдается и ищет альтернативные способы улучшения своих технологий процесса без EUV литографии. Например, компания может использовать другие методы, такие как квадратное паттернирование (SADP) или квадратное паттернирование с самовыравнивающимися блокирующими слоями (SAQP), для достижения более мелких размеров транзисторов с использованием DUV литографии.

SMIC также намерена сотрудничать с другими китайскими компаниями и учреждениями, которые работают над развитием EUV литографии в Китае. Например, Шанхайский институт оптики и тонкой механики (SIOM) разработал прототип EUV литографической машины, которая может достичь разрешения 22 нм, и планирует улучшить его до 13 нм в ближайшие годы. SMIC намерена использовать свой опыт и ресурсы для поддержки развития китайской полупроводниковой промышленности в целом.

С другой стороны, SMIC остро заинтересована в регулярном финансировании и поддержке для развития своих технологий процесса. Компания получила существенную государственную помощь от китайского правительства, которое стремится сделать Китай более самодостаточным в области полупроводников. SMIC также привлекла инвестиции от крупных китайских компаний, таких как Alibaba, Huawei и China Integrated Circuit Industry Investment Fund.

Однако китайская компания также нуждается в доступе к международным рынкам капитала и технологий, которые могут быть затруднены из-за санкций США. SMIC была вынуждена покинуть американскую фондовую биржу в 2019 году из-за низкой ликвидности и высоких затрат. SMIC также может столкнуться с ограничениями в сотрудничестве с международными партнерами и поставщиками, которые могут бояться нарушить американские правила.

В заключение, можно сказать, что SMIC является амбициозной и талантливой компанией, которая работает над технологией процесса 3 нм, несмотря на санкции США. SMIC имеет сильную команду исследований и разработок, поддержку правительства и инвесторов, а также большой внутренний рынок для своих продуктов. Однако SMIC также сталкивается с серьезными препятствиями, которые могут помешать ее успеху. SMIC нуждается в доступе к передовому оборудованию и материалам, которые контролируются США, а также в финансировании и сотрудничестве с мировым сообществом полупроводников. SMIC должна найти способы преодолеть эти вызовы, если она хочет стать одним из лидеров в области технологии процесса 3 нм.