Kiibid 90% odavamad USA-st? Idufirma Substrate esitab väljakutse hiiglastele ASML (Holland) ja TSMC (Taiwan).

Röntgenlitograafia 2.0: laborist masstootmiseni – kas röntgenlitograafia on taas realistlik?

Kõrgtehnoloogia maailmas, kus progressi mõõdetakse nanomeetrites, meenutab pooljuhtide tööstus peaaegu ületamatute müüridega kindlust. Selle globaalse korra tipus seisavad kaks vaieldamatut hiiglast: Hollandi monopolist ASML, mis on ülikallite EUV litograafiamasinate ainutarnija tipptasemel kiipide tootmiseks, ja Taiwani valukodade hiiglane TSMC, mis domineerib ülemaailmsel lepingulise tootmise turul. See aastakümneid kestnud uurimistööle ja sadade miljardite investeeringutele rajatud äärmiselt kontsentreeritud ökosüsteem on seni tundunud puutumatu.

Kuid nüüd tekitab San Francisco idufirma nimega Substrate laineid, mis võivad selle tööstusharu alustalasid raputada. Substrate, mille toetuseks on saanud üle 100 miljoni dollari tuntud investorid nagu Peter Thiel ja CIA riskikapitali haru In-Q-Tel, on valmis mängureegleid ümber kirjutama. Nende lubadus: taaselustatud ja uuesti läbi mõeldud röntgenlitograafia tehnoloogia, mis pole mitte ainult võimsam kui ASML-i väljakujunenud EUV-süsteemid, vaid võib ka kiibivahvli maksumust dramaatiliselt vähendada 90 protsenti.

See teadaanne on palju enamat kui lihtsalt tehnoloogiline uuendus; see on geopoliitiline ja majanduslik sõjakuulutus. See lööb Ameerika tehnoloogilise suveräänsuse püüdluste südamesse, seab kahtluse alla maailma kalleimate masinate ärimudeli ja lubab purustada purustavad barjäärid kiibitootmisse sisenemisel. Kuid tee paljulubavast laboridemonstratsioonist usaldusväärse masstootmiseni on sillutatud ebaõnnestunud revolutsioonide rusudega. Tehnilised takistused on monumentaalsed, tööstuse skeptitsism on sügav ja röntgenlitograafia ajalugu ise on ajalooliste ebaõnnestumiste ajalugu. Seega on oluline küsimus: kas me oleme tunnistajaks tõelise murrangu algusele, mis muudab globaalset kiibimaastikku, või on see lihtsalt kõrgelt rahastatud déjà vu tehnoloogilisest unistusest, mis puruneb füüsika ja majanduse karmi reaalsuse vastu?

Sobib selleks:

• Euroopa salajane supervõim ASML kiibisõjas: kuidas üks ettevõte hoiab EL-i kiibi tehisintellekti tulevikku oma kätes

Innovatiivse röntgenlitograafia abil oodatakse globaalset võimu nihet

Kiibi- ja pooljuhtide tootmistehnoloogia, mis on 21. sajandi üks olulisemaid tööstuslikke arenguid, läbib praegu märkimisväärset pöördepunkti. San Franciscos asuv idufirma nimega Substrate on pälvinud ülemaailmses mikrokiibitööstuses märkimisväärset tähelepanu uudse röntgenlitograafiatehnoloogia väljakuulutamisega. Ettevõte on kaasanud üle saja miljoni dollari, seda toetavad tuntud investorid nagu Peter Thiel, ning väidab, et on välja töötanud alternatiivi Hollandi monopolist ASML-i äärmiselt kallitele litograafiasüsteemidele ja Taiwani hiiglase TSMC tootmisvõimsustele. Selle arengu potentsiaalne mõju kogu pooljuhtide väärtusahelale, geopoliitilistele võimustruktuuridele ja majanduslikule tasakaalule selles tööstusharus on fundamentaalne ja vajab põhjalikku majandusanalüüsi.

Pooljuhtide litograafia ökonoomika: kui monopolid seisavad silmitsi väljakutsetega

Tööstusinnovatsioonide ajalugu näitab korduvalt, et tehnoloogiline murrang tuleb harva väljakujunenud võimustruktuuride keskmest, vaid selle algatavad väljastpoolt tulijad.

Praegune pooljuhtide tööstus kogeb erakordset kontsentratsiooni. Hollandis asuv ASML kontrollib praktiliselt kogu tipptasemel litograafiasüsteemide turgu, omades 90–100-protsendilist turuosa äärmusliku ultraviolettlitograafia valdkonnas. Need masinad, mille ühikuhind on 200–400 miljonit dollarit, on olulised alla seitsme nanomeetri laiuste täiustatud pooljuhtide tootmiseks. ASML-i brutokasum ületab pidevalt 50 protsenti, mis näitab de facto monopolisti tohutut hinnakujundusjõudu. 2024. aastal teenis ettevõte 28,3 miljardit eurot tulu ja 7,6 miljardit eurot puhaskasumit. 2025. aastaks prognoositakse tulude kasvu ligikaudu 15 protsenti ja brutokasumit umbes 52 protsenti.

Selle EUV tehnoloogia väljatöötamine oli enam kui kolme aastakümne pikkune maraton, mille kogumaksumus ületas kümme miljardit dollarit. ASML suutis selle hiiglasliku ettevõtmisega hakkama saada vaid tänu strateegilistele partnerlustele Inteli, Samsungi ja TSMC-ga, kes investeerisid ettevõttesse 2012. aastal kokku 1,4 miljardit eurot, osaledes seega nn Musketäri projektis. Esimene kommertslik EUV süsteem tarniti 2010. aastal, kuid tehnoloogia jõudis masstootmisvalmidusse alles 2019. aastal. See peaaegu kahekümne aasta võrra hilinenud turuletoomine võrreldes algsete plaanidega illustreerib tohutuid tehnilisi takistusi.

Samal ajal domineerib Taiwani ettevõte TSMC ülemaailmsel valukodade turul, omades 2025. aasta teises kvartalis vapustavat üle 70 protsendi suurust turuosa. Ettevõtte tulu oli 2025. aasta kolmandas kvartalis 30,24 miljardit dollarit ja ta plaanib 2025. aastaks kapitalikulutusi 38–42 miljardit dollarit. Tipptasemel järgmise põlvkonna TSMC tehas maksab 15–20 miljardit dollarit. Need arvud illustreerivad tohutuid takistusi sellesse tööstusharusse sisenemisel.

Röntgenlitograafia, mis nüüd alternatiivina substraate pakub, pole kaugeltki uus leiutis. Seda tehnoloogiat uuriti juba 1970. aastatel ning 1980. ja 1990. aastatel investeerisid IBM, Motorola ja teised Ameerika ettevõtted selle arendamisse suuri summasid. Tehnilised väljakutsed osutusid aga liiga suurteks. Põhiprobleemide hulka kuulusid vajadus äärmiselt stabiilsete maskide järele, mis olid valmistatud kallistest materjalidest, näiteks kullast, raskused järjepidevate röntgenikiirgusallikate tootmisel ja sekundaarse elektronide hajumise keerukus, mis piiras lahutusvõimet. Oma rolli mängisid ka majanduslikud tegurid: tööstus ei suutnud ühistes standardites kokku leppida ja erinevate ettevõtete rahastamine ebaõnnestus lahknevate ärihuvide tõttu.

Tehnoloogiline murrang: revolutsioon või ajalooliste ebaõnnestumiste kordumine?

Substrate väidab, et on need ajaloolised probleemid lahendanud. Ettevõte kasutab spetsiaalselt disainitud osakestekiirendit, mis kiirendab elektrone peaaegu valguse kiiruseni. Need elektronid läbivad rea magneteid, mis panevad neid võnkuma, tekitades intensiivseid röntgenikiirgusid lainepikkusega alla nelja nanomeetri. See lainepikkus on oluliselt lühem kui ASML-i EUV-tehnoloogia 13,5 nanomeetrit, võimaldades teoreetiliselt suuremat eraldusvõimet. Substrate on esitanud laboritulemused, mis näitavad struktuure, mille kriitiline mõõde on kaksteist nanomeetrit ja otsadevaheline kaugus on kolmteist nanomeetrit, mis on võrreldav tänapäevaste EUV-süsteemide võimalustega kahe nanomeetri protsessitehnoloogiate jaoks.

Substrate'i peamine majanduslik väide on, et ühe kiibi maksumus võib langeda praegusest umbes sajast tuhandest dollarist kümne tuhande dollarini kümne tuhande dollarini kümne aasta lõpuks. See üheksakümneprotsendiline kulude vähenemine muudaks pooljuhtide tootmise majanduslikku olukorda põhjalikult. Ettevõte väidab, et vältides keerukat mitme mustri moodustamise protsessi, mida EUV-s sageli vaja läheb, saab tootmisetappide arvu drastiliselt vähendada.

Tööstuse skeptitsism on aga õigustatud ja põhineb kainestavatel tehnilistel ja majanduslikel reaalsustel. Struktuuride demonstreerimine laboris on täiesti erinev ettevõtmine kui ühtlase saagikusega masstootmine. TSMC saavutab neljananomeetriste protsessidega umbes seitsmekümne protsendilise saagikuse, samas kui Samsungil on sarnaste tehnoloogiate kasutamisel raskusi vaid kolmekümne viie protsendilise saagikusega. Need arvud näitavad, kui kriitilise tähtsusega on protsessi stabiilsus ja defektide minimeerimine. Isegi väikseimad kõrvalekalded aatomitasandil võivad põhjustada rikkeid.

Eriti kriitiline probleem tänapäevases litograafias on stohhastilised efektid ehk juhuslikud muutused säritusprotsessis. EUV litograafias võivad need efektid moodustada juba üle poole kogu veaeelarvest ning hinnanguliselt lähevad need tööstusele 2030. aastaks maksma üle kümne miljardi dollari aastas saamata jäänud tulu. Need probleemid tulenevad väikeste struktuuride põhifüüsikast, kus footonite arv, resistimolekulide jaotus ja elektronide hajumine on oma olemuselt juhuslikud. Kas substraadid suudavad neid väljakutseid röntgenikiirgusega paremini lahendada kui ASML EUV-ga, jääb lahtiseks küsimuseks.

Teine oluline probleem on sobivate materjalide kättesaadavus. EUV litograafia nõudis täiesti uute fotoresistide väljatöötamist, mis oleksid spetsiaalselt optimeeritud 13,5-nanomeetrise lainepikkuse jaoks. Jaapani ettevõtted nagu JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu Chemical ja Fujifilm kontrollivad üle 90% EUV fotoresistide turust. Need materjalid põhinevad metalli sisaldavatel ühenditel selliste elementidega nagu tina, hafnium või tsirkoonium, millel on EUV lainepikkustel suurem neeldumine. Substraatide tootjatel tuleks lisaks oma röntgenikiirgusega ühilduvate fotoresistide väljatöötamisele ka nende materjalide masstootmine käivitada. Samuti peaksid röntgenikiirguse ülitäpsed maskid ja spetsiaalne optika olema suurtes kogustes saadaval – tarneahel, mida praegu ei eksisteeri.

Majanduslikud tagajärjed: kes võidab, kes kaotab

Eduka röntgenlitograafia tehnoloogia potentsiaalne mõju pooljuhtide tööstusele oleks sügav ja kujundaks ümber kogu väärtusahela.

ASML on selle potentsiaalse murrangu keskmes. Ettevõte on investeerinud üle neljakümne aasta oma tehnoloogilise juhtpositsiooni saavutamisse. Ainuüksi EUV arendusse on kulunud aastakümneid ja miljardeid dollareid. Toimiv konkurent mitte ainult ei õõnestaks ASML-i hinnakujundusjõudu, vaid võiks viia ka kogu investeerimisstrateegia ümbermõtestamiseni. Ettevõte investeerib praegu suuri investeeringuid kõrge NA-ga EUV-süsteemidesse, mis maksavad 380 miljonit dollarit ühiku kohta ja lubavad veelgi suuremat eraldusvõimet. Kui Substrate suudaks tegelikult saavutada võrreldavaid või paremaid tulemusi kümnendiku hinnaga, seaks see ASML-i kõrge NA-ga tegevuskava põhimõtteliselt kahtluse alla. Aktsionärid, kes hindavad ASML-i üle 300 miljardi dollari väärtuses, võivad oma positsiooni dramaatiliselt ümber hinnata.

TSMC jaoks oleksid tagajärjed segased. Ühelt poolt võiks odavam litograafiatehnoloogia vähendada uute tehaste kapitalikulusid. TSMC kulutab praegu igal aastal kapitalikuludele 38–42 miljardit dollarit, millest märkimisväärne osa on eraldatud EUV-süsteemidele. Madala NA-ga EUV-masin maksab umbes 235 miljonit dollarit ja TSMC vajab neid igal aastal rohkem. Odavamad alternatiivid võiksid parandada marginaale. Teisest küljest ei plaani Substrate oma süsteeme müüa, vaid kavatseb oma tehaseid käitada. See teeks Substratest TSMC otsese konkurendi. Ajalugu näitab, et vertikaalselt integreeritud mudelid on pooljuhtide tööstuses harva edukad. Spetsialiseerumine tehaseta disainifirmade ja valukodade vahel on osutunud paremaks. Substrate peaks ületama mitte ainult tehnoloogia arendamise väljakutse, vaid ka täiesti teistsuguse väljakutse, nagu valukodade tegevus, kliendisuhtlus ja lepinguline tootmine. TSMC neljakümneaastane kogemus protsesside optimeerimise, kvaliteedikontrolli ja klienditeeninduse alal on tohutu konkurentsieelis, mida ei saa lihtsalt korrata.

Sellistele toorikuteta kiibidisaineritele nagu Nvidia, AMD, Qualcomm ja Broadcom võiks edukas substraaditehnoloogia avada uusi võimalusi. Need ettevõtted sõltuvad praegu peaaegu täielikult TSMC-st ja vähemal määral Samsungist. Ainuüksi Nvidia teenis 2024. aastal 124,4 miljardit dollarit tulu, peamiselt tehisintellekti protsessoritest. Tootmisvõimsuste mitmekesistamine vähendaks tarneahela riski ja tugevdaks potentsiaalselt ettevõtte läbirääkimispositsiooni valukodadega. Need ettevõtted ei vahetaks aga tõestamata tarnijat enne, kui see tarnija on mitme aasta jooksul näidanud järjepidevat kvaliteeti ja saagikust. Kiibidisaini vahetamine erinevate valukodade vahel on keeruline ja kulukas, kuna iga tootja kasutab erinevaid protsessidisaini komplekte.

Intel ja Samsung, kes mõlemad disainivad ja toodavad kiipe ning pakuvad üha enam valukojateenuseid, on sattunud keerulisse olukorda. Intelil on raskusi oma valukojadivisjoniga, mis kandis 2023. aastal 18,9 miljardi dollari suuruse tulu juures seitsme miljardi dollari suurust kahjumit. Inteli 18A protsessitehnoloogia peaks pakkuma konkurentsieeliseid, kuid viivitused ja tehnilised probleemid on kurikuulsad. Samsung seisab silmitsi sarnaste väljakutsetega, näiteks saagikuse probleemidega täiustatud sõlmedes. Uus ja odavam litograafiatehnoloogia võiks teoreetiliselt aidata mõlemat, kuid mõlemad ettevõtted on teinud suuri investeeringuid EUV-põhistesse protsessidesse ega vahetaks tehnoloogiat kergekäeliselt.

See mõjutaks ka pooljuhtide väärtusahela tarnijaid. Zeiss, Saksa ASML-süsteemide ülitäpsete peeglite tootja, Trumpf, mis tarnib suure võimsusega lasereid, ning Applied Materials, KLA ja Lam Research, mis pakuvad muid tootmisseadmeid, on kõik EUV ökosüsteemi toetamisse suuri investeeringuid teinud. Uus tehnoloogia nõuaks uusi tarneahelaid. Jaapani fotoresistide tootjad peaksid kas välja töötama röntgenikiirgusega ühilduvaid materjale või kaotama turuosa.

Geopoliitiline mõõde: tehnoloogiline suveräänsus ja majanduslik julgeolek

Pooljuhtide tööstus on sügavalt geopoliitiliste pingete küüsis ja substraadi väljakuulutamine tuleb strateegiliselt olulisel ajal.

Viimastel aastatel on Ameerika Ühendriigid kehtestanud Hiina suhtes üha rangemaid ekspordikontrolli meetmeid, et piirata selle juurdepääsu täiustatud pooljuhttehnoloogiale. ASML-il on keelatud müüa oma kõige arenenumaid EUV-süsteeme Hiinale. Selle poliitika eesmärk on piirata Hiina võimet arendada tehisintellekti ja sõjalisi rakendusi. Samal ajal investeerib USA valitsus CHIPS-seaduse kaudu suuri investeeringuid pooljuhtide tootmise tagasi USA-sse viimisse, mis pakub 39 miljardit dollarit otsetoetusi ja 25-protsendilist investeerimismaksukrediiti.

Substrate sobib ideaalselt sellesse strateegilisse tegevuskavasse. USA-s väljatöötatud ja toodetud litograafiasüsteem vähendaks sõltuvust Hollandi ja Taiwani tehnoloogiast. Peter Thieli osalemine pole juhus. Thiel on korduvalt rõhutanud Ameerika tehnoloogilise autonoomia vajadust. CIA riskikapitali haru In-Q-Tel on samuti Substrate'i investor, mis rõhutab riikliku julgeoleku mõõdet.

Röntgenlitograafia ajalugu näitab aga, et riiklikud tšempionid ei ole tingimata edukad. USA püüdis 1980. ja 1990. aastatel SEMATECHi koostöö kaudu pooljuhtide juhtpositsiooni taastada, kuid lõpuks ebaõnnestus. ASML saavutas läbimurde mitte riikliku tööstuspoliitika, vaid kannatliku tehnoloogiaarenduse, oskusliku tarneahela integreerimise ja klientidega loodud nutikate partnerluste kaudu. Küsimus on selles, kas valitsuse toetus saab olla edukas ilma nende teguriteta.

Hiina omakorda vastab lääne ekspordipiirangutele ulatuslike investeeringutega kodumaisesse pooljuhtide tehnoloogiasse. Algatus „Made in China 2025“ seab esikohale iseseisvuse. Kui Substrate osutub edukaks, püüab Hiina saada juurdepääsu sellele tehnoloogiale või arendada välja oma alternatiive. Hiina suurim valukoda SMIC on vaatamata piirangutele teinud edusamme seitsmenanomeetriste protsessidega ilma EUV-ta, ehkki madalama saagikuse ja kõrgemate kuludega.

Euroopa on keerulises olukorras. ASML on Euroopa ettevõte, kuid USA avaldab Hollandi valitsusele survet ekspordi piiramiseks. Euroopa kiipide seadus lubab 43 miljardit eurot toetusi, et kahekordistada Euroopa pooljuhtide tootmise globaalset turuosa 10 protsendilt 20 protsendile. USA domineeriv litograafia alternatiiv võiks veelgi õõnestada Euroopa strateegilist autonoomiat.

Tööstusharu fookus: B2B, digitaliseerimine (tehisintellektist XR-ini), masinaehitus, logistika, taastuvenergia ja tööstus

Lisateavet selle kohta siin:

• Xpert Business Hub

Teemakeskus koos teadmiste ja ekspertiisiga:

• Teadmisplatvorm globaalse ja regionaalse majanduse, innovatsiooni ja tööstusharude suundumuste kohta
• Analüüside, impulsside ja taustteabe kogumine meie fookusvaldkondadest
• Koht ekspertiisi ja teabe saamiseks äri- ja tehnoloogiavaldkonna praeguste arengute kohta
• Teemakeskus ettevõtetele, kes soovivad õppida turgude, digitaliseerimise ja valdkonna uuenduste kohta

Tehnoloogilised takistused: mis jääb labori ja masstootmise vahele?

Tee muljetavaldavatest laboritulemustest kaubandusliku masstootmiseni on pooljuhtide tööstuses kurikuulsalt keeruline ja täis ettenägematuid probleeme.

Substraadi suurim väljakutse on skaleerimine. Näidatud laboridemonstratsioon tõestab, et põhimõtteliselt on võimalik toota vastava suurusega struktuure. Kommertslitograafia nõuab aga palju enamat. ASML-masin säritab umbes 130–170 kiipi tunnis. Kattuvuse täpsus, st mitme kihi täpne joondamine, peab olema väiksem kui üks nanomeeter. Ühtlus kogu kiibil peab olema äärmiselt kõrge. Defektide tihedus peab olema vahemikus alla ühe defekti ruutsentimeetri kohta. Kõigi nende nõuete samaaegne täitmine, samal ajal kui süsteem töötab stabiilselt kuude kaupa, on monumentaalne insenerisaavutus.

Substrate'i kasutatav osakestekiirendi allikas peab töötama erakordse stabiilsusega. Igasugune kiire intensiivsuse või asendi kõikumine kahjustaks kvaliteeti. ASML veetis aastaid oma laser-plasma tinaallika stabiliseerimisega EUV jaoks. See allikas laseb vaakumanumasse 50 000 pisikest tinatilka sekundis, kus neid tabab kaks korda 30-kilovatine CO2-laser, et tekitada plasma, mis kiirgab EUV valgust. Selle lahenduse keerukus tulenes aastatepikkusest iteratsioonist. Substrate väidab, et neil on kompaktsem ja kulutõhusam lahendus, kuid ilma aastatepikkuse välikatsetamiseta jääb see spekulatiivseks.

Röntgenikiirte optika erineb põhimõtteliselt EUV või DUV optikast. Röntgenikiirte fokuseerimine ei ole võimalik läätsede abil, kuna enamik materjale neelab need. Selle asemel on vaja spetsiaalseid libisemispeegleid. Need peeglid tuleb valmistada hingematva täpsusega. Zeiss toodab peegleid ASML-i jaoks, kus Saksamaa suuruseks skaleerituna ulatuksid suurimad kõrvalekalded ideaalsest kujust vaid kümnendiku millimeetrini. Kas selline täpsus on olemas või on röntgenoptika jaoks võimalik arendada, on ebaselge.

Röntgenlitograafia fotoresistmaterjalid ei ole kaubanduslikes kogustes saadaval. Uute resistsüsteemide väljatöötamine võtab tavaliselt aastaid ja nõuab tihedat koostööd keemikute, materjaliteadlaste ja protsessiinseneride vahel. Resistid peavad pakkuma kõrget eraldusvõimet ja olema samal ajal piisava söövituskindlusega, et need toimiksid maskina järgnevates töötlemisetappides. Nende servade karedus peab olema väike ja need ei tohi põhjustada soovimatuid kõrvalreaktsioone. Jaapani turuliidrid selles valdkonnas ei töötaks automaatselt uue konkurendi heaks.

Sobib selleks:

• Tehisintellekti kiipide sõda eskaleerub: Nvidia õudusunenägu? Hiina annab vastulöögi oma tehisintellekti kiipidega – ja Alibaba on alles algus

Ärimudel: vertikaalne integratsioon kui Segen või needus

Substrate järgib radikaalset strateegiat, mis kaldub kõrvale väljakujunenud tööstusharust. Litograafiasüsteemide müümise asemel olemasolevatele valukodadele plaanib ettevõte ehitada ja käitada oma pooljuhtide tootmistehaseid.

See vertikaalne integratsioon on vastuolus viimase nelja aastakümne domineeriva ärimudeliga. Alates sellest, kui Morris Chang asutas 1987. aastal TSMC ja kehtestas puhtalt toimiva valukoja mudeli, on tööstusharu muutunud üha spetsialiseerunumaks. Fabless disainifirmad keskenduvad kiibiarhitektuurile ja disainile, valukojad tootmisele ning seadmete tarnijad, nagu ASML, konkreetsetele tehnoloogiatele. See spetsialiseerumine võimaldab igal tegijal saavutada oma valdkonnas maailmatasemel positsiooni.

Substrate väidab, et vertikaalne integratsioon vähendab koordineerimiskulusid ja võimaldab kiiremat innovatsiooni. Teslat ja SpaceX-i tuuakse sageli eduka vertikaalse integratsiooni näidetena. Kuid pooljuhtide tööstus on teistsugune. Kapitalimahukus on äärmuslik. Kaasaegne tehas maksab viisteist kuni kakskümmend miljardit dollarit. TSMC kulutab igal aastal kapitalikuludele üle neljakümne miljardi dollari. Substrate on seni kaasanud sada miljonit dollarit ja selle väärtus on üle miljardi dollari. Konkurentsivõimeliseks saamiseks peaks ettevõte investeerima sada korda rohkem.

Lisaks nõuab valukoja opereerimine täiesti teistsuguseid oskusi kui litograafiatehnoloogia arendamine. TSMC-s töötab üle 70 000 inimese, kellest paljud on kõrgelt spetsialiseerunud protsessiinsenerid. Ettevõttel on üle 40 aasta kogemust saagikuse optimeerimise, defektide analüüsi ja kliendisuhete haldamise alal. Iga uus protsessisõlm nõuab tuhandeid katseid ja iteratsioone. Õppimiskõver on järsk ja kulukas.

Küsimus on ka selles, kes oleksid Substrate'i kliendid. Suurtel tehaseta ettevõtetel nagu Nvidia, AMD ja Qualcomm on TSMC-ga pikaajalised ja tihedalt integreeritud suhted. Need partnerlused põhinevad aastatepikkusel koostööl, ühiselt väljatöötatud protsesside disainikomplektidel ja vastastikusel usaldusel. Uus valukoda peaks nende suhete katkestamiseks pakkuma erakordseid eeliseid. Madalamatest kuludest üksi ei piisa, kui saagikuse, töökindluse ja tarneaegadega seotud riskid on ebakindlad.

Intel on aastaid püüdnud oma valukodade äri laiendada ja on märkimisväärsetes raskustes. Intel Foundry Services teenis 2024. aasta kolmandas kvartalis vaid kaheksa miljonit dollarit välistulu. Kahjum on tohutu. See näitab, kui raske on isegi väljakujunenud pooljuhtide hiiglasel valukodade turule siseneda. Substraatide tootmine alustaks nullist.

Ajahorisont: 2028 ja edasi

Substrate plaanib masstootmise alustada 2028. aastal. See on erakordselt ambitsioonikas ajakava. Praegusest laboridemonstratsioonist kommertstootmiseni jõudmine umbes kolme aastaga eeldaks, et kõik sujuks ideaalselt.

Võrdluseks: ASML alustas EUV esialgsete alfaprototüüpidega 2006. aastal, tarnis oma esimese eeltootmissüsteemi 2010. aastal ja jõudis masstootmiseni alles 2019. aastal. See on kolmteist aastat esimesest demonstratsioonist masstootmiseni ja seda juba väljakujunenud ettevõttes, millel oli ulatuslik kogemus litograafias.

Substrate peaks mitte ainult oma litograafiatehnoloogia kolme aasta jooksul tootmisvalmiks viima, vaid ka ehitama tehase, looma tarneahelad kõigi vajalike materjalide ja seadmete jaoks, arendama ja optimeerima protsesse, hankima kliente ning hankima vajalikud load. Isegi kui tehnoloogia töötab, on see ajakava ebareaalne.

Realistlikum ajakava oleks kaheksa kuni kaksteist aastat kuni märkimisväärse kommertstoodangu alguseni. See tähendaks, et mõju tööstusele ei oleks tunda enne 2030. aastate keskpaika. Selleks ajaks on ASML loonud oma kõrge NA-ga EUV-süsteemid, TSMC töötab tõenäoliselt ühenanomeetriste või madalamate protsesside kallal ning kogu tööstusharu võib olla liikunud suunas, mis muudab Substrate'i lähenemisviisi iganenuks.

Alternatiivsed tulevikustsenaariumid: Mis võiks tegelikult juhtuda?

Substrate'i väljakuulutamine tõstatab olulisi küsimusi, kuid tõenäolised stsenaariumid ulatuvad täielikust läbikukkumisest osaliste edusammudeni, mis mõjutavad tööstust peenelt, kuid ei muuda seda revolutsiooniliselt.

Pessimistlik stsenaarium on see, et Substrate ei suuda tehnilisi takistusi ületada. Röntgenlitograafia füüsika võib osutuda liiga problemaatiliseks, stohhastilised efektid võivad muutuda kontrollimatuks või kapitalikulud võivad muutuda liiga kõrgeks. Sellisel juhul ettevõte kas ebaõnnestub või langeb niširolli spetsialiseeritud rakenduste jaoks. Ajalooliselt on enamik väljakujunenud tehnoloogiate konkurente läbi kukkunud. Nii Nikon kui ka Canon üritasid ASML-iga EUV võidujooksus konkureerida, kuid andsid alla.

Keskteise stsenaariumina võiks Substrate tehnoloogia osaliselt funktsionaalseks muuta, kuid mitte lubatud hinnaga või vajaliku töökindlusega. Seejärel saaks ettevõte oma tehnoloogia litsentsida juba tegutsevale tegijale. ASML ise võiks olla huvitatud röntgenlitograafia hindamisest kui potentsiaalsest järgmise põlvkonna tehnoloogiast pärast High-NA EUV-d. Teise võimalusena võiks mõni suur pooljuhtide tootja, näiteks Intel või Samsung, tehnoloogia omandada, et oma tootmisvõimekust eristada.

Optimistlik stsenaarium oleks see, et Substrate arendab küll välja toimiva ja kulutõhusama litograafialahenduse, kuid loobub valukojaärist ja müüb süsteeme hoopis väljakujunenud tootjatele. See alandaks turule sisenemise tõkkeid ja võiks kaasa tuua tervislikuma konkurentsi litograafiaseadmete turul. ASML tunneks survet hindu langetada ja kiiremini uuendusi teha. Sellest võiks kasu saada kogu tööstusharu.

Kõige vähem tõenäoline tundub olevat murranguline stsenaarium, kus Substrate omandab tehnoloogia valdamise, haldab edukalt oma tehaseid ja saab oluliseks valukoja konkurendiks. Tehnoloogilise innovatsiooni ja ärimudeli innovatsiooni ühendamine ühes maailma kapitalimahukamas ja keerukamas tööstusharus on erakordne väljakutse.

Laiemad tagajärjed: Moore'i seadus, miniaturiseerimise piirid ja alternatiivsed teed

Substraadi lugu tõstatab ka põhimõttelisi küsimusi pooljuhtide tööstuse tuleviku kohta. Moore'i seadus, mis väidab, et kiibil olevate transistoride arv kahekordistub ligikaudu iga kahe aasta tagant, on olnud tööstuse teerajajaks alates 1960. aastatest. Kuid üha enam ennustatakse selle trendi lõppu.

Füüsikalised piirangud muutuvad üha ilmsemaks. Transistorid lähenevad aatomimõõtmetele. Alla kolme nanomeetri suurustes struktuurides tekivad kvantefektid, näiteks tunnelefekt, kus elektronid hüppavad kontrollimatult läbi barjääride. Soojuse teke muutub problemaatiliseks. Elektronide lekkevoolud suurenevad. Mõned eksperdid väidavad, et Moore'i seadus lõppes juba 2016. aastal, kui Intelil kulus kümnelt nanomeetrilt seitsmele viiele aastale traditsioonilise kahe aasta asemel.

Majanduslikud piirangud on sama märkimisväärsed. Rocki seadus väidab, et pooljuhtide tehase ehitamise maksumus kahekordistub ligikaudu iga nelja aasta järel. Kahe nanomeetri tehnoloogiaga tehas maksab kakskümmend miljardit dollarit või rohkem. Ettevõtete arv, mis saavad endale selliseid investeeringuid lubada, väheneb. Ainult TSMC, Samsung ja Intel on endiselt võistluses juhtivate sõlmede pärast. Kõik teised on välja langenud ja keskenduvad küpsematele ja tulusamatele tehnoloogiatele.

Selles kontekstis on Substrate'i lubadus kulusid drastiliselt vähendada eriti ahvatlev. Edu korral võiks juhtivasse pooljuhtide tootmissektorisse siseneda rohkem tegijaid, mis ergutaks konkurentsi. Isegi odavama litograafia korral jääb tehase kogumaksumus aga tohutuks, kuna litograafia moodustab seadmete kogumaksumusest vaid umbes kakskümmend protsenti.

Moore'i seaduse jätkamise alternatiivseid lähenemisviise uuritakse intensiivselt. Uued transistoriarhitektuurid, näiteks kõik-ümber-väravad FET-id, mida Samsung ja TSMC kolmenanomeetriliste protsesside abil kasutusele võtavad, parandavad elektronide voo kontrolli. Kiipide kolmemõõtmeline virnastamine täiustatud pakendustehnoloogiate, näiteks TSMC CoWoS-i abil, võimaldab integreerida rohkem funktsionaalsust väiksematesse mahtudesse. Uued materjalid, näiteks galliumnitriid või süsiniknanotorud, võivad räni täiendada või asendada. Neuromorfsed arvutusarhitektuurid ja kvantarvutid lubavad põhimõtteliselt erinevaid arvutusparadigmasid.

Blokk-kopolümeeride suunatud iseassambleerumine ja nanotrüki litograafia on täiendavad alternatiivsed litograafia lähenemisviisid, mida uuritakse. Need tehnoloogiad võivad pakkuda teatud rakenduste jaoks eeliseid, kuid seni pole need masstootmisse jõudnud. Pooljuhtide tööstus on protsesside muutmise osas konservatiivne, kuna riskid on liiga suured.

Põnev väljakutse ebakindla tulemusega

Substrate'i teadaanne on vaieldamatult põnev ja tõstatab olulisi küsimusi pooljuhtide tootmise tuleviku kohta. Selle potentsiaalne mõju väljakujunenud monopolidele, geopoliitilistele võimustruktuuridele ja majanduslikule tasakaalule selles kriitilise tähtsusega tööstusharus on märkimisväärne.

Siiski on kaine realism õigustatud. Pooljuhtide tööstuse ajalugu on täis paljulubavaid tehnoloogiaid, mis on läbi kukkunud, ja teadaandeid, mis osutusid liialdatuks. Röntgenlitograafiat kuulutati juba 1980. ja 1990. aastatel tulevikuks, kuid see ebaõnnestus. Tehnilised, majanduslikud ja organisatsioonilised väljakutsed, millega Substrate peab toime tulema, on monumentaalsed.

ASML ja TSMC ei saavutanud oma domineerivat positsiooni juhuslikult, vaid aastakümnete pikkuse kannatliku töö, tohutute investeeringute, nutikate partnerluste ja tehnilise tipptaseme abil. Need ettevõtted ei vaata passiivselt pealt, kuidas uustulnuk nende turgudele tungib. Nad kiirendavad oma innovatsiooni, kohandavad hindu ja püüavad potentsiaalseid kliente hoida.

Substrate'i investorite, sealhulgas Peter Thieli ja In-Q-Teli jaoks on see kõrge riskiga ettevõtmine, millel on potentsiaalselt tohutu kasum, aga ka väga reaalne täieliku kahjumi võimalus. Pooljuhtide tööstusele tervikuna annab see areng positiivse signaali, et innovatsioon pole veel läbi ja et uuritakse uusi lähenemisviise. Isegi kui Substrate ebaõnnestub, võivad saadud õppetunnid suunata tulevasi ettevõtmisi.

Lähiaastad näitavad, kas Substrate suudab pooljuhtide tööstust tõeliselt revolutsiooniliselt muuta või osutub see lihtsalt järjekordseks episoodiks pikas võitluses miniaturiseerimise piiride nihutamiseks. Selle loo majanduslikud, tehnoloogilised ja geopoliitilised mõõtmed muudavad selle põnevaks juhtumiuuringuks innovatsioonist, murrangust ja võimalikkuse piiridest ühes tänapäeva majanduse keerukaimas tööstusharus.

Kiibisõda 2.0: miks USA, Hiina ja Euroopa seisavad silmitsi väga erinevate riskidega

See oht ei piirdu kaugeltki ainult Euroopaga, vaid mõjutab kogu globaalset pooljuhtide tööstust. Ohu iseloom on USA ja Hiina jaoks aga põhimõtteliselt erinev Euroopa omast.

1. Oht Euroopale (eriti ASML)

Euroopa jaoks on oht otsene ja eksistentsiaalne.

ASML sihikul: Substrate sihib Euroopa tehnoloogiapärli ASML südant. Kui röntgenlitograafia osutub edukaks, murraks see ASML-i aastakümneid kestnud monopoli tipptasemel litograafiasüsteemide osas.

Majanduslik kahju: Edukas konkurent õõnestaks ASML-i tohutut hinnakujundusjõudu ja kõrgeid marginaale. Investeeringud järgmisesse põlvkonda (kõrge NA-ga EUV), mis maksavad sadu miljoneid masina kohta, võivad osutuda halvaks investeeringuks.

Ökosüsteemi nõrgenemine: oht laieneb kogu ASML-i ümber ehitatud Euroopa tarneahelale, eriti Saksa kõrgtehnoloogiaettevõtetele nagu Zeiss (optika) ja Trumpf (laserid).

Geopoliitiline kaotus: Euroopa kaotab oma kõige olulisema geopoliitilise hoova. Kontroll ASML-i üle annab ELile (ja Hollandile) ainulaadse võimupositsiooni ülemaailmsetes tehnoloogiakonfliktides, positsiooni, mida USA surve juba niigi piirab. USA alternatiiv kõrvaldaks selle positsiooni peaaegu täielikult.

2. Oht konkurentsile USAs

USA jaoks on see kahe teraga mõõk: strateegiline võimalus riigile, kuid häiriv oht juba tegutsevatele USA tegijatele.

Oht Intelile ja Samsungile: Ettevõtted nagu Intel ja Samsung, kes investeerivad USA-sse suuri summasid (CHIPS-seaduse toel), on kogu oma tulevikustrateegia rajanud ASML-i EUV-tehnoloogiale. Nad on investeerinud miljardeid EUV-põhistesse tehastesse. Substrate'i uus, ühildumatu tehnoloogia devalveeriks nende investeeringute väärtust ja sunniks neid oma tegevuskavasid täielikult ümber mõtlema.

Koduturul on tekkimas uus konkurent: Substrate plaanib lisaks masinate müümisele ka oma valukoda käitada. See teeks neist otsese konkurendi Inteli valukodade ambitsioonidele ja Samsungi USA tehastele. Uus, potentsiaalselt odavam tegija suurendaks oluliselt konkurentsisurvet koduturul.

Eelis ilma toorikuteta ettevõtetele: Kiibidisainerite, näiteks Nvidia, AMD või Qualcommi jaoks on see areng aga eelkõige võimalus. Praegu sõltuvad nad TSMC-st. Uus USA-s asuv valukodade pakkuja tugevdaks nende läbirääkimispositsiooni ja vähendaks tarneahela riske. Nende "oht" oleks vaid kaudne, kui Substrate peaks ebaõnnestuma ja seoks väärtuslikku investeerimiskapitali, mida oleks saanud mujal kasutada.

Kokkuvõttes USA kohta: see ei ole oht riigi julgeolekule ega majandusele (vastupidi), vaid häiriv oht väljakujunenud USA pooljuhtide tootjate olemasolevale tasakaalule ja ärimudelitele.

3. Oht Hiinale

Hiina jaoks on oht puhtalt geopoliitiline ja strateegiline – ning potentsiaalselt isegi suurem kui ASML-i oma.

Tehnoloogilise blokaadi süvendamine: USA takistab juba ASML-il oma kõige kaasaegsemate EUV-süsteemide tarnimist Hiinale. Kui juhtivat litograafiatehnoloogiat arendab nüüd otse USA ettevõte CIA osalusel, muutub ekspordikontroll veelgi rangemaks ja läbimatumaks. USA tehnoloogiline haare tugevneks.

Lõhe suureneb: Hiinal on raskusi järele jõudmisega arenenumatele sõlmedele (näiteks SMIC 7nm protsess), mis kasutavad vanemat DUV-tehnoloogiat. Uus, palju odavam ja võimsam lääne tehnoloogia lükkaks Hiina pingutused aastate võrra tagasi ja suurendaks tehnoloogilist lõhet dramaatiliselt.

Suurem surve isemajandamisele: See areng on Hiina jaoks lõplik tõestus, et ta ei saa kunagi loota lääne tehnoloogiale. See suurendaks tohutult survet Hiina valitsusele investeerida veelgi rohkem ressursse oma kodumaise litograafiatehnoloogia arendamisse – äärmiselt kallis ja aeganõudev ettevõtmine.

☑️ Meie ärikeel on inglise või sakslane

☑️ Uus: kirjavahetus teie riigikeeles!

 

Mul on hea meel, et olete teile ja minu meeskonnale isikliku konsultandina kättesaadav.

Võite minuga ühendust võtta, täites siin kontaktvormi või helistage mulle lihtsalt telefonil +49 89 674 804 (München) . Minu e -posti aadress on: Wolfenstein ∂ xpert.digital

Ootan meie ühist projekti.

 

 

☑️ VKE tugi strateegia, nõuannete, planeerimise ja rakendamise alal

☑️ digitaalse strateegia loomine või ümberpaigutamine ja digiteerimine

☑️ Rahvusvaheliste müügiprotsesside laiendamine ja optimeerimine

☑️ Globaalsed ja digitaalsed B2B kauplemisplatvormid

☑️ teerajajate äriarendus / turundus / PR / mõõde

Xpert.digital on sügavad teadmised erinevates tööstusharudes. See võimaldab meil välja töötada kohandatud strateegiad, mis on kohandatud teie konkreetse turusegmendi nõuetele ja väljakutsetele. Analüüsides pidevalt turusuundumusi ja jätkates tööstuse arengut, saame tegutseda ettenägelikkusega ja pakkuda uuenduslikke lahendusi. Kogemuste ja teadmiste kombinatsiooni abil genereerime lisaväärtust ja anname klientidele otsustava konkurentsieelise.

Lisateavet selle kohta siin:

• Kasutage Xpert.digital 5 -kordist kompetentsi ühes paketis alates 500 €/kuus