Это была стратегическая ошибка эпического масштаба. США сыграли решающую роль в разработке полупроводниковой технологии, которая лежит в основе сегодняшней революции в области искусственного интеллекта. Однако сейчас монополия на этот процесс принадлежит голландской компании, а в производстве доминируют азиатские производители.
Литографические машины с ультрафиолетовой оптикой – это, пожалуй, самые значимые электронные устройства в мире на данный момент. Их появление позволило собирать микросхемы, обеспечивающие значительное увеличение вычислительной мощности, что открывает путь к созданию нового поколения инструментов искусственного интеллекта. Огромные и многоуровневые вычисления, выполняемые с помощью таких ИИ-платформ, как ChatGPT от OpenAI и Gemini от Google, ускоряют множество задач, которые обычно выполняются человеком. Это сделало доступ к технологии EUV вопросом национальной экономической безопасности для США и Китая.
Проблема для Вашингтона и Пекина заключается в том, что EUV-машины производит только одна компания: ASML Holding NV. Каждое устройство размером с автобус и стоит более 200 миллионов долларов за штуку. К настоящему моменту поставлено более 200 штук, что превратило ASML в самую ценную технологическую компанию Европы с рыночной капитализацией свыше 350 миллиардов долларов.
Как США удалось уступить контроль над этой важнейшей технологией? Отчасти причина в том, что относительно немногие руководители отрасли вообще считали, что EUV может работать. Другая причина: неверные расчеты крупнейшего в мире производителя микросхем Intel Corp.
Околоатомные масштабы.
Кремниевые чипы состоят из транзисторов – по сути, серии затворов и переключателей, которые являются физическим воплощением нулей и единиц в современных вычислениях. Чтобы сделать компьютеры более мощными, разработчики полупроводников находятся в постоянном стремлении сделать транзисторы меньше. Первые из них, изобретенные в середине прошлого века, были длиной около сантиметра. Сейчас их размеры составляют всего несколько нанометров, или несколько миллиардных долей метра.
В первые несколько десятилетий производства микросхем видимый свет использовался для выжигания рисунков на кремнии для создания транзисторов – этот процесс известен как литография, – а затем промышленность перешла на ультрафиолетовое излучение. В 1980-х годах ученые задумались о том, как можно довести производство микросхем до почти атомного масштаба, что необходимо для поддержания темпов инноваций. Исследователи из Bell Labs, расположенной в Нью-Джерси, начали изучать технологию экстремального ультрафиолетового излучения, за ними последовали три национальные лаборатории Министерства энергетики: Лоуренса Ливермора, Лоуренса Беркли и Сандии. В итоге Министерство энергетики вложило в исследования десятки миллионов долларов.
Достигнув прогресса в разработке некоторых технических элементов, эти организации поняли, что для вывода технологии на рынок необходима поддержка промышленности. В 1997 году было создано государственно-частное партнерство под названием EUV LLC, в которое вошли американские компании Intel, Advanced Micro Devices Inc. и Motorola Inc. В конечном итоге в него вошли литографические компании Silicon Valley Group Inc. и ASML, которые также участвовали в аналогичном исследовательском консорциуме EUV в Европе.
В то время крупнейшими игроками в области литографии были японские компании Nikon Corp. и Canon Inc., и Япония казалась самой большой угрозой доминированию США в производстве микросхем. Поэтому Вашингтон не захотел давать азиатской стране преимущество в гонке за новой технологией, а поддержал усилия Silicon Valley Group и ASML. Голландская компания полностью посвятила себя EUV и провела последующие годы, пытаясь использовать ее потенциал. В 2001 году ASML заплатил 1,1 миллиарда долларов за покупку Silicon Valley Group, в результате чего в гонке осталась только одна лошадь. В то время компания ожидала, что EUV станет коммерчески жизнеспособной к 2006 году.
Техническая проблема.
Это оказалась слишком оптимистичная оценка. Технология необычайно сложна. Она предполагает облучение точек олова мощным лазером 50 000 раз в секунду, в результате чего образуется плазма, излучающая свет EUV. Поскольку такой свет не встречается на Земле в естественных условиях – фактически, он поглощается воздухом – процесс должен происходить в вакууме. Затем свет направляется вниз с помощью ряда зеркал, отражаясь от прицела. Это рисунок на стекле или зеркале, который блокирует и поглощает свет (название происходит от перекрестия на прицеле пистолета) и при этом создает схему микросхем, которые нужно вытравить в чипе.
Из-за масштабов, в которых работают эти устройства, зеркала, изготовленные немецкой компанией Zeiss, должны быть почти невероятно гладкими: Самые большие дефекты достигают высоты одного атома. ASML утверждает, что если бы зеркало было масштабировано до размеров страны, то самая высокая неровность была бы высотой всего 1 миллиметр. Кроме того, обработка расплавленного олова с помощью лазера – грязное занятие. Она требует регулярной очистки, что означает большие простои в работе. Это не позволяло понять, насколько экономичными могут быть такие машины: чтобы оправдать миллиарды долларов, потраченные на их строительство, предприятия по производству полупроводников должны работать практически 24 часа в сутки, семь дней в неделю.
Только в 2012 году индустрия начала задумываться о том, что технология действительно может быть осуществима. И для этого все еще требовался большой приток капитала. Поэтому ASML обратился к своим крупнейшим клиентам: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. инвестировал 1,4 миллиарда долларов, Samsung Electronics Co. вложил 974 миллиона долларов, а Intel выделил целых 4,1 миллиарда долларов. Между собой эти три чипмейкера владели примерно четвертью акций ASML.
Гамбит сработал, и к 2018 году ASML начал поставлять EUV-машины в значительных количествах. Несмотря на то, что большая часть ранних запусков проводилась в США, а Intel был крупнейшим промышленным спонсором ASML, ни одно из первых поколений машин не досталось Intel.
Это был не выбор ASML. Это был выбор Intel. Тогдашний исполнительный директор Брайан Кржанич не был уверен, что технология может работать в экономически выгодных масштабах. Он поставил на то, что сможет заставить работать существующую технологию до тех пор, пока не будут решены проблемы с EUV. У него были веские причины быть уверенным: Intel постоянно опережал своих коллег, внедряя передовые технологии производства чипов.
Это оказалось ошибкой. TSMC, применяющий технологию EUV, впервые обогнал Intel в технологическом плане примерно в 2018 году. Тайваньская компания занимается так называемым литейным производством, когда клиенты, включая Apple, Nvidia и AMD, разрабатывают свои собственные чипы, а затем заключают с TSMC контракт на их производство.
Тем временем Intel изо всех сил пытался обеспечить надежную работу своего альтернативного подхода к литографии чипов – «множественного шаблонирования». К тому времени, когда Intel отладил процесс до такой степени, что он стал жизнеспособным в больших масштабах, TSMC и Samsung уже производили еще более совершенные полупроводники.
Китайский вызов.
Для США это имело более серьезные последствия, поскольку TSMC также поставлял свою продукцию китайским компаниям, таким как Huawei Technologies Co, к которым администрации Дональда Трампа и Джо Байдена относились с подозрением. Чипы, изготовленные по технологии EUV, использовались в смартфонах Huawei начиная с 2019 года. Таким образом, технология, которая частично финансировалась из американского капитала и для которой часть базовых исследований проводилась в американских лабораториях, могла принести пользу главному геополитическому сопернику.
Если Китай сможет либо производить, либо покупать самые передовые чипы, это поможет ему внедрить ИИ не только в промышленности, но и, возможно, в военной сфере. Несмотря на значительный технологический потенциал, Китай по-прежнему вынужден импортировать большую часть необходимых ему полупроводников. Обеспечение собственных мощностей EUV стало приоритетной задачей.
Начиная с начала десятилетия, США убеждали правительство Нидерландов не допустить продажи компанией ASML каких-либо устройств в Китай. Пока эти усилия оказались успешными: Китай до сих пор не имеет EUV-установок.
Следующий шаг Intel.
Тем временем Intel все еще страдает от своего просчета.
Фондовый рынок иллюстрирует масштаб ошибки. В 2012 году, когда Intel инвестировал в ASML, его рыночная капитализация была в 15 раз больше, чем у Nvidia, и почти вдвое больше, чем у TSMC. Сейчас капитализация Intel в разы меньше, чем у обеих компаний: Intel оценивается в $164 млрд, TSMC – в $650 млрд, а Nvidia – в $2,2 трлн. Во многом это связано с отсутствием у Intel доступа к EUV.
Гелсингер стремится не повторить ошибку своего предшественника. Intel поддерживает 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 заводе в Орегоне.
