Что это такое?

Машина размером с огромный автобус - 200 млн долларов за штуку. Не продаётся.

Растущие возможности двигателей цифровой экономики открывают возможности для таких технологий, как генеративный искусственный интеллект, которые обещают трансформировать многие отрасли человеческой деятельности. Неудивительно, что эти устройства сейчас стали предметом острой конкуренции между экономическими сверхдержавами мира. США при президенте Джо Байдене ввели ряд ограничений, чтобы ограничить возможности Китая в области полупроводников. А его преемник Дональд Трамп расширяет эти усилия, пока только с помощью пошлин.

Парадоксально, но такие устройства стали конкурировать с нефтью как с источником жизненной силы экономики в масштабах страны. Это чипы. Логические чипы.  И доступ к таким компонентам, как ускоритель искусственного интеллекта H100 от Nvidia Corp. , стал связан как с национальной безопасностью, так и с судьбами таких гигантских компаний, как Google и Microsoft Corp. от Alphabet Inc., поскольку они спешат построить центры обработки данных ИИ и занять лидирующие позиции в том направлении, которое считается как будущее вычислений.

Большинство ведущих мировых полупроводниковых технологий зародились в США, но сегодня в производстве чипов доминируют Тайвань и Южная Корея, а Китай является крупнейшим рынком для электронных компонентов и имеет огромное желание производить собственные чипы и как можно больше.

США стараются сдержать амбиции Китая в области чипов. Ведущие китайские технологические компании, включая Huawei Technologies Co., были включены в так называемый список субъектов США, что означает, что американские поставщики чиповых технологий должны получить одобрение правительства США, чтобы что-то продавать компаниям, занесенным в черный список.

Правительство Байдена выделило огромные суммы федеральных денег в виде грантов, чтобы вернуть домой физическое производство компонентов и сократить то, что оно считало опасной зависимостью от нескольких предприятий в Восточной Азии. Трамп заявил, что ему не нравится эта инициатива, и его администрация замедлила выплату средств. Трамп, похоже, предпочитает больше полагаться на тарифы , чтобы подтолкнуть иностранных производителей микросхем производить полупроводники на территории США. Но в случае с Трампом есть подозрение на то, что он не хочет быть исполнителем чужой идей, а хочет исполнять только свои идеи.

Производство микросхем становится все более эксклюзивным бизнесом. Новые заводы стоят более 20 миллиардов долларов, на их строительство уходят годы, и они должны работать на пределе возможностей 24 часа в сутки, чтобы приносить прибыль. Требуемый масштаб сократил количество компаний с передовыми технологиями всего до трех компаний — Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC), южнокорейская Samsung Electronics Co. и американская Intel Corp. TSMC и Samsung действуют как так называемые литейные заводы, предоставляя аутсорсинговое производство компаниям по всему миру.

Ниже по эволюционной цепочке находится огромная индустрия, которая производит так называемые аналоговые чипы. Эти компоненты выполняют такие функции, как регулировка мощности внутри смартфонов и контроль температуры. Это одна из областей, на которую нацеливается Китай, лишенный доступа ко многим машинам, необходимым для производства более передовых компонентов.

Но самыми передовыми разработками и самыми значимыми электронными устройствами в мире в настоящее время являются машины для литографии в экстремальном ультрафиолете, фотография которой вынесена в заглавное фото.

Производство полупроводников

Первые транзисторы, которые были изобретены в середине прошлого века, были около сантиметра в длину. Теперь их размер всего несколько нанометров в поперечнике, или несколько миллиардных долей метра.

В первые несколько десятилетий, для выжигания узоров на кремнии для создания транзисторов и в производстве микросхем, использовался видимый свет.  Этот процесс известен как литография.

Министерство энергетики США вложило десятки миллионов долларов в технологию экстремального ультрафиолета, которую начали развивать исследователи из Bell Labs, базирующейся в Нью-Джерси, а за ними последовали три национальные лаборатории Министерства энергетики: Лоуренс Ливермор , Лоуренс Беркли и Сандия.

В конечном итоге это привело к созданию государственно-частному партнерству , названное EUV LLC. Оно было сформировано в 1997 году, включив в себя американские компании Intel, Advanced Micro Devices Inc. и Motorola Inc. Далее оно расширилось, включив в себя литографические фирмы Silicon Valley Group Inc. и ASML , которая также участвовала в аналогичном исследовательском консорциуме EUV в Европе.

Но, в то же самое время японские Nikon Corp. и Canon Inc. были крупнейшими игроками в литографии, и Япония, как казалось американцам, была самой большой угрозой доминированию США в производстве чипов. Поэтому Вашингтон не хотел давать азиатской стране фору в гонке за следующей технологией и вместо этого поддерживал усилия Silicon Valley Group и европейскую ASML. Тем временем, голландская компания ASML, что говорится пошла ва-банк на EUV (экстремальная ультрафиолетовая литография), пытаясь раскрыть ее технологический потенциал. В 2001 году ASML заплатила 1,1 миллиарда долларов за покупку Silicon Valley Group, оставив в этой гонке только одну лошадь. Тогда ASML  планировала, что EUV станет коммерчески жизнеспособной к 2006 году.

Но, эти планы оказались слишком оптимистичными. Технология необычайно сложна. Она включает в себя взрыв капель олова с помощью мощного лазера 50 000 раз в секунду, создавая плазму, которая излучает EUV-свет. Поскольку такой свет не встречается в природе на Земле — фактически, он поглощается воздухом — процесс должен происходить в вакууме. Затем свет фокусируется серией зеркал, отражаясь от сетки. Это рисунок на стекле или зеркале, который блокирует и поглощает часть света (название происходит от перекрестия на прицеле оружия) и, таким образом, создает рисунок схем, которые нужно вытравить на чипе. Из-за масштаба, в котором это всё работало, зеркала, производимые немецкой компанией Zeiss, должны быть почти невозможно гладкими: самые большие изъяны имеют высоту в один атом. ASML утверждает, что если бы зеркало было увеличено до размеров страны, самый высокий выступ был бы всего 1 миллиметр высотой. А струйная обработка расплавленного олова лазером — грязное занятие. Требовались регулярные очистки, что означало много простоев. Это затрудняло понимание того, как машины могут быть экономичными потому, что предприятия по производству полупроводников должны работать практически 24 часа в сутки, семь дней в неделю, чтобы оправдать миллиарды долларов, потраченные на их создание. И только 2012 году разработчики начали понимать, что эта технология действительно может быть осуществима, но требовалось ещё очень много денег. Поэтому ASML обратилась к своим крупнейшим клиентам: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. инвестировала 1,4 млрд долларов , Samsung Electronics Co. вложила 974 млн долларов , а Intel выделила 4,1 млрд долларов . В общей сложности три производителя чипов тогда владели примерно четвертью акций ASML.

К 2018 году ASML начала поставлять машины EUV. Несмотря на то, что большая часть ранних запусков была сделана в США, а Intel была крупнейшим промышленным спонсором ASML, ни одна из машин первого поколения не досталась Intel. И это был не выбор ASML. Это был выбор самого Intel. Тогдашний генеральный директор Брайан Кржанич не был уверен, что технология сможет функционировать в масштабе, который будет экономически выгоден. Он сделал ставку на то, что сможет заставить работать уже существующую технологию, пока не будут устранены проблемами EUV. У него были веские причины для уверенности: Intel последовательно лидировала среди своих коллег с передовыми процессами производства чипов. И это стало большой ошибкой. 

TSMC, используя процесс EUV, впервые обогнала Intel в технологическом плане примерно в 2018 году. Тайваньская компания управляет так называемым литейным бизнесом, в котором клиенты, включая Apple Inc. , Nvidia Corp. и Advanced Micro Devices Inc., разрабатывают собственные чипы, а затем заключают контракт с TSMC на их производство. К тому времени, когда Intel отладила свой процесс до уровня, где он стал жизнеспособным в больших масштабах, TSMC и Samsung уже начали производить еще более продвинутые полупроводники.

Тем временем TSMC начала поставлять продукцию китайским компаниям, таким как Huawei Technologies Co., фирме, к которой с подозрением относились и администрации Дональда Трампа, и Джо Байдена.

Чипы, изготовленные с использованием технологии EUV, поставлялись в смартфонах Huawei с 2019 года. Таким образом, технология, которая частично финансировалась за счет американского капитала и для которой часть базовых исследований проводилась в американских лабораториях, по всей видимости, принесла пользу ее главному геополитическому конкуренту.

Если бы Китай мог производить или покупать самые передовые чипы, это помогло бы ему внедрить ИИ не только в промышленность, но и потенциально в военные приложения. Несмотря на свои значительные технологические возможности, Китаю по-прежнему приходится импортировать большую часть необходимых ему полупроводников. Обеспечение собственных мощностей EUV стало приоритетом для Китая.

С начала десятилетия США надавили на голландское правительство, чтобы помешать ASML продать какие-либо устройства Китаю. Пока что эти усилия оказались успешными: у Китая до сих пор нет машин EUV.

Intel все еще страдает от своего просчета, поскольку другие производители чипов во главе с Nvidia продвигаются вперед в разработке полупроводников, специально предназначенных для задач, связанных с ИИ.

«Мы предприняли большие шаги, чтобы избежать необходимости в EUV, и, как вы видите, это привело к дефициту мощности, производительности, площади и стоимости», — заявил в апреле Пэт Гелсингер, занявший пост генерального директора Intel в 2021 году.

Фондовый рынок иллюстрирует масштаб этой ошибки. В 2012 году, когда компания инвестировала в ASML, рыночная капитализация Intel была в 15 раз больше, чем у Nvidia, и почти в два раза больше, чем у TSMC. Теперь это лишь малая часть от размера любой из них: Intel оценивается в 125 миллиардов долларов, TSMC — в 823 миллиарда долларов, а Nvidia — в 2,7 триллиона долларов. Во многом это связано с отсутствием у Intel доступа к EUV.

Гелсингер горит желанием не повторить ошибку своего предшественника. Intel делает ставку на следующее поколение EUV: High Numerical Aperture . Этот подход использует новые оптические системы для фокусировки света в еще более мелкую точку, и компания уже установила первую предсерийную модель на объекте в Орегоне. Компания планирует ликвидировать тысячи рабочих мест и сосредоточить ресурсы на новых заводах по производству полупроводников для других производителей микросхем, а также для своих собственных.

Фабрика разработок и исследований Intel D1X в Хиллсборо, штат Орегон.