Vũ Nguyễn
Writer
Thiết bị sản xuất chip cực tím cực mạnh NA số khẩu độ số cao (EUV cực mạnh NA cao) của ASML. Ảnh: Ảnh chụp màn hình X
TSMC của Đài Loan có thể sẽ là công ty sản xuất chip thứ hai sau Intel nhận được công cụ quang khắc tiên tiến nhất của ngành công nghiệp bán dẫn khi cuộc đua sản xuất chip 1 nanomet đang diễn ra nhanh chóng.
Theo báo cáo của Nikkei Châu Á, nhà máy đúc mạch tích hợp (IC) hàng đầu thế giới sẽ lắp đặt hệ thống quang khắc cực tím (EUV) NA cao mới của ASML tại trung tâm R&D ở Tân Trúc, Đài Loan vào cuối năm nay.
Con số này muộn hơn khoảng ba tháng so với dự kiến ban đầu của các nguồn tin trong ngành nhưng không muộn hơn đáng kể so với Intel của Mỹ, nơi đã lắp đặt hệ thống quang khắc NA cao đầu tiên tại trung tâm R&D ở Oregon vào tháng 4 năm ngoái và hệ thống thứ hai vào tháng 8.
Theo báo cáo, Samsung Electronics sẽ mua lại hệ thống NA cao đầu tiên vào đầu năm 2025. ASML của Hà Lan độc quyền các hệ thống quang khắc EUV mà TSMC sử dụng để sản xuất IC ở các nút quy trình 7nm và nhỏ hơn.
Hệ thống quang khắc NA cao, còn được gọi là hệ thống EXE, cũng sử dụng ánh sáng EUV nhưng sử dụng hệ thống quang học mới giúp tăng khẩu độ số (NA) từ 0,33 lên 0,55. Điều đó làm giảm kích thước quan trọng hoặc tính năng nhỏ nhất mà hệ thống có thể in được xuống 1,7 lần và tăng mật độ bóng bán dẫn trên chip lên 2,9 lần.
Khẩu độ số là “đo lường khả năng thu thập và hội tụ ánh sáng của hệ thống quang học”, theo lời của ASML: “NA càng cao thì hiệu suất của hệ thống càng tốt”.
Theo báo cáo, TSMC đặt mục tiêu bắt đầu sử dụng công nghệ quang khắc NA cao tại nút 1,4nm (14A, A cho angstrom) vào năm 2028 hoặc sau đó, hoặc tại 1nm (10A) vào năm 2030 hoặc sau đó. Quy trình 2nm mà công ty có kế hoạch giới thiệu vào cuối năm 2025 sẽ sử dụng các hệ thống quang khắc EUV hiện có.
Có lẽ điều đó cũng đúng vì công tác phát triển và đánh giá cần thiết để sử dụng EUV NA cao một cách hiệu quả trong sản xuất thương mại sẽ mất nhiều thời gian.
Công nghệ này cũng rất đắt, theo báo cáo thì tốn ít nhất 350 triệu đô la cho mỗi hệ thống hoặc gần gấp đôi giá của thiết bị EUV tiêu chuẩn. Có lẽ con số đó sẽ giảm xuống khi nhu cầu về đơn vị tăng lên.
Trong khi TSMC tích hợp EUV NA cao vào lộ trình nâng cấp công nghệ của mình, Intel đang sử dụng nó như một phần trong chiến lược bắt kịp mạnh mẽ của CEO Pat Gelsinger, cho đến nay vẫn bị cản trở bởi năng suất đáng thất vọng, chi phí tái cấu trúc, nhiều khoản lỗ và gia công cho TSMC xuống còn 3nm.
Giá cổ phiếu của Intel đã giảm hơn 50% trong năm nay, trong khi giá cổ phiếu của TSMC tăng hơn 70%.
Intel kỳ vọng rằng “Các công cụ High NA EUV sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển chip tiên tiến và sản xuất bộ xử lý thế hệ tiếp theo. Intel Foundry — công ty tiên phong trong ngành về High NA EUV — sẽ có thể cung cấp độ chính xác và khả năng mở rộng chưa từng thấy trong sản xuất chip, cho phép công ty phát triển chip với các tính năng và khả năng sáng tạo nhất, thiết yếu để thúc đẩy sự tiến bộ trong AI và các công nghệ mới nổi khác.”
Nghĩa là, nếu mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch. Cụ thể, “Intel dự kiến sẽ sử dụng cả 0,33NA EUV và 0,55NA EUV cùng với các quy trình quang khắc khác trong quá trình phát triển và sản xuất chip tiên tiến, bắt đầu với các điểm kiểm tra sản phẩm trên Intel 18A vào năm 2025 và tiếp tục sản xuất Intel 14A. Phương pháp tiếp cận của Intel sẽ tối ưu hóa công nghệ quy trình tiên tiến về chi phí và hiệu suất.”
Có thể, và theo hầu hết các báo cáo, chương trình tái cấu trúc của Intel đang đạt được tiến triển, nhưng có lẽ nên thêm cụm từ “hoặc sau đó” vào mốc thời gian.
Đối với Trung Quốc, ít nhất là hiện tại, đây không phải là cuộc thi mà họ có thể cạnh tranh. Các lệnh trừng phạt của Hoa Kỳ ngăn cản họ mua các hệ thống EUV, và các hệ thống siêu cực tím sâu (DUV) ngâm ArF (Argon Flouride) thế hệ trước mà họ có thể mua được có nghĩa là họ bị giới hạn ở mức 5nm.
Các báo cáo gần đây cho biết thiết bị quang khắc của Trung Quốc do Công ty Thiết bị Điện tử Vi mô Thượng Hải (SMEE) sản xuất có khả năng thương mại hóa ở bước sóng 65nm nhưng nỗ lực phát triển hệ thống nhúng ArF có khả năng sản xuất IC ở nút quy trình 28nm của công ty này đang mất nhiều thời gian hơn dự kiến ban đầu.
Trong khi đó, ASML phải mất sáu năm để phát triển từ việc vận chuyển hệ thống EUV đầu tiên đến việc vận chuyển các lô máy sản xuất số lượng lớn và 10 năm nghiên cứu và phát triển trước khi có thể vận chuyển hệ thống quang khắc EUV NA cao đầu tiên.
Có khả năng Trung Quốc không phát triển được thiết bị in thạch bản của riêng mình nếu không có lệnh trừng phạt của Hoa Kỳ. Hàn Quốc, nơi có Samsung Electronics và SK Hynix, hai trong số những nhà sản xuất IC bộ nhớ hàng đầu thế giới, vẫn chưa phát triển được thiết bị in thạch bản của riêng mình. Nikon của Nhật Bản, không thể cạnh tranh với ASML, không sản xuất hệ thống EUV. Canon thậm chí chưa từng thử.
Các lệnh trừng phạt cũng tạo động lực cho Trung Quốc phát triển quang tử silicon, một công nghệ kết hợp mạch tích hợp dựa trên silicon và các thành phần quang học để xử lý và truyền khối lượng dữ liệu khổng lồ mà không cần sử dụng quang khắc EUV.
Các nhà thiết kế và sản xuất IC, hệ thống AI và thiết bị viễn thông, bao gồm Nvidia, AMD, Intel, TSMC, IBM, Cisco Systems, NTT, Huawei và các công ty và phòng thí nghiệm khác của Trung Quốc, đã nghiên cứu công nghệ này trong nhiều năm.
Năm nay, photonic silicon cuối cùng đã thu hút sự chú ý của Ủy ban Chọn lọc Hạ viện Hoa Kỳ về Cạnh tranh Chiến lược giữa Hoa Kỳ và Đảng Cộng sản Trung Quốc (ĐCSTQ).
Vào ngày 27 tháng 10, chủ tịch ủy ban John Moolenaar (Đảng Cộng hòa-Missouri) và thành viên cấp cao Raja Krishnamoorthi (Đảng Dân chủ-Illinois) đã viết thư cho Bộ trưởng Thương mại Gina Raimondo để cảnh báo rằng công nghệ quang tử có thể cho phép Trung Quốc vượt qua Hoa Kỳ về chất bán dẫn và yêu cầu bà hành động để ngăn chặn điều đó.
Trích dẫn lời của Matthew Reynolds, tác giả của cuốn “Controlling Light: Is Silicon Photonics an Emerging Front in US-China Tech Competition?”, các nghị sĩ đã viết:
Ủy ban đã lưu ý rằng quang tử được liệt kê trong Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 của Trung Quốc (2021–2025) là công nghệ mà các phòng thí nghiệm quốc gia nên xây dựng và Tổng bí thư Tập Cận Bình đã gọi đó là "một ngành công nghiệp công nghệ cao mà đất nước chúng ta có điều kiện để đạt được bước đột phá trước những nước khác". #chip1nm #CuộcchiếnbándẫnMỹTrung
