Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology - Chris Miller

200 млн. долл. в EUV. После трех десятилетий инвестиций, миллиардов долларов, ряда технологических инноваций и создания одной из самых сложных в мире цепочек поставок к середине 2010-х годов инструменты EUV компании ASML были готовы к внедрению в самых современных фабриках по производству микросхем.

 

Глава 40.

"Плана Б не существует"

 

В 2015 году Тони Йена спросили, что произойдет, если новый инструмент для экстремально-ультрафиолетовой литографии, который разрабатывала компания ASML, не будет работать. Предыдущие двадцать пять лет Йен работал на переднем крае литографии. В 1991 году он был принят на работу в компанию Texas Instruments, только что окончившую Массачусетский технологический институт, где он возился с одним из последних инструментов для литографии, выпущенных компанией GCA перед ее банкротством. В конце 1990-х гг. он перешел в компанию TSMC, как раз в то время, когда начали появляться инструменты глубокой ультрафиолетовой литографии, излучающие свет с длиной волны 193 нанометра. В течение почти двух десятилетий промышленность полагалась на эти инструменты для изготовления все более мелких транзисторов, используя ряд оптических трюков, таких как пропускание света через воду или через несколько масок, чтобы световые волны с длиной волны 193 нм позволяли создавать формы размером в доли процента. Эти трюки позволили сохранить закон Мура, так как чип-индустрия уменьшала размеры транзисторов, начиная с 180-нм узла в конце 1990-х годов и заканчивая ранними этапами создания 3D-чипов FinFET, которые были готовы к крупносерийному производству к середине 2010-х годов.

Однако оптических ухищрений, позволяющих с помощью 193-нм света вырезать мелкие детали, было не так уж много. Каждый новый обходной путь увеличивал время и стоил денег. К середине 2010-х годов, возможно, удалось бы добиться еще нескольких улучшений, но закон Мура требовал более совершенных инструментов для литографии, позволяющих вырезать более мелкие детали. Единственная надежда была на то, что инструменты для EUV-литографии, разработка которых велась с начала 1990-х годов, , наконец, будут запущены в промышленное производство. Какова же была альтернатива? "Плана Б не существует", - знал Йен.

Моррис Чанг сделал ставку на EUV больше, чем кто-либо другой в полупроводниковой отрасли. В команде литографов компании были разногласия по поводу того, готовы ли инструменты с EUV к крупносерийному производству, но Шанг-И Чианг, мягкий инженер, возглавлявший НИОКР TSMC и ставивший в заслугу компании передовые технологии производства, был уверен, что EUV - это единственный путь вперед. Чианг родился в Чунцине, где, как и Моррис Чанг, его семья бежала от японских войск во время Второй мировой войны. Он вырос на Тайване, затем изучал электротехнику в Стэнфорде, работал в компании TI в Техасе, а затем в HP в Кремниевой долине. Когда в 1997 г. ему неожиданно позвонили из TSMC и предложили работу, а также огромный бонус при подписании контракта, он вернулся на Тайвань, чтобы помочь в создании компании. В 2006 г. он попытался уйти на пенсию в Калифорнии, но когда в 2009 г. TSMC столкнулась с задержкой 40-нм технологического процесса, расстроенный Моррис Чанг приказал Чиангу вернуться на Тайвань и за супом с говяжьей лапшой попросил его снова взять на себя ответственность за управление исследованиями и разработками.

Работая в Техасе и Калифорнии, а также на Тайване, Чианг всегда был поражен амбициями и трудовой этикой, которые двигали TSMC. Амбиции проистекали из видения Моррисом Чангом технологии мирового уровня, что проявилось в его готовности тратить огромные средства на расширение команды разработчиков TSMC со 120 человек в 1997 году до 7000 в 2013 году. Этот голод пронизывал всю компанию. "На Тайване люди работали намного больше, - объясняет Чианг. Поскольку производственные инструменты составляют большую часть стоимости современного завода, поддержание оборудования в рабочем состоянии имеет решающее значение для прибыльности. В США, по словам Чианга, если что-то ломалось в час ночи, инженер чинил это на следующее утро. В TSMC они починят ее к двум часам ночи. "Они не жалуются", - пояснил он, и, по его словам, , "их супруга тоже не жалуется". После того как Чианг вновь возглавил отдел исследований и разработок, TSMC устремилась вперед к EUV. Ему не составило труда найти сотрудников, которые могли бы работать всю ночь напролет. Он попросил построить три EUV-сканера для тестирования в центре одного из крупнейших предприятий компании, Fab 12, и в рамках партнерства с ASML не жалел средств на тестирование и совершенствование EUV-инструментов.

Как и TSMC, Samsung и Intel, компания GlobalFoundries рассматривала возможность перехода на EUV в рамках подготовки к созданию собственного 7-нм узла. С момента своего создания GlobalFoundries понимала, что для ее процветания необходимо расти. Компания унаследовала производственные мощности AMD, но она была гораздо меньше своих конкурентов. Чтобы расти, GlobalFoundries в 2010 году купила сингапурское литейное производство Chartered Semiconductor по адресу . Спустя несколько лет, в 2014 году, она купила микроэлектронный бизнес IBM, пообещав производить чипы для Big Blue, которая решила обойтись без фабрик по той же причине, что и AMD. Руководители IBM часто представляли себе вычислительную экосистему в виде перевернутой пирамиды с полупроводниками в основании, от которых зависят все остальные вычисления. Однако, несмотря на то, что IBM сыграла фундаментальную роль в развитии полупроводникового бизнеса, ее руководители пришли к выводу, что производство микросхем не имеет финансового смысла. Оказавшись перед выбором: инвестировать миллиарды в строительство новой передовой фабрики или миллиарды в высокодоходное программное обеспечение, они выбрали последнее, продав свое подразделение по производству микросхем компании GlobalFoundries.

К 2015 году благодаря этим приобретениям GlobalFoundries стала крупнейшей литейной компанией в США и одной из крупнейших в мире, однако по сравнению с TSMC она все еще оставалась "мелюзгой". GlobalFoundries конкурировала с тайваньской UMC за статус второй по величине литейной компании в мире, и каждая из них занимала примерно 10% рынка литейного производства. Однако TSMC занимала более 50% мирового рынка литейного производства. Samsung в 2015 году занимала лишь 5% рынка литейного производства, но при этом она произвела больше пластин, чем кто-либо другой, если учесть огромное производство чипов собственной разработки (например, чипов памяти и чипов для процессоров смартфонов). Если измерять производительность в тысячах пластин в месяц, что является отраслевым стандартом, то у TSMC она составила 1,8 млн, а у Samsung - 2,5 млн. GlobalFoundries имела только 700 000.

Компании TSMC, Intel и Samsung были уверены, что перейдут на EUV, хотя у них были разные стратегии относительно того, когда и как это делать. GlobalFoundries была менее уверена в своих силах. Компания испытывала трудности с 28-нм техпроцессом.