Μια μικρή αλλά φιλόδοξη start-up στις ΗΠΑ, η Substrate, φαίνεται έτοιμη να ταράξει τα νερά της παγκόσμιας βιομηχανίας ημιαγωγών. Η εταιρεία ανακοίνωσε ότι έχει αναπτύξει μια νέα, σημαντικά φθηνότερη τεχνολογία λιθογραφίας βασισμένη σε ακτίνες Χ, η οποία θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για την κατασκευή των επόμενων γενεών μικροτσίπ — και ίσως να επαναφέρει την αμερικανική πρωτοκαθεδρία στην κατασκευή τους.
Για να κατασκευαστούν τα πιο προηγμένα chips σήμερα, οι βιομηχανίες ημιαγωγών βασίζονται αποκλειστικά στις πανάκριβες μηχανές Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography, οι οποίες χρησιμοποιούν φως μήκους κύματος μόλις 13,5 νανομέτρων για να "χαράξουν" τα κυκλώματα επάνω στα wafer πυριτίου. Αυτές οι μηχανές επιτρέπουν τη δημιουργία τσιπ που φτάνουν σε κλίμακες των 3nm ή ακόμη και 2nm, χωρώντας δεκάδες δισεκατομμύρια τρανζίστορ σε ένα ελάχιστο κομμάτι υλικού.
Το πρόβλημα; Μια και μόνο EUV μηχανή κοστίζει μεταξύ 150 και 200 εκατομμυρίων δολαρίων — και την παράγει μόνο μία εταιρεία στον κόσμο: η ολλανδική ASML. Η επόμενη γενιά, οι λεγόμενες High-NA EUV, ανεβάζει το κόστος στα 350-380 εκατομμύρια, υπόσχεται όμως ακόμη υψηλότερη ανάλυση και δυνατότητα χάραξης ακόμα μικρότερων χαρακτηριστικών.
Χωρίς αυτές τις υπερσύγχρονες μηχανές, οι foundries αναγκάζονται να καταφεύγουν σε περίπλοκες τεχνικές πολλαπλής έκθεσης (multi-patterning), αυξάνοντας τα σφάλματα και ρίχνοντας την αποδοτικότητα. Επιπλέον, με τις αμερικανικές κυρώσεις να απαγορεύουν την εξαγωγή EUV μηχανών στην Κίνα, η παγκόσμια αγορά βρίσκεται ουσιαστικά εγκλωβισμένη σε ένα μονοπώλιο.
Η Substrate προτείνει κάτι ριζικά διαφορετικό. Η τεχνολογία της, X-ray Lithography (XRL), χρησιμοποιεί δέσμες φωτός που παράγονται από σωματίδια τα οποία επιταχύνονται σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός μέσω ειδικών επιταχυντών. Σύμφωνα με την εταιρεία, αυτό το σύστημα μπορεί να προσφέρει ανάλυση συγκρίσιμη με τα 2nm-class chips της ASML, με σημαντικά χαμηλότερο κόστος λειτουργίας και συντήρησης.
Σε δήλωσή της, η Substrate περιγράφει τη φιλοσοφία της ως εξής:
Οι επιταχυντές μας δημιουργούν και τροφοδοτούν δέσμες φωτός δισεκατομμύρια φορές πιο φωτεινές από τον ήλιο. Αυτές κατευθύνονται απευθείας στα λιθογραφικά μας εργαλεία, τα οποία χρησιμοποιούν ένα εντελώς νέο οπτικό και μηχανικό σύστημα υψηλής ταχύτητας για να αποτυπώσουν τα μικρότερα δυνατά χαρακτηριστικά πάνω στα wafer των chips.
Η εταιρεία υποστηρίζει ότι η προσέγγισή της μπορεί να επιμηκύνει τη διάρκεια ζωής του νόμου του Moore, της διάσημης παρατήρησης του συνιδρυτή της Intel, Gordon Moore, σύμφωνα με την οποία η πυκνότητα των τρανζίστορ διπλασιάζεται περίπου κάθε δύο χρόνια.
Η πρόοδος στην τεχνολογία των chips δεν εξαρτάται μόνο από τη φυσική — αλλά και από την οικονομία. Σύμφωνα με τον λεγόμενο νόμο του Rock, το κόστος κατασκευής ενός εργοστασίου αιχμής (fab) διπλασιάζεται κάθε τέσσερα χρόνια. Ένα τέτοιο εργοστάσιο κόστιζε περίπου 5 δισεκατομμύρια δολάρια στις αρχές της δεκαετίας του 2010, ενώ σήμερα ξεπερνά τα 25 δισεκατομμύρια. Μέχρι το 2030, η Substrate προβλέπει ότι τα νέα fabs θα κοστίζουν πάνω από 50 δισεκατομμύρια δολάρια και κάθε wafer για chips 2nm θα αγγίζει τα 100.000 δολάρια — τριπλάσιο κόστος από το σημερινό.
Σε αυτό το σενάριο, μόνο οι μεγαλύτερες εταιρείες, όπως η Apple, η NVIDIA ή η TSMC, θα μπορούσαν να αντέξουν οικονομικά την παραγωγή προηγμένων chips. «Τα οικονομικά αυτής της κλίμακας είναι πιο αποθαρρυντικά από τη φυσική της», σημειώνει η Substrate. «Το μοντέλο αυτό μοιάζει σπασμένο».
Η Substrate υποστηρίζει ότι έχει βρει μια εναλλακτική διαδρομή. Με τη νέα της τεχνολογία, σκοπεύει να μειώσει το κόστος παραγωγής wafer σε επίπεδα πολύ πιο κοντά στα 10.000 δολάρια, δέκα φορές κάτω από τις προβλέψεις για το τέλος της δεκαετίας. Αν το καταφέρει, η αλλαγή αυτή θα μπορούσε να έχει καταλυτικές επιπτώσεις όχι μόνο για τις αμερικανικές εταιρείες, αλλά και για ολόκληρη τη βιομηχανία των ημιαγωγών.
Πέρα από την τεχνολογική και οικονομική της υπόσχεση, η Substrate βλέπει και έναν στρατηγικό στόχο: την επαναφορά των ΗΠΑ στο επίκεντρο της παγκόσμιας παραγωγής μικροτσίπ. Με τις γεωπολιτικές εντάσεις να αυξάνονται και τις αλυσίδες εφοδιασμού να δοκιμάζονται, μια τεχνολογία λιθογραφίας που θα μπορούσε να παραχθεί και να λειτουργήσει εντός αμερικανικού εδάφους θα ήταν πολύτιμο πλεονέκτημα.
Αν η Substrate καταφέρει να τηρήσει τις υποσχέσεις της, δηλαδή να μειώσει το κόστος, να διατηρήσει υψηλή απόδοση και να επιτύχει ανάλυση στα 2nm, τότε δεν μιλάμε απλώς για μια τεχνολογική καινοτομία, αλλά για ένα πιθανό σημείο καμπής στην παγκόσμια ισορροπία δυνάμεων στον χώρο των ημιαγωγών.
Η επόμενη δεκαετία θα δείξει αν η Substrate είναι απλώς ένας τολμηρός νεοεισερχόμενος ή ο καταλύτης μιας νέας εποχής για τη βιομηχανία που βρίσκεται στην καρδιά κάθε σύγχρονης τεχνολογίας.
[source]
