Rosnący popyt na AI skłania TSMC i Samsunga do maszyn EUV ASML

ASML Holding NV pozyskała deklaracje największych producentów chipów dotyczące wykorzystania jej najnowszych urządzeń do produkcji półprzewodników. Firmy pracują też nad szerszym porozumieniem, które ma pomóc zaspokoić szybko rosnący popyt na bardziej wydajne układy do sztucznej inteligencji.

Samsung Electronics Co. i Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. planują rozpocząć produkcję wielkoseryjną z wykorzystaniem urządzeń litograficznych High NA EUV holenderskiej firmy odpowiednio od 2028 i 2030 roku. Dołączą tym samym do Intel Corp. w używaniu maszyn, z których każda może kosztować około 400 mln USD. Samsung jest największym producentem układów pamięci, a TSMC dominuje w produkcji chipów projektowanych na zamówienie między innymi dla Nvidia Corp. i Apple Inc.

ASML, Samsung, TSMC i Intel uzgodniły także ważną zmianę formatu masek fotolitograficznych. Są to elementy wykorzystywane podczas produkcji półprzewodników. Firmy planują przejście z obecnego standardu masek o średnicy 6 cali na wersje 12-calowe. Celem jest zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów, gdy branża próbuje nadążyć za gwałtownym wzrostem zapotrzebowania związanego ze sztuczną inteligencją.

Maski fotolitograficzne działają podobnie do drewnianych klocków z wyciętym wzorem, które pozwalają wielokrotnie drukować ten sam obraz. W produkcji chipów wzór jest jednak nanoszony światłem na krzemowe płytki.

Przejście na większe maski od dawna uznawano za skomplikowane i kosztowne. Skoordynowane działania producentów mogą jednak przynieść znaczące korzyści. Nowa technologia może zwiększyć przepustowość maszyn High NA o 40%, a także uprościć proces projektowania — powiedział Marco Pieters, dyrektor ds. technologii w ASML.

„To ogromna szansa, a jednocześnie oznacza znaczący wzrost wydajności” — powiedział Pieters.

ASML jest jedyną firmą na świecie, która produkuje urządzenia do litografii w ekstremalnym ultrafiolecie, czyli EUV. Maszyny te są niezbędne do wytwarzania najbardziej zaawansowanych akceleratorów sztucznej inteligencji i podobnych układów. Firma wprowadziła litografię EUV o niższej aperturze numerycznej (Low NA) w 2019 roku i od tego czasu współpracuje z klientami nad wdrożeniem bardziej zaawansowanych maszyn High NA.

Fabryki TSMC produkują układy dla takich firm jak Nvidia, Advanced Micro Devices Inc. i Qualcomm Inc. Tajwańska spółka ostrożnie podchodziła do zakupu droższych urządzeń, ponieważ uważała, że wzrost wydajności nie uzasadniał jeszcze ich kosztu.

TSMC zamierza jednak rozpocząć od 2030 roku wdrażanie systemów High NA wykorzystujących obecne maski o średnicy 6 cali. Obie firmy chcą zbudować linię testową do produkcji masek 12-calowych w 2031 roku. W ramach tego procesu technologia ma zostać wykorzystana w produkcji z użyciem narzędzi High NA od 2033 roku — wynika z wtorkowego komunikatu.

„TSMC zawsze wierzyło w siłę współpracy w przełamywaniu barier technicznych, zanim staną się one barierami ekonomicznymi dla branży półprzewodników” — powiedział w komunikacie C.C. Wei, dyrektor generalny TSMC.

Samsung, który świadczy także usługi kontraktowej produkcji układów logicznych i jest jednym z największych producentów pamięci na świecie, planuje rozpocząć wykorzystywanie maszyn High NA firmy ASML do produkcji pamięci komputerowych w 2028 roku. Koreańska spółka poinformowała, że będzie „ściśle współpracować z partnerami branżowymi w celu opracowania wymaganych technologii masek i infrastruktury pomocniczej”.

Na rynku pamięci trwa obecnie globalny niedobór wywołany ogromnym popytem ze strony operatorów centrów danych obsługujących sztuczną inteligencję. Niedobór ten podnosi ceny w całej branży elektronicznej.

Intel otrzymał już maszyny High NA. Spółka próbuje przejść od produkcji wyłącznie własnych układów do świadczenia usług produkcyjnych dla zewnętrznych klientów. Intel twierdzi, że już może oferować potencjalnym klientom korzyści wynikające z tej technologii. Firma od ponad trzech lat uczestniczy także w pracach nad przejściem na większe maski.

Ponowne zdecydowane opowiedzenie się TSMC za wykorzystaniem najbardziej zaawansowanych urządzeń do produkcji chipów ma kluczowe znaczenie dla rozwoju ASML. TSMC odpowiada za około 16% przychodów holenderskiej firmy. Rosnące deklaracje Samsunga i Intela oznaczają, że trzej najwięksi klienci ASML popierają przejście na większe maski.

„To duży krok naprzód w kierunku wykorzystania technologii High NA w produkcji wielkoseryjnej” — powiedział Pieters z ASML. „To ważny moment, w którym klienci dostrzegają korzyści tych systemów w porównaniu ze strategiami wielokrotnego naświetlania”.

Wraz z przechodzeniem do kolejnych generacji produkcji chipów będzie rosła liczba warstw wymagających technologii High NA — powiedział Pieters. Klienci dostrzegają dzięki temu także możliwość zwiększenia rozmiaru masek.

Litografia polega na wykorzystaniu światła do wypalania wzorów w materiałach naniesionych na krzemowe płytki. Następnie wzory są wypełniane innymi materiałami, aby utworzyć tranzystory i połączenia zapewniające układom ich funkcje, przede wszystkim przetwarzanie i przechowywanie danych. Dążenie branży do zmniejszania tych elementów zmusza producentów urządzeń do opracowywania coraz bardziej zaawansowanych technik. Najnowocześniejsze maszyny ASML wykorzystują jako źródło światła ekstremalny ultrafiolet, czyli rodzaj promieniowania, który nie występuje naturalnie na Ziemi.

Ograniczenia związane z maskami o średnicy 6 cali, używanymi od dziesięcioleci, przyczyniły się do kompromisów spowalniających rozwój kluczowych elementów komputerów w centrach danych obsługujących sztuczną inteligencję. Ponieważ firmy nie mogły zwiększać rozmiaru pojedynczych chipów, zaczęły układać je pionowo oraz stosować bardziej złożone połączenia między układami. Zwiększa to złożoność i koszty produkcji oraz wdrażania chipów.