ASML chce usunąć jedno z największych ograniczeń swojej najnowszej litografii High-NA EUV i otworzyć ją na produkcję największych układów wykorzystywanych w centrach danych i systemach AI. Kluczową zmianą ma być przejście na znacznie większe fotomaski, dzięki którym zaawansowane maszyny będą mogły drukować układy o rozmiarach zbliżonych do największych obecnych procesorów projektowanych przez NVIDIĘ czy Google.
Projekt ma jednak znaczenie nie tylko dla rozmiaru chipów. ASML szacuje, że większe maski mogą docelowo zwiększyć produktywność systemów High-NA EUV nawet o 40 proc. W rozwój i wdrażanie nowej generacji technologii zaangażowani są m.in. TSMC, Samsung i Intel, a pierwsza linia pilotażowa wykorzystująca większe maski ma powstać w 2031 roku.
Warto wiedzieć:
- ASML rozwija 12-calowe fotomaski dla systemów High-NA EUV.
- Technologia ma umożliwić produkcję znacznie większych chipów bez konieczności dzielenia wzoru na dwa pola.
- ASML zakłada nawet 40-procentowy wzrost produktywności systemów.
- TSMC planuje wykorzystać High-NA EUV w zaawansowanej produkcji masowej od 2030 roku.
- Samsung chce wdrożyć High-NA EUV do masowej produkcji DRAM w 2028 roku.
- Linia pilotażowa z większymi maskami planowana jest na 2031 rok, a gotowość do produkcji wielkoseryjnej na 2033 rok.
High-NA EUV ma problem z największymi chipami AI
High-NA EUV jest kolejną generacją technologii litografii ekstremalnym ultrafioletem, na której opiera się produkcja najbardziej zaawansowanych półprzewodników. W obecnie wykorzystywanych systemach EUV współczynnik apertury numerycznej wynosi 0,33, natomiast platforma EXE firmy ASML zwiększa go do 0,55. Pozwala to drukować znacznie drobniejsze struktury – ASML mówi o rozdzielczości około 8 nm – i ograniczać liczbę dodatkowych etapów koniecznych przy produkcji kolejnych generacji procesorów.
Wyższa rozdzielczość przyniosła jednak kompromis. Obecna konstrukcja High-NA EUV wykorzystuje mniejsze pole ekspozycji. To nie stanowi dużego problemu w przypadku niewielkich układów, ale staje się istotnym ograniczeniem przy ogromnych procesorach dla centrów danych. Klasyczne systemy EUV pozwalają drukować układy o powierzchni sięgającej około 800 mm², a projektanci tacy jak NVIDIA czy Google tworzą procesory zbliżające się do tej granicy.
Przy High-NA taki duży układ trzeba obecnie podzielić na części i połączyć wzory podczas produkcji za pomocą techniki określanej jako stitching. Jest to możliwe, ale komplikuje zarówno projektowanie, jak i proces technologiczny. Właśnie to ograniczenie ASML chce teraz usunąć.
Większa fotomaska ma pozwolić drukować ogromne procesory w jednym polu
Rozwiązanie wygląda pozornie prosto: zamiast stosowanych od dziesięcioleci 6-calowych fotomasek branża ma przejść na znacznie większy format 12-calowy. Fotomaska jest jednym z kluczowych elementów litografii – zawiera wzór warstwy układu, który maszyna przenosi na krzemowy wafer przy użyciu światła EUV.
Większa maska pozwoli systemom High-NA EUV ponownie wykorzystać większe pole ekspozycji. Dzięki temu ogromne układy przeznaczone do obliczeń AI nie będą musiały być wykonywane jako dwa osobne fragmenty, które następnie trzeba bardzo precyzyjnie połączyć. Samsung potwierdził już udział w branżowej inicjatywie dotyczącej nowej platformy fotomasek i podkreśla, że ma ona ograniczyć problemy wynikające ze stitchingu oraz obniżyć koszty produkcji.
Zmiana samego rozmiaru maski jest jednak znacznie bardziej skomplikowana, niż mogłoby się wydawać. Wymaga przebudowania części systemu litograficznego, transportu i obsługi masek, metod kontroli defektów oraz infrastruktury wykorzystywanej do ich produkcji. Dlatego ASML potrzebuje współpracy całego ekosystemu półprzewodników, a nie jedynie kilku modyfikacji w swoich skanerach.
ASML mówi o nawet 40-procentowym wzroście produktywności
Najciekawsza liczba związana z projektem nie dotyczy jednak rozdzielczości. Według CTO ASML Marco Pietersa, jeżeli całej branży uda się przejść na większe fotomaski, produktywność systemów High-NA EUV może wzrosnąć o około 40 proc.
Dla producentów półprzewodników to potencjalnie ogromna różnica. Najbardziej zaawansowane maszyny litograficzne należą do najdroższych elementów fabryk chipów, a ich rentowność zależy m.in. od liczby waferów, które mogą zostać przetworzone w określonym czasie. Wyeliminowanie dodatkowych ekspozycji i części operacji związanych ze stitchingiem może przełożyć się zarówno na większą przepustowość, jak i niższy koszt produkcji pojedynczego układu.
High-NA EUV już samo w sobie może ograniczyć liczbę etapów potrzebnych do wykonania najbardziej skomplikowanych warstw. ASML wskazuje, że większa rozdzielczość pozwala zastępować kilka ekspozycji starszą technologią jednym procesem High-NA, skracając cykl produkcyjny i ograniczając ryzyko powstawania defektów.
W połączeniu z większym polem ekspozycji może to mieć szczególne znaczenie właśnie dla akceleratorów AI, które należą dziś do największych i najbardziej skomplikowanych chipów produkowanych w najbardziej zaawansowanych procesach technologicznych.
NVIDIA i Google projektują chipy, ale TSMC, Samsung i Intel muszą je wyprodukować
W całym projekcie warto rozróżnić dwie grupy firm. NVIDIA i Google projektują jedne z największych układów wykorzystywanych do obliczeń AI, ale nie są głównymi producentami wykorzystującymi maszyny ASML. To fabryki należące do takich przedsiębiorstw jak TSMC, Samsung czy Intel będą musiały wdrożyć High-NA EUV i nowe fotomaski do właściwego procesu produkcyjnego.
Intel znajduje się obecnie najdalej. W lipcu ASML potwierdził, że Intel Foundry wykorzystuje High-NA EUV na wybranych warstwach procesorów Core Ultra Series 3, znanych pod nazwą Panther Lake, produkowanych w technologii Intel 18A. Firma jako pierwsza w branży wykorzystała tę technologię w produkcie trafiającym do klientów.
TSMC podchodzi do wdrożenia ostrożniej i planuje rozpoczęcie masowej produkcji wykorzystującej High-NA EUV w zaawansowanych procesach od 2030 roku. Samsung zamierza zrobić to wcześniej w segmencie pamięci – producent planuje zastosować High-NA EUV w masowej produkcji DRAM już w 2028 roku. Koreańska firma oficjalnie dołączyła również do inicjatywy rozwijającej większe fotomaski.
SK Hynix także analizuje udział w projekcie i celuje w wykorzystanie High-NA EUV do produkcji DRAM w 2028 roku.
Intel już produkuje chipy z użyciem High-NA EUV
Choć większe fotomaski są projektem na następną dekadę, sama technologia High-NA EUV przestała być wyłącznie eksperymentem laboratoryjnym. Intel jako pierwszy otrzymał komercyjny system ASML High-NA i od tego czasu wykorzystuje go do rozwijania procesów produkcyjnych. Według ASML wybrane warstwy układów Intel 18A zostały już zakwalifikowane zarówno do produkcji na High-NA, jak i na obecnych systemach NXE.
To istotny etap, ponieważ High-NA EUV przez lata należało do najbardziej ambitnych projektów w całej branży półprzewodników. Nowa platforma wykorzystuje zupełnie nowy układ optyczny przygotowany wspólnie z Zeissem, a sama maszyna jest konstrukcją o skali i stopniu precyzji trudnym do porównania z większością urządzeń przemysłowych. ASML deklaruje, że High-NA umożliwia drukowanie struktur około 1,7 raza mniejszych niż poprzednia generacja EUV, co może przełożyć się na nawet 2,9 raza większą gęstość struktur w dwóch wymiarach.
TSMC i Samsung nie wykorzystują jeszcze High-NA EUV na podobną skalę. Ich deklaracje dotyczące 2028 i 2030 roku pokazują jednak, że technologia zaczyna przechodzić z fazy testów do planów rzeczywistej produkcji kolejnych generacji półprzewodników.
Największe chipy AI są coraz większym wyzwaniem dla fabryk
Zmiany przygotowywane przez ASML dobrze pokazują, jak rozwój generatywnej AI wpływa na samą fizyczną konstrukcję półprzewodników. Najbardziej zaawansowane akceleratory obliczeniowe zawierają dziesiątki miliardów tranzystorów i zajmują powierzchnię zbliżoną do maksymalnego pola, które można naświetlić podczas pojedynczej ekspozycji litograficznej.
Jednocześnie popyt na tego typu układy rośnie w tempie, które zmusza największych producentów do gwałtownego zwiększania mocy produkcyjnych. ASML informował w lipcu, że utrzymujące się inwestycje w infrastrukturę AI zwiększają popyt zarówno na zaawansowane układy logiczne, jak i pamięci, a klienci firmy przyspieszają plany rozbudowy fabryk.
Większa fotomaska może więc rozwiązywać dwa problemy jednocześnie. Z jednej strony pozwoli High-NA EUV obsługiwać ogromne układy bez ograniczenia połowy pola ekspozycji. Z drugiej – wzrost produktywności może pomóc producentom zwiększać liczbę najbardziej zaawansowanych chipów opuszczających fabryki.
Nie oznacza to jednak, że za kilka lat pojedyncze monolityczne procesory nagle staną się dwukrotnie większe. Branża równolegle rozwija chipletową konstrukcję procesorów i zaawansowane pakowanie. Nowa technologia ASML daje przede wszystkim większą elastyczność podczas projektowania i produkowania krytycznych elementów kolejnych generacji systemów AI.
Na większe maski trzeba będzie poczekać do następnej dekady
ASML nie ukrywa, że przejście na nowy format fotomasek będzie projektem wieloletnim. Pierwsza linia pilotażowa wykorzystująca większe maski ma być gotowa w 2031 roku, natomiast rozwiązanie przygotowane do produkcji wielkoseryjnej jest planowane na 2033 rok.
Tak długi harmonogram wynika z konieczności zmiany całego ekosystemu otaczającego litografię. Nowe maski trzeba nie tylko wyprodukować, ale również zapisywać na nich wzory z odpowiednią precyzją, kontrolować defekty, transportować je wewnątrz fabryk i zintegrować ze skanerami High-NA. Do tego dochodzą zmiany w oprogramowaniu projektowym i procedurach stosowanych przez producentów półprzewodników.
Dlatego w najbliższych latach High-NA EUV będzie nadal wykorzystywać obecny format masek oraz stitching tam, gdzie potrzebne będzie większe pole. Dopiero później 12-calowe maski mogą pozwolić wykorzystać pełny potencjał nowej generacji maszyn.
Jeżeli branży uda się zrealizować ten plan, technologia może stać się jednym z kluczowych elementów infrastruktury potrzebnej do produkcji kolejnych generacji procesorów AI w latach 30.
Podsumowanie
ASML próbuje zmienić jeden ze standardów, na których przemysł półprzewodników opierał się przez dziesięciolecia. Większe fotomaski mają pozwolić systemom High-NA EUV produkować największe układy bez konieczności dzielenia ich na dwa pola, a jednocześnie zwiększyć produktywność maszyn nawet o 40 proc.
NVIDIA i Google są przykładem firm projektujących ogromne układy, które mogą skorzystać na tej zmianie, natomiast bezpośrednie wdrożenie technologii spoczywa przede wszystkim na producentach półprzewodników – Intelu, TSMC, Samsungu, a potencjalnie również SK Hynix.
Na efekty trzeba będzie poczekać kilka lat, ale kierunek jest jasny: era AI wymusza zmiany nie tylko w architekturze procesorów, lecz także w samych maszynach, które te procesory wytwarzają.
Źródło:
- Reuters – informacje dotyczące projektu większych masek High-NA EUV, harmonogramu i prognozowanego wzrostu produktywności.
- ASML – dane techniczne High-NA EUV i wdrożenie technologii przez Intel Foundry.
Dziękujemy za przeczytanie artykułu na Techoteka.pl.
Publikujemy codziennie informacje o sztucznej inteligencji, nowych technologiach, IT oraz rozwoju agentów AI.
Obserwuj nas na Facebooku, aby nie przegapić kolejnych artykułów.
