رقائق أرخص بنسبة 90% من الولايات المتحدة؟ شركة Substrate الناشئة تتحدى عملاقي ASML (هولندا) وTSMC (تايوان).

الطباعة بالأشعة السينية 2.0: من المختبر إلى الإنتاج الضخم - هل أصبحت الطباعة بالأشعة السينية واقعية مرة أخرى؟

في عالم التكنولوجيا المتقدمة، حيث يُقاس التقدم بالنانومتر، تُشبه صناعة أشباه الموصلات حصنًا ذا أسوار منيعة. وعلى رأس هذا النظام العالمي، يقف عملاقان لا يُنازعان: شركة ASML الهولندية الاحتكارية، المورد الوحيد لآلات الطباعة الحجرية EUV باهظة الثمن لتصنيع الرقائق المتطورة، وشركة TSMC التايوانية العملاقة في مجال السبائك، التي تُهيمن على سوق التصنيع التعاقدي العالمي. وقد بدت هذه المنظومة شديدة التركيز، المبنية على عقود من البحث واستثمارات بمئات المليارات، حتى الآن عصية على المساس.

لكن الآن، تُحدث شركة ناشئة في سان فرانسيسكو تُدعى "سابستريت" ضجةً قد تُزعزع أسس هذه الصناعة. بدعمٍ يزيد عن 100 مليون دولار من مستثمرين بارزين مثل بيتر ثيل، وشركة "إن-كيو-تيل"، ذراع رأس المال الاستثماري لوكالة المخابرات المركزية الأمريكية، تُعدّ "سابستريت" على أهبة الاستعداد لإعادة صياغة قواعد اللعبة. وعدهم: تقنية طباعة بالأشعة السينية مُحيّاة ومُبتكرة، ليست فقط أقوى من أنظمة الأشعة فوق البنفسجية القصوى المُعتمدة من ASML، بل يُمكنها أيضًا أن تُخفّض تكلفة رقاقة الشريحة بشكل كبير بنسبة 90%.

هذا الإعلان ليس مجرد ابتكار تكنولوجي؛ إنه إعلان حرب جيوسياسي واقتصادي. إنه يضرب في صميم سعي أمريكا لتحقيق السيادة التكنولوجية، ويتحدى نموذج أعمال أغلى الآلات في العالم، ويَعِد بتحطيم الحواجز الساحقة أمام دخول صناعة الرقائق. لكن الطريق من عرض مختبري واعد إلى إنتاج ضخم موثوق به مفروش بحطام الثورات الفاشلة. العقبات التقنية هائلة، وتشكك الصناعة عميق، وتاريخ الطباعة الحجرية بالأشعة السينية نفسه هو أحد الإخفاقات التاريخية. لذا، فإن السؤال الحاسم هو: هل نشهد بداية تغيير حقيقي سيعيد رسم المشهد العالمي للرقائق، أم مجرد ديجافو ممولة بكثافة لحلم تكنولوجي يتحطم أمام الحقائق القاسية للفيزياء والاقتصاد؟

مناسب ل:

• القوة العظمى السرية في أوروبا ASML في حرب الرقائق: كيف تمسك شركة واحدة بمستقبل الذكاء الاصطناعي في الاتحاد الأوروبي بين يديها

من المتوقع حدوث تحول في القوة العالمية من خلال الطباعة بالأشعة السينية المبتكرة

تشهد تكنولوجيا تصنيع الرقائق وأشباه الموصلات، التي تُعدّ من أهم التطورات الصناعية في القرن الحادي والعشرين، حاليًا منعطفًا هامًا. وتحظى شركة ناشئة مقرها سان فرانسيسكو تُدعى "سابسترات" باهتمام كبير في صناعة الرقائق الدقيقة العالمية بإعلانها عن تقنية جديدة للطباعة الحجرية بالأشعة السينية. وبدعم من مستثمرين بارزين مثل بيتر ثيل، جمعت الشركة أكثر من مئة مليون دولار، وتزعم أنها طورت بديلًا لأنظمة الطباعة الحجرية باهظة الثمن التي تنتجها شركة ASML الهولندية الاحتكارية، وقدرات التصنيع التي تمتلكها شركة TSMC التايوانية العملاقة. ويُعدّ التأثير المحتمل لهذا التطور على سلسلة قيمة أشباه الموصلات بأكملها، وهياكل القوة الجيوسياسية، والتوازنات الاقتصادية داخل هذه الصناعة، أمرًا جوهريًا ويستحق تحليلًا اقتصاديًا مفصلًا.

اقتصاديات الطباعة الحجرية لأشباه الموصلات: عندما تواجه الاحتكارات التحديات

إن تاريخ الابتكارات الصناعية يظهر مرارا وتكرارا أن التغيير التكنولوجي نادرا ما يأتي من مركز هياكل السلطة القائمة، بل يبدأ من قبل جهات خارجية.

تشهد صناعة أشباه الموصلات الحالية تركيزًا استثنائيًا. تُسيطر شركة ASML، ومقرها هولندا، على كامل سوق أنظمة الطباعة الحجرية المتطورة تقريبًا، بحصة سوقية تتراوح بين 90% و100% في مجال الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية الشديدة. تُعد هذه الآلات، التي تتراوح تكلفتها بين 200 و400 مليون دولار أمريكي للوحدة، أساسية لتصنيع أشباه الموصلات المتقدمة بأبعاد أقل من سبعة نانومتر. يتجاوز هامش الربح الإجمالي لشركة ASML باستمرار 50%، وهو مؤشر على القوة التسعيرية الهائلة التي تتمتع بها شركة احتكارية بحكم الواقع. في عام 2024، حققت الشركة إيرادات بلغت 28.3 مليار يورو، وصافي ربح قدره 7.6 مليار يورو. ومن المتوقع أن تنمو الإيرادات بنسبة تقارب 15% في عام 2025، بهامش ربح إجمالي يبلغ حوالي 52%.

كان تطوير تقنية الأشعة فوق البنفسجية القصوى هذه بمثابة ماراثون امتد لأكثر من ثلاثة عقود، وبلغت تكلفته الإجمالية أكثر من عشرة مليارات دولار. ولم تتمكن ASML من إدارة هذا المشروع الضخم إلا من خلال شراكات استراتيجية مع Intel وSamsung وTSMC، التي استثمرت مجتمعةً 1.4 مليار يورو في الشركة عام 2012، مشاركةً بذلك في ما يُسمى بمشروع Musketeer. تم تسليم أول نظام EUV تجاري عام 2010، لكن التقنية لم تصل إلى مرحلة الإنتاج الضخم إلا عام 2019. ويُظهر هذا التأخر في طرح المنتج في السوق لما يقرب من عشرين عامًا مقارنةً بالخطط الأصلية، العقبات التقنية الهائلة.

بالتوازي مع ذلك، تُهيمن شركة TSMC التايوانية على سوق المسابك العالمية بحصة سوقية هائلة تجاوزت 70% في الربع الثاني من عام 2025. وقد حققت الشركة إيرادات بلغت 30.24 مليار دولار أمريكي في الربع الثالث من عام 2025، وتخطط لنفقات رأسمالية تتراوح بين 38 و42 مليار دولار أمريكي لعام 2025. وتتراوح تكلفة مصنع TSMC المتطور من الجيل التالي بين 15 و20 مليار دولار أمريكي. وتُظهر هذه الأرقام العوائق الهائلة أمام دخول هذه الصناعة.

إن الطباعة الحجرية بالأشعة السينية، التي تُقدم الآن ركائز بديلة، ليست اختراعًا جديدًا على الإطلاق. فقد كانت هذه التقنية قيد البحث في سبعينيات القرن الماضي، وخلال ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي، استثمرت شركات IBM وMotorola وشركات أمريكية أخرى بكثافة في تطويرها. ومع ذلك، فقد تبيّن أن التحديات التقنية كانت هائلة. وشملت المشاكل الأساسية الحاجة إلى أقنعة شديدة الثبات مصنوعة من مواد باهظة الثمن مثل الذهب، وصعوبة إنتاج مصادر أشعة سينية متسقة، وتعقيد تشتت الإلكترونات الثانوي، مما حدّ من دقة الصورة. كما لعبت العوامل الاقتصادية دورًا في ذلك: إذ لم تتمكن الصناعة من الاتفاق على معايير مشتركة، وفشل التمويل من شركات مختلفة بسبب تباين المصالح التجارية.

الاضطراب التكنولوجي: ثورة أم تكرار للإخفاقات التاريخية؟

تزعم شركة Substrate أنها حلّلت هذه المشكلات التاريخية. تستخدم الشركة مُسرّع جسيمات مُصمّم خصيصًا يُسرّع الإلكترونات إلى سرعة تُقارب سرعة الضوء. تمر هذه الإلكترونات عبر سلسلة من المغناطيسات التي تُسبّب تذبذبها، مُولّدةً أشعة سينية مُكثّفة بأطوال موجية أقل من أربعة نانومتر. هذا الطول الموجي أقصر بكثير من 13.5 نانومتر لتقنية EUV من ASML، مما يُتيح نظريًا دقة أعلى. قدّمت Substrate نتائج مختبرية تُظهر هياكل بأبعاد حرجة تبلغ 12 نانومترًا ومسافة بين طرفيها تبلغ 13 نانومترًا، وهي قدرات تُضاهي قدرات أنظمة EUV الحديثة لتقنيات المعالجة ذات النانومترين.

يتمثل الادعاء الاقتصادي الرئيسي لشركة Substrate في أن تكلفة الرقاقة الواحدة قد تنخفض من حوالي مائة ألف دولار حاليًا إلى حوالي عشرة آلاف دولار بحلول نهاية العقد. هذا التخفيض في التكلفة بنسبة 90% من شأنه أن يُحدث تغييرًا جذريًا في اقتصاديات تصنيع أشباه الموصلات. وتجادل الشركة بأنه من خلال تجنب عملية التنميط المتعددة المعقدة المطلوبة غالبًا في تقنية EUV، يمكن تقليل عدد خطوات الإنتاج بشكل كبير.

ومع ذلك، فإن تشكك الصناعة مبرر ويستند إلى حقائق تقنية واقتصادية صادمة. فعرض الهياكل في المختبر يختلف تمامًا عن الإنتاج الضخم ذي الإنتاجية الثابتة. تحقق شركة TSMC إنتاجية تبلغ حوالي 70% باستخدام عمليات 4 نانومتر، بينما تعاني سامسونج من تحقيق إنتاجية تبلغ 35% فقط باستخدام تقنيات مماثلة. توضح هذه الأرقام مدى أهمية استقرار العملية وتقليل العيوب. فحتى أصغر الانحرافات على المستوى الذري قد تؤدي إلى أعطال.

من المشكلات الحرجة بشكل خاص في الطباعة الحجرية الحديثة التأثيرات العشوائية، أي التغيرات العشوائية في عملية التعرض. في الطباعة الحجرية بتقنية الأشعة فوق البنفسجية القصوى، يمكن أن تُمثل هذه التأثيرات بالفعل أكثر من نصف إجمالي تكلفة الأخطاء، ومن المتوقع أن تُكلف الصناعة أكثر من عشرة مليارات دولار من الإيرادات المفقودة سنويًا بحلول عام 2030. تنجم هذه المشكلات عن الفيزياء الأساسية للهياكل الصغيرة، حيث يكون عدد الفوتونات وتوزيع جزيئات المقاومة وتشتت الإلكترونات عشوائيًا بطبيعته. ويبقى السؤال مطروحًا حول ما إذا كانت الركائز قادرة على التغلب على هذه التحديات بشكل أفضل باستخدام الأشعة السينية مقارنةً بتقنية ASML باستخدام الأشعة فوق البنفسجية القصوى.

هناك مشكلة أساسية أخرى تتمثل في توافر المواد المناسبة. تطلبت الطباعة الحجرية للأشعة فوق البنفسجية القصوى تطوير مقاومات ضوئية جديدة كليًا مُحسّنة خصيصًا لطول الموجة 13.5 نانومتر. تسيطر شركات يابانية مثل JSR وTokyo Ohka Kogyo وShin-Etsu Chemical وFujifilm على 90% من سوق مقاومات الضوء للأشعة فوق البنفسجية القصوى. تعتمد هذه المواد على مركبات تحتوي على معادن، مع عناصر مثل القصدير والهافنيوم والزركونيوم، والتي تُظهر امتصاصًا أعلى عند أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية القصوى. لن يقتصر الأمر على تطوير مقاومات ضوئية متوافقة مع الأشعة السينية فحسب، بل سيتطلب أيضًا إنشاء إنتاج ضخم لهذه المواد. وبالمثل، يجب أن تتوفر أقنعة الأشعة السينية عالية الدقة والبصريات المتخصصة بكميات كبيرة - وهي سلسلة توريد غير موجودة حاليًا.

التداعيات الاقتصادية: من الرابح ومن الخاسر

إن التأثير المحتمل لتكنولوجيا الطباعة بالأشعة السينية الناجحة على صناعة أشباه الموصلات سيكون عميقًا ومن شأنه أن يعيد تشكيل سلسلة القيمة بأكملها.

تقع ASML في قلب هذا التغيير المُحتمل. استثمرت الشركة أكثر من أربعين عامًا في بناء ريادتها التكنولوجية. وقد استنفد تطوير تقنية EUV وحده عقودًا ومليارات الدولارات. ولن يُقوّض وجود منافس فعال قدرة ASML على التسعير فحسب، بل قد يُؤدي أيضًا إلى إعادة النظر في استراتيجيتها الاستثمارية بأكملها. تستثمر الشركة حاليًا بكثافة في أنظمة EUV عالية الدقة، والتي تبلغ تكلفتها 380 مليون دولار للوحدة، وتُعد بدقة أعلى. إذا تمكنت Substrate بالفعل من تحقيق نتائج مُماثلة أو أفضل بعُشر التكلفة، فسيُشكّل ذلك تحديًا جوهريًا لخطة ASML للتقنية عالية الدقة. قد يُجري المساهمون، الذين يُقدّرون ASML بأكثر من 300 مليار دولار، إعادة تقييم جذرية.

بالنسبة لشركة TSMC، ستكون الآثار متباينة. فمن ناحية، يمكن لتقنية الطباعة الحجرية الأقل تكلفة أن تُخفّض تكاليف رأس المال للمصانع الجديدة. تُنفق TSMC حاليًا ما بين 38 و42 مليار دولار سنويًا على النفقات الرأسمالية، ويُخصّص جزء كبير منها لأنظمة EUV. تبلغ تكلفة آلة EUV منخفضة القيمة السوقية حوالي 235 مليون دولار، وتحتاج TSMC إلى المزيد منها سنويًا. يمكن للبدائل الأقل تكلفة أن تُحسّن هوامش الربح. من ناحية أخرى، لا تُخطط شركة Substrate لبيع أنظمتها، بل تنوي تشغيل مصانعها الخاصة. وهذا سيجعل Substrate منافسًا مباشرًا لشركة TSMC. يُشير التاريخ إلى أن النماذج المتكاملة رأسيًا نادرًا ما تنجح في صناعة أشباه الموصلات. وقد أثبت التخصص بين شركات التصميم بدون مصانع والمسابك تفوقه. لن يقتصر الأمر على تجاوز Substrate لتحدي تطوير التكنولوجيا فحسب، بل سيشمل أيضًا تحديًا مختلفًا تمامًا، وهو عمليات المسابك، وعلاقات العملاء، والتصنيع التعاقدي. تُمثّل خبرة TSMC الممتدة لأربعين عامًا في تحسين العمليات، ومراقبة الجودة، وخدمة العملاء ميزة تنافسية هائلة لا يُمكن تكرارها ببساطة.

بالنسبة لمصممي الرقائق الإلكترونية بدون مصنع، مثل إنفيديا، وإيه إم دي، وكوالكوم، وبرودكوم، فإن نجاح تقنية الركيزة قد يفتح آفاقًا جديدة. تعتمد هذه الشركات حاليًا بشكل شبه كامل على شركة تي إس إم سي، وبدرجة أقل على سامسونج. حققت إنفيديا وحدها إيرادات بلغت 124.4 مليار دولار في عام 2024، معظمها من معالجات الذكاء الاصطناعي. أي تنويع في قدرات التصنيع من شأنه أن يقلل من مخاطر سلسلة التوريد، وقد يعزز موقفها التفاوضي مع مصانع السبائك. مع ذلك، لن تنتقل هذه الشركات إلى مورد غير موثوق به إلا بعد أن يثبت هذا المورد جودة وإنتاجية ثابتة على مدى عدة سنوات. يُعدّ تغيير تصميم الشريحة بين مصانع السبائك المختلفة أمرًا معقدًا ومكلفًا، حيث يستخدم كل مصنع مجموعات تصميم عمليات مختلفة.

تجد كلٌ من إنتل وسامسونج، اللتين تُصمّمان وتُصنّعان الرقائق وتُقدّمان خدمات الصب بشكلٍ متزايد، نفسيهما في وضعٍ صعب. تُعاني إنتل من صعوباتٍ في قسم الصب التابع لها، والذي تكبّد خسارةً قدرها سبعة مليارات دولار أمريكي من أصل إيراداتٍ بلغت 18.9 مليار دولار أمريكي في عام 2023. من المُفترض أن تُوفّر تقنية المعالجة 18A من إنتل مزايا تنافسية، إلا أن التأخيرات والمشاكل الفنية شائعة. تُواجه سامسونج تحدياتٍ مُماثلة فيما يتعلق بمشاكل الإنتاجية في العُقد المُتقدّمة. من الناحية النظرية، يُمكن لتقنية الطباعة الحجرية الجديدة منخفضة التكلفة أن تُساعد الشركتين، لكن كلتا الشركتين استثمرتا بشكلٍ كبير في العمليات القائمة على الأشعة فوق البنفسجية القصوى، ولن تُغيّرا مسارهما بسهولة.

سيتأثر أيضًا موردو سلسلة قيمة أشباه الموصلات. فقد استثمرت كلٌّ من شركة Zeiss الألمانية، المُصنِّعة للمرايا فائقة الدقة لأنظمة ASML، وشركة Trumpf المُورِّدة لأجهزة الليزر عالية الطاقة، وApplied Materials وKLA وLam Research، المُورِّدة لمعدات تصنيع أخرى، استثماراتٍ ضخمة في دعم منظومة الأشعة فوق البنفسجية القصوى. وستتطلب التقنية الجديدة سلاسل توريد جديدة. وسيتعين على مُصنِّعي مُقاومات الضوء اليابانيين إما تطوير مواد متوافقة مع الأشعة السينية أو خسارة حصتهم السوقية.

البعد الجيوسياسي: السيادة التكنولوجية والأمن الاقتصادي

إن صناعة أشباه الموصلات متجذرة بعمق في التوترات الجيوسياسية، ويأتي الإعلان عن الركيزة في وقت مهم استراتيجيًا.

في السنوات الأخيرة، فرضت الولايات المتحدة ضوابط تصديرية مشددة على الصين للحد من وصولها إلى تكنولوجيا أشباه الموصلات المتقدمة. ويُحظر على شركة ASML بيع أحدث أنظمة الأشعة فوق البنفسجية إلى الصين. وتهدف هذه السياسة إلى تقييد قدرة الصين على تطوير تطبيقات الذكاء الاصطناعي والتطبيقات العسكرية. في الوقت نفسه، تستثمر الحكومة الأمريكية بكثافة في إعادة توطين صناعة أشباه الموصلات في الولايات المتحدة من خلال قانون CHIPS، الذي يوفر 39 مليار دولار كمنح مباشرة وخصمًا ضريبيًا على الاستثمار بنسبة 25%.

يتناسب Substrate تمامًا مع هذه الأجندة الاستراتيجية. من شأن نظام طباعة حجرية مُطوّر ومُصنّع في الولايات المتحدة أن يُقلّل الاعتماد على التكنولوجيا الهولندية والتايوانية. ولم تكن مشاركة بيتر ثيل مصادفة، فقد أكّد ثيل مرارًا وتكرارًا على ضرورة الاستقلال التكنولوجي الأمريكي. كما أن شركة In-Q-Tel، ذراع رأس المال الاستثماري لوكالة المخابرات المركزية الأمريكية، مستثمرة في Substrate، مما يُبرز بُعد الأمن القومي.

مع ذلك، يُظهر تاريخ الطباعة الحجرية بالأشعة السينية أن النجاح لا يقتصر بالضرورة على الشركات الوطنية الرائدة. حاولت الولايات المتحدة استعادة ريادة صناعة أشباه الموصلات في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي من خلال تعاونها مع سيماتيك، لكنها فشلت في النهاية. أما شركة ASML، فقد حققت اختراقها ليس من خلال سياسة صناعية وطنية، بل من خلال التطوير التكنولوجي الدؤوب، والتكامل الماهر لسلسلة التوريد، والشراكات الذكية مع العملاء. والسؤال هو: هل يُمكن للدعم الحكومي أن ينجح دون هذه العوامل؟

بدورها، تستجيب الصين لقيود التصدير الغربية باستثمارات ضخمة في تكنولوجيا أشباه الموصلات المحلية. تُعطي مبادرة "صنع في الصين 2025" الأولوية للاكتفاء الذاتي. في حال نجاح تقنية Substrate، ستسعى الصين إلى الوصول إلى هذه التقنية أو تطوير بدائل خاصة بها. وقد أحرزت شركة SMIC، أكبر مصنع في الصين، تقدمًا في عمليات التصنيع بتقنية سبعة نانومتر دون استخدام تقنية EUV، على الرغم من القيود، وإن كان ذلك بعوائد أقل وتكاليف أعلى.

تجد أوروبا نفسها في وضع معقد. ASML شركة أوروبية، ومع ذلك، تتعرض الحكومة الهولندية لضغوط من الولايات المتحدة لتقييد صادراتها. يَعِد قانون الرقائق الأوروبي بتقديم دعم بقيمة 43 مليار يورو لمضاعفة حصة السوق العالمية لتصنيع أشباه الموصلات الأوروبية من 10% إلى 20%. وقد يُقوّض أي بديل لتقنية الطباعة الحجرية، التي تُهيمن عليها الولايات المتحدة، الاستقلالية الاستراتيجية لأوروبا بشكل أكبر.

خبرتنا العالمية في الصناعة والأعمال في تطوير الأعمال والمبيعات والتسويق - الصورة: Xpert.Digital

التركيز على الصناعة: B2B، والرقمنة (من الذكاء الاصطناعي إلى الواقع المعزز)، والهندسة الميكانيكية، والخدمات اللوجستية، والطاقات المتجددة والصناعة

المزيد عنها هنا:

• مركز إكسبيرت للأعمال

مركز موضوعي يضم رؤى وخبرات:

• منصة المعرفة حول الاقتصاد العالمي والإقليمي والابتكار والاتجاهات الخاصة بالصناعة
• مجموعة من التحليلات والاندفاعات والمعلومات الأساسية من مجالات تركيزنا
• مكان للخبرة والمعلومات حول التطورات الحالية في مجال الأعمال والتكنولوجيا
• مركز موضوعي للشركات التي ترغب في التعرف على الأسواق والرقمنة وابتكارات الصناعة

العوائق التكنولوجية: ما الذي يقف بين المختبر والإنتاج الضخم؟

من المعروف أن الطريق من النتائج المعملية المثيرة للإعجاب إلى الإنتاج الضخم التجاري هو طريق صعب للغاية ومليء بالمشاكل غير المتوقعة في صناعة أشباه الموصلات.

التحدي الأكبر الذي تواجهه الركيزة هو التحجيم. يُثبت العرض العملي المعروض أنه، من حيث المبدأ، يمكن إنتاج هياكل ضمن النطاق الحجمي المناسب. إلا أن الطباعة الحجرية التجارية تتطلب أكثر من ذلك بكثير. تُنتج آلة ASML ما يقارب 130 إلى 170 رقاقة في الساعة. يجب أن تكون دقة التراكب، أي المحاذاة الدقيقة للطبقات المتعددة، أقل من نانومتر واحد. ويجب أن يكون التجانس عبر الرقاقة بأكملها عاليًا للغاية. ويجب أن تكون كثافة العيوب في نطاق أقل من عيب واحد لكل سنتيمتر مربع. إن تلبية جميع هذه المتطلبات في وقت واحد، مع استمرار عمل النظام بثبات لأشهر، يُعد إنجازًا هندسيًا هائلًا.

يجب أن يعمل مصدر مُسرِّع الجسيمات الذي تستخدمه شركة Substrate بثباتٍ استثنائي. أي تذبذب في شدة الشعاع أو موضعه سيؤثر سلبًا على الجودة. أمضت ASML سنواتٍ في تثبيت مصدر ليزر-بلازما القصدير الخاص بها لتقنية EUV. يُطلق هذا المصدر 50,000 قطرة قصدير صغيرة في الثانية داخل وعاءٍ مفرغ، حيث تُضرب مرتين بواسطة ليزر ثاني أكسيد الكربون بقوة 30 كيلوواط لتوليد البلازما التي تُصدر ضوء EUV. نتج تعقيد هذا الحل عن سنواتٍ من التكرار. تزعم شركة Substrate أن لديها حلاً أكثر إحكامًا وفعاليةً من حيث التكلفة، ولكن دون سنواتٍ من الاختبارات الميدانية، يبقى هذا الأمر مجرد تكهنات.

تختلف بصريات الأشعة السينية اختلافًا جوهريًا عن تلك المستخدمة في الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) أو الأشعة تحت الحمراء المنخفضة (DUV). لا يمكن تركيز الأشعة السينية باستخدام العدسات نظرًا لامتصاص معظم المواد لها. لذا، يلزم استخدام مرايا خاصة ذات سقوط احتكاكي. يجب تصنيع هذه المرايا بدقة فائقة. تُنتج شركة زايس مرايا لـ ASML، حيث لا تتجاوز أقصى انحرافات عن الشكل المثالي، عند تكبيرها إلى حجم ألمانيا، عُشر المليمتر. ومن غير الواضح ما إذا كانت هذه الدقة موجودة أو قابلة للتطوير لبصريات الأشعة السينية.

مواد مقاومة الضوء للطباعة الحجرية بالأشعة السينية غير متوفرة بكميات تجارية. عادةً ما يستغرق تطوير أنظمة مقاومة جديدة سنوات، ويتطلب تعاونًا وثيقًا بين الكيميائيين وعلماء المواد ومهندسي العمليات. يجب أن تتميز هذه المواد بدقة عالية، مع مقاومة كافية للحفر لتكون بمثابة غطاء لخطوات المعالجة اللاحقة. كما يجب أن تتميز بخشونة منخفضة في الحواف، وألا تسبب أي تفاعلات جانبية غير مرغوب فيها. لن تعمل الشركات اليابانية الرائدة في هذا المجال بالضرورة مع منافس جديد.

مناسب ل:

• حرب شرائح الذكاء الاصطناعي تتصاعد: كابوس إنفيديا؟ الصين تردّ بشرائح الذكاء الاصطناعي الخاصة بها - وعلي بابا ليست سوى البداية

نموذج الأعمال: التكامل الرأسي Segen أم نقمة؟

تتبع شركة Substrate استراتيجيةً جذريةً تختلف عن الصناعة التقليدية. فبدلاً من بيع أنظمة الطباعة الحجرية للمسابك القائمة، تخطط الشركة لبناء وتشغيل مصانعها الخاصة لتصنيع أشباه الموصلات.

يتناقض هذا التكامل الرأسي مع نموذج الأعمال السائد على مدى العقود الأربعة الماضية. فمنذ أن أسس موريس تشانغ شركة TSMC عام ١٩٨٧ وأنشأ نموذج مصانع السبائك المتخصصة، ازداد تخصص هذه الصناعة. إذ تُركز شركات التصميم التي تعتمد على التصنيع الذاتي على بنية وتصميم الرقائق، بينما تُركز مصانع السبائك على التصنيع، بينما تُركز شركات توريد المعدات، مثل ASML، على تقنيات مُحددة. ويُمكّن هذا التخصص كل شركة من أن تصبح رائدة عالميًا في مجالها.

تُجادل شركة Substrate بأن التكامل الرأسي يُقلل من تكاليف التنسيق ويُمكّن من تسريع الابتكار. وكثيرًا ما يُستشهد بشركتي Tesla وSpaceX كمثالين على التكامل الرأسي الناجح. لكن صناعة أشباه الموصلات مختلفة. فكثافة رأس المال هائلة. تبلغ تكلفة مصنع حديث ما بين 15 و20 مليار دولار. وتنفق شركة TSMC أكثر من 40 مليار دولار سنويًا على النفقات الرأسمالية. وقد جمعت Substrate مئة مليون دولار حتى الآن، وتُقدر قيمتها بأكثر من مليار دولار. ولكي تصبح الشركة قادرة على المنافسة، ستحتاج إلى استثمار مئة ضعف هذا المبلغ.

علاوة على ذلك، يتطلب تشغيل مصنع الصب مهارات مختلفة تمامًا عن تطوير تقنية الطباعة الحجرية. توظف شركة TSMC أكثر من 70,000 موظف، العديد منهم مهندسو عمليات متخصصون للغاية. تتمتع الشركة بخبرة تزيد عن 40 عامًا في تحسين الإنتاجية، وتحليل العيوب، وإدارة علاقات العملاء. تتطلب كل عقدة عملية جديدة آلاف التجارب والتكرارات. لذا، فإن منحنى التعلم صعب ومكلف.

السؤال المطروح أيضًا هو من هم عملاء شركة Substrate؟ تتمتع شركات التصنيع بدون مصنع كبيرة مثل Nvidia وAMD وQualcomm بعلاقات طويلة الأمد ومتكاملة بشكل وثيق مع شركة TSMC. تستند هذه الشراكات إلى سنوات من التعاون، ومجموعات تصميم العمليات المُطورة بشكل مشترك، والثقة المتبادلة. يجب على أي مصنع جديد أن يقدم مزايا استثنائية لكسر هذه العلاقات. فالتكاليف المنخفضة وحدها لا تكفي عندما تكون المخاطر المتعلقة بالإنتاجية والموثوقية ومواعيد التسليم غير مؤكدة.

تسعى شركة إنتل منذ سنوات لتوسيع أعمالها في مجال المسابك، لكنها تواجه صعوبات كبيرة. لم تحقق خدمات إنتل للمسابك سوى ثمانية ملايين دولار من الإيرادات الخارجية في الربع الثالث من عام ٢٠٢٤. الخسائر فادحة. وهذا يُظهر مدى صعوبة اختراق سوق المسابك، حتى بالنسبة لشركة عملاقة راسخة في مجال أشباه الموصلات. ستبدأ شركة Substrate من الصفر.

الأفق الزمني: 2028 وما بعده

تخطط شركة Substrate لبدء الإنتاج الضخم في عام ٢٠٢٨. وهذا جدول زمني طموح للغاية. فالانتقال من العرض المخبري الحالي إلى الإنتاج التجاري في غضون ثلاث سنوات تقريبًا يتطلب سير الأمور على أكمل وجه.

للمقارنة: بدأت شركة ASML بالنماذج الأولية الأولية لـ EUV في عام 2006، وسلمت أول نظام ما قبل الإنتاج الخاص بها في عام 2010، ولم تصل إلى التصنيع بكميات كبيرة إلا في عام 2019. أي أن الأمر استغرق ثلاثة عشر عامًا من العرض التوضيحي الأول إلى الإنتاج الضخم، وذلك مع شركة راسخة بالفعل تتمتع بخبرة واسعة في مجال الطباعة الحجرية.

ستحتاج شركة Substrate ليس فقط إلى تجهيز تقنية الطباعة الحجرية الخاصة بها للإنتاج في غضون ثلاث سنوات، بل أيضًا إلى بناء مصنع، وإنشاء سلاسل توريد لجميع المواد والمعدات اللازمة، وتطوير العمليات وتحسينها، واستقطاب العملاء، والحصول على التصاريح اللازمة. حتى لو نجحت التقنية، فإن هذا الجدول الزمني غير واقعي.

الإطار الزمني الأكثر واقعية هو من ثماني إلى اثني عشر عامًا حتى بدء الإنتاج التجاري بشكل كبير. هذا يعني أن التأثير على الصناعة لن يظهر إلا في منتصف ثلاثينيات القرن الحالي على أقرب تقدير. بحلول ذلك الوقت، ستكون ASML قد أنشأت أنظمة EUV عالية القيمة، ومن المحتمل أن تعمل TSMC على عمليات نانومتر واحد أو أقل، وقد يكون القطاع بأكمله قد تحرك في اتجاه يجعل نهج Substrate قديمًا.

السيناريوهات المستقبلية البديلة: ماذا يمكن أن يحدث فعليا؟

ويثير الإعلان عن شركة Substrate أسئلة مهمة، ولكن السيناريوهات المحتملة تتراوح بين الفشل الكامل والنجاحات الجزئية التي تؤثر بشكل خفي على الصناعة ولكنها لا تؤدي إلى إحداث ثورة فيها.

السيناريو المتشائم هو أن شركة Substrate لن تتغلب على العقبات التقنية. قد تُثبت فيزياء الطباعة الحجرية بالأشعة السينية أنها معقدة للغاية، وقد تكون التأثيرات العشوائية خارجة عن السيطرة، أو قد ترتفع تكاليف رأس المال بشكل كبير. عندها، إما أن تفشل الشركة أو تنزلق إلى دور محدود في التطبيقات المتخصصة. تاريخيًا، فشلت معظم الشركات التي نافست التقنيات الراسخة. حاولت كل من نيكون وكانون منافسة ASML في سباق EUV واستسلمتا.

هناك سيناريو وسط يتمثل في أن تُمكّن شركة Substrate هذه التقنية من العمل بشكل جزئي، ولكن ليس بالتكلفة الموعودة أو بالموثوقية اللازمة. عندها، يُمكن للشركة ترخيص تقنيتها لشركة رائدة. قد تكون شركة ASML نفسها مهتمة بتقييم الطباعة الحجرية بالأشعة السينية كتقنية محتملة من الجيل التالي بعد تقنية EUV ذات NA العالي. كبديل، يُمكن لشركة كبرى مُصنّعة لأشباه الموصلات مثل Intel أو Samsung الاستحواذ على هذه التقنية لتعزيز قدراتها التصنيعية.

السيناريو المتفائل هو أن تُطوّر شركة Substrate بالفعل حلاً عمليًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة للطباعة الحجرية، لكنها ستتخلى عن أعمالها في مجال المسابك وتبيع الأنظمة لمصنّعين راسخين. سيؤدي ذلك إلى تقليل عوائق الدخول، وقد يؤدي إلى منافسة أكثر فعالية في مجال معدات الطباعة الحجرية. ستشعر شركة ASML بضغط لخفض الأسعار وتسريع وتيرة الابتكار. سيستفيد القطاع بأكمله.

يبدو السيناريو التحولي الذي تتقن فيه شركة Substrate التكنولوجيا، وتدير بنجاح مصانعها الخاصة، وتصبح منافسًا قويًا للمسابك، هو الأقل احتمالًا. ويُعدّ الجمع بين الابتكار التكنولوجي وابتكار نماذج الأعمال في واحدة من أكثر الصناعات كثافةً وتعقيدًا في العالم تحديًا استثنائيًا.

التأثيرات الأوسع: قانون مور، وحدود التصغير، والمسارات البديلة

تثير قصة الركيزة أيضًا تساؤلات جوهرية حول مستقبل صناعة أشباه الموصلات. لقد كان قانون مور، الذي ينص على أن عدد الترانزستورات على الشريحة يتضاعف تقريبًا كل عامين، هو المعيار الذي يحدد وتيرة تطور هذه الصناعة منذ ستينيات القرن الماضي. لكن ثمة أصواتًا تتنبأ بشكل متزايد بنهاية هذا التوجه.

تتزايد القيود الفيزيائية وضوحًا. تقترب الترانزستورات من الأبعاد الذرية. في الهياكل التي يقل حجمها عن ثلاثة نانومترات، تحدث تأثيرات كمية، مثل النفق، حيث تقفز الإلكترونات بشكل لا يمكن السيطرة عليه عبر الحواجز. يُصبح توليد الحرارة مشكلة. تزداد تيارات تسرب الإلكترونات. يجادل بعض الخبراء بأن قانون مور قد انتهى بالفعل في عام ٢٠١٦، عندما استغرقت إنتل خمس سنوات للانتقال من عشرة نانومترات إلى سبعة نانومترات، بدلاً من عامين كما هو معتاد.

القيود الاقتصادية لا تقل أهمية. ينص قانون روك على أن تكلفة بناء مصنع أشباه الموصلات تتضاعف تقريبًا كل أربع سنوات. تبلغ تكلفة مصنع لتقنية النانومتر 20 مليار دولار أو أكثر. ويتقلص عدد الشركات القادرة على تحمل تكاليف هذه الاستثمارات. ولم يتبقَّ في سباق الهيمنة على مراكز التصنيع سوى شركات TSMC وسامسونج وإنتل. أما الشركات الأخرى فقد انسحبت من المنافسة، وركزت على تقنيات أكثر نضجًا وربحية.

في هذا السياق، يُعدّ وعد شركة Substrate بخفض التكاليف بشكل كبير أمرًا مغريًا للغاية. في حال نجاحه، قد يدخل المزيد من اللاعبين قطاع تصنيع أشباه الموصلات الرائد، مما سيُحفّز المنافسة. مع ذلك، حتى مع انخفاض تكلفة الطباعة الحجرية، تظل التكلفة الإجمالية للمصنع باهظة، إذ لا تُمثّل الطباعة الحجرية سوى حوالي عشرين بالمائة من إجمالي تكاليف المعدات.

تُجرى أبحاث مكثفة حول مناهج بديلة لمواصلة قانون مور. تُحسّن هياكل الترانزستور الجديدة، مثل ترانزستورات تأثير الحقل (FETs) ذات البوابة الشاملة، التي تُقدمها سامسونج وTSMC في عمليات ثلاثية النانو، التحكم في تدفق الإلكترونات. يُتيح التجميع ثلاثي الأبعاد للرقائق من خلال تقنيات التغليف المتقدمة، مثل CoWoS من TSMC، دمج المزيد من الوظائف في أحجام أصغر. يُمكن لمواد جديدة، مثل نتريد الغاليوم أو الأنابيب النانوية الكربونية، أن تُكمّل السيليكون أو تحل محله. تُبشر هياكل الحوسبة العصبية الشكلية والحواسيب الكمومية بنماذج حوسبية مختلفة جذريًا.

يُعد التجميع الذاتي الموجه لبوليمرات الكتل والطباعة الحجرية النانوية من أساليب الطباعة الحجرية البديلة قيد الدراسة. قد توفر هذه التقنيات مزايا لتطبيقات معينة، ولكنها لم تصل حتى الآن إلى مرحلة الإنتاج الضخم. وتتسم صناعة أشباه الموصلات بتحفظها فيما يتعلق بتغييرات العمليات نظرًا لارتفاع مخاطرها.

تحدي رائع مع نتيجة غير مؤكدة

لا شك أن إعلان شركة Substrate مثير للاهتمام، ويطرح تساؤلات مهمة حول مستقبل صناعة أشباه الموصلات. فالتأثير المحتمل على الاحتكارات القائمة، وهياكل القوة الجيوسياسية، والتوازنات الاقتصادية في هذه الصناعة الحيوية كبير.

مع ذلك، لا بد من الواقعية الرصينة. فتاريخ صناعة أشباه الموصلات حافل بتقنيات واعدة فشلت، وإعلانات تبين أنها مبالغ فيها. وقد رُوّج للطباعة بالأشعة السينية على أنها المستقبل في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي، لكنها فشلت. إن التحديات التقنية والاقتصادية والتنظيمية التي يتعين على شركة Substrate التغلب عليها هائلة.

لم تحقق ASML وTSMC هيمنتهما بالصدفة، بل بفضل عقود من العمل الدؤوب والاستثمارات الضخمة والشراكات الذكية والتميز التقني. لن تكتفي هاتان الشركتان بمراقبة وافد جديد يغزو أسواقهما، بل ستُسرّعان ابتكاراتهما، وتُعدّلان أسعارهما، وتحاولان الحفاظ على عملائهما المحتملين.

بالنسبة لمستثمري شركة Substrate، ومنهم بيتر ثيل وإن-كيو-تيل، يُعد هذا مشروعًا عالي المخاطر ينطوي على أرباح هائلة محتملة، ولكنه ينطوي أيضًا على احتمال حقيقي للخسارة الكاملة. أما بالنسبة لصناعة أشباه الموصلات ككل، فيُرسل هذا التطور إشارة إيجابية بأن الابتكار لم ينتهِ بعد، وأن هناك مناهج جديدة قيد الاستكشاف. وحتى في حال فشل Substrate، فإن الدروس المستفادة قد تُسهم في توجيه المساعي المستقبلية.

ستُظهر السنوات القادمة ما إذا كان بإمكان Substrate إحداث ثورة حقيقية في صناعة أشباه الموصلات، أم أنه مجرد حلقة أخرى في رحلة طويلة لتجاوز حدود التصغير. إن الأبعاد الاقتصادية والتكنولوجية والجيوسياسية لهذه القصة تجعلها دراسة حالة شيقة للابتكار والتغيير الجذري وحدود الإمكانيات في واحدة من أكثر الصناعات تعقيدًا في الاقتصاد الحديث.

حرب الرقائق 2.0: لماذا تواجه الولايات المتحدة والصين وأوروبا مخاطر مختلفة للغاية

لا يقتصر التهديد على أوروبا فحسب، بل يؤثر على صناعة أشباه الموصلات العالمية بأكملها. ومع ذلك، تختلف طبيعة التهديد اختلافًا جوهريًا بالنسبة للولايات المتحدة والصين عنه بالنسبة لأوروبا.

1. التهديد الموجه لأوروبا (وخاصة ASML)

بالنسبة لأوروبا، فإن التهديد مباشر ووجودي.

ASML في مرمى النيران: تستهدف شركة Substrate جوهرة التكنولوجيا الأوروبية ASML. في حال نجاح الطباعة بالأشعة السينية، سيكسر ذلك احتكار ASML المستمر منذ عقود لأنظمة الطباعة الحجرية المتطورة.

ضرر اقتصادي: من شأن أي منافس ناجح أن يُضعف قوة ASML التسعيرية الهائلة وهوامش ربحها المرتفعة. قد يكون الاستثمار في الجيل القادم (الجيل الجديد من EUV عالي القيمة غير المتجانسة)، والذي يكلف مئات الملايين من الدولارات لكل جهاز، استثمارًا سيئًا.

إضعاف النظام البيئي: يمتد التهديد إلى سلسلة التوريد الأوروبية بأكملها المبنية حول ASML، وخاصة الشركات الألمانية ذات التقنية العالية مثل Zeiss (البصريات) و Trumpf (الليزر).

خسارة جيوسياسية: تفقد أوروبا أهمّ رافعة جيوسياسية لها. فالسيطرة على ASML تمنح الاتحاد الأوروبي (وهولندا) موقع قوة فريدًا في صراعات التكنولوجيا العالمية، وهو موقعٌ مُقيّدٌ أصلًا بضغط الولايات المتحدة. ومن شأن أيّ بديل أمريكي أن يُلغي هذا الموقع تمامًا تقريبًا.

2. التهديد الذي يواجه المنافسة في الولايات المتحدة الأمريكية

بالنسبة للولايات المتحدة، فإن هذا الأمر بمثابة سيف ذو حدين: فهو فرصة استراتيجية للأمة، ولكنه يشكل تهديداً خطيراً للاعبين الأميركيين الراسخين.

تهديدٌ لشركتي إنتل وسامسونج: شركاتٌ مثل إنتل وسامسونج، اللتين تستثمران بكثافة في الولايات المتحدة (بدعمٍ من قانون رقائق الكمبيوتر)، اعتمدت في جميع استراتيجياتها المستقبلية على تقنية الأشعة فوق البنفسجية من ASML. وقد استثمرت مليارات الدولارات في مصانع تعتمد على هذه التقنية. ومن شأن أي تقنية جديدة غير متوافقة من Substrate أن تُقلل من قيمة هذه الاستثمارات وتُجبرها على إعادة النظر في خططها الاستراتيجية بالكامل.

يبرز منافس جديد محليًا: شركة Substrate لا تخطط لبيع الآلات فحسب، بل أيضًا لتشغيل مصنعها الخاص. هذا سيجعلها منافسًا مباشرًا لطموحات إنتل في مجال مصانع الصب ومصانع سامسونج في الولايات المتحدة. وجود شركة جديدة، قد تكون أقل تكلفة، سيزيد بشكل كبير من الضغط التنافسي في السوق المحلية.

ميزة لشركات التصنيع بدون مصانع: بالنسبة لمصممي الرقائق مثل Nvidia وAMD وQualcomm، يُعد هذا التطور في المقام الأول فرصة. فهم يعتمدون حاليًا على TSMC. سيعزز وجود مُصنِّع مُصنِّع جديد في الولايات المتحدة موقفهم التفاوضي ويُقلِّل من مخاطر سلسلة التوريد. ولن يكون "تهديدهم" مباشرًا إلا في حال فشل Substrate وتجميد رأس مال استثماري قيّم كان من الممكن استخدامه في مكان آخر.

باختصار بالنسبة للولايات المتحدة: إنها ليست تهديدًا للأمن القومي أو الاقتصاد (بل على العكس تمامًا)، ولكنها تهديد مزعزع للاستقرار ونماذج الأعمال القائمة لدى مصنعي أشباه الموصلات في الولايات المتحدة.

3. التهديد للصين

بالنسبة للصين، فإن التهديد جيوسياسي واستراتيجي بحت - وربما يكون أعظم من التهديد الذي تشكله ASML.

تشديد الحصار التكنولوجي: تمنع الولايات المتحدة بالفعل شركة ASML من توريد أحدث أنظمة الأشعة فوق البنفسجية إلى الصين. إذا كانت شركة أمريكية تُطوّر الآن تقنية الطباعة الحجرية الرائدة مباشرةً، بمشاركة وكالة المخابرات المركزية الأمريكية، فستصبح ضوابط التصدير أكثر صرامةً وتعقيدًا. وسيُحكم الخناق التكنولوجي الأمريكي.

تتسع الفجوة: تُكافح الصين لمواكبة التقنيات الأكثر تطورًا (مثل تقنية 7 نانومتر من SMIC) التي تستخدم تقنية DUV القديمة. ومن شأن ظهور تقنية جديدة، أرخص بكثير، وأكثر قوة من الغرب أن يُؤخر جهود الصين لسنوات، ويُوسّع الفجوة التكنولوجية بشكل كبير.

تزايد الضغط لتحقيق الاكتفاء الذاتي: يُعدّ هذا التطور دليلاً قاطعاً على استحالة اعتماد الصين على التكنولوجيا الغربية. وسيزيد الضغط بشكل كبير على الحكومة الصينية لاستثمار المزيد من الموارد في تطوير تقنية الطباعة الحجرية المحلية الخاصة بها، وهي مهمة مكلفة للغاية وتستغرق وقتاً طويلاً.

☑️ لغة العمل لدينا هي الإنجليزية أو الألمانية

☑️ جديد: المراسلات بلغتك الوطنية!

Konrad Wolfenstein

سأكون سعيدًا بخدمتك وفريقي كمستشار شخصي.

يمكنك الاتصال بي عن طريق ملء نموذج الاتصال أو ببساطة اتصل بي على +49 89 89 674 804 (ميونخ) . عنوان بريدي الإلكتروني هو: ولفنشتاين ∂ xpert.digital

إنني أتطلع إلى مشروعنا المشترك.

☑️ دعم الشركات الصغيرة والمتوسطة في الإستراتيجية والاستشارات والتخطيط والتنفيذ

☑️ إنشاء أو إعادة تنظيم الإستراتيجية الرقمية والرقمنة

☑️ توسيع عمليات البيع الدولية وتحسينها

☑️ منصات التداول العالمية والرقمية B2B

☑️ رائدة تطوير الأعمال / التسويق / العلاقات العامة / المعارض التجارية

استفد من الخبرة الواسعة التي تقدمها Xpert.Digital في حزمة خدمات شاملة | البحث والتطوير، والواقع المعزز، والعلاقات العامة، وتحسين الرؤية الرقمية - الصورة: Xpert.Digital

تتمتع Xpert.Digital بمعرفة متعمقة بمختلف الصناعات. يتيح لنا ذلك تطوير استراتيجيات مصممة خصيصًا لتناسب متطلبات وتحديات قطاع السوق المحدد لديك. ومن خلال التحليل المستمر لاتجاهات السوق ومتابعة تطورات الصناعة، يمكننا التصرف ببصيرة وتقديم حلول مبتكرة. ومن خلال الجمع بين الخبرة والمعرفة، فإننا نولد قيمة مضافة ونمنح عملائنا ميزة تنافسية حاسمة.

المزيد عنها هنا:

• استخدم خبرة Xpert.Digital 5x في حزمة واحدة - بدءًا من 500 يورو شهريًا فقط