שבבים זולים ב-90% מארה"ב? הסטארט-אפ Substrate מאתגר את הענקיות ASML (הולנד) ו-TSMC (טייוואן).

ליתוגרפיה בקרני רנטגן 2.0: ממעבדה לייצור המוני - האם ליתוגרפיה בקרני רנטגן שוב מציאותית?

בעולם הטכנולוגיה הגבוהה, שבו קידמה נמדדת בננומטרים, תעשיית המוליכים למחצה דומה למבצר עם חומות כמעט בלתי ניתנות להתגברות. בראש הסדר העולמי הזה ניצבות שתי ענקיות בלתי מעורערות: המונופוליסטית ההולנדית ASML, הספקית הבלעדית של מכונות הליתוגרפיה EUV היקרות להפליא לייצור שבבים חדיש, וענקית היציקה הטייוואנית TSMC, השולטת בשוק ייצור החוזים העולמי. מערכת אקולוגית מרוכזת זו, שנבנתה על עשרות שנים של מחקר ומאות מיליארדי דולרים בהשקעות, נראתה עד כה בלתי ניתנת לגעת.

אבל עכשיו, סטארט-אפ מסן פרנסיסקו בשם Substrate עושה גלים שעלולים לזעזע את יסודות התעשייה הזו. עם גיוס של למעלה מ-100 מיליון דולר ממשקיעים בולטים כמו פיטר ת'יל וזרוע הון הסיכון של ה-CIA, In-Q-Tel, Substrate עומדת לכתוב מחדש את כללי המשחק. ההבטחה שלהם: טכנולוגיית ליתוגרפיה של קרני רנטגן מחודשת ומחודשת, שהיא לא רק חזקה יותר ממערכות ה-EUV המבוססות של ASML, אלא גם יכולה להפחית באופן דרמטי את העלות לכל פרוסת שבב ב-90 אחוז.

הכרזה זו היא הרבה יותר מסתם חידוש טכנולוגי; זוהי הכרזת מלחמה גיאופוליטית וכלכלית. היא פוגעת בלב חתירתה של אמריקה לריבונות טכנולוגית, מאתגרת את מודל העסקים של המכונות היקרות בעולם, ומבטיחה לנפץ את מחסומי הכניסה המוחצים לייצור שבבים. אבל הדרך מהדגמה מעבדתית מבטיחה לייצור המוני אמין רצופה בפסולת של מהפכות כושלות. המכשולים הטכניים הם אדירים, הספקנות בתעשייה עמוקה, וההיסטוריה של ליתוגרפיית קרני רנטגן עצמה היא אחת הכישלונות ההיסטוריים. השאלה המכרעת, אם כן, היא: האם אנו עדים לתחילתה של שיבוש אמיתי שיצייר מחדש את נוף השבבים העולמי, או סתם דז'ה וו ממומן מאוד של חלום טכנולוגי שמתנפץ אל מול המציאות הקשה של הפיזיקה והכלכלה?

מתאים לכך:

• ASML, מעצמת העל הסודית של אירופה, במלחמת השבבים: כיצד חברה אחת מחזיקה את עתיד הבינה המלאכותית של השבבים באיחוד האירופי בידיה.

שינוי כוח עולמי צפוי באמצעות ליתוגרפיה חדשנית של קרני רנטגן

טכנולוגיית ייצור שבבים ומוליכים למחצה, אחת ההתפתחויות התעשייתיות החשובות ביותר של המאה ה-21, חווה כעת נקודת מפנה יוצאת דופן. סטארט-אפ מסן פרנסיסקו בשם Substrate מעורר תשומת לב רבה בתעשיית המיקרו-שבבים העולמית עם הכרזה על טכנולוגיית ליתוגרפיה חדשה בקרני רנטגן. החברה, המגובה על ידי משקיעים בולטים כמו פיטר תיל, גייסה למעלה ממאה מיליון דולר וטוענת כי פיתחה אלטרנטיבה למערכות הליתוגרפיה היקרות במיוחד של המונופוליסט ההולנדית ASML וליכולות הייצור של הענקית הטייוואנית TSMC. ההשפעה הפוטנציאלית של פיתוח זה על כל שרשרת הערך של מוליכים למחצה, מבני הכוח הגיאופוליטיים והאיזונים הכלכליים בתעשייה זו הן מהותיות ומצדיקות ניתוח כלכלי מפורט.

הכלכלה של ליתוגרפיה של מוליכים למחצה: כאשר מונופולים מתמודדים עם אתגרים

ההיסטוריה של חדשנות תעשייתית מראה שוב ושוב כי שיבוש טכנולוגי כמעט ולא מגיע ממרכז מבני הכוח הקיימים, אלא יוזם על ידי גורמים חיצוניים.

תעשיית המוליכים למחצה הנוכחית חווה רמת ריכוזיות יוצאת דופן. ASML, שבסיסה בהולנד, שולטת כמעט בכל שוק מערכות הליתוגרפיה החדישות, עם נתח שוק של 90 עד 100 אחוזים בליתוגרפיה אולטרה סגולה קיצונית. מכונות אלו, שעולות בין 200 ל-400 מיליון דולר ליחידה, חיוניות לייצור מוליכים למחצה מתקדמים מתחת לשבעה ננומטרים. שולי הרווח הגולמי של ASML עוברים באופן עקבי את 50 האחוזים, אינדיקטור לכוח התמחור העצום של מונופול דה פקטו. בשנת 2024, החברה ייצרה הכנסות של 28.3 מיליארד יורו עם רווח נקי של 7.6 מיליארד יורו. צמיחה בהכנסות של כ-15 אחוזים צפויה לשנת 2025, עם שולי רווח גולמי של כ-52 אחוזים.

פיתוח טכנולוגיית ה-EUV הזו היה מרתון שנמשך יותר משלושה עשורים ועלות כוללת של למעלה מעשרה מיליארד דולר. ASML הצליחה לנהל את הפרויקט העצום הזה רק באמצעות שותפויות אסטרטגיות עם אינטל, סמסונג ו-TSMC, אשר השקיעו יחד 1.4 מיליארד יורו בחברה בשנת 2012, ובכך השתתפו במה שמכונה "פרויקט המוסקטרים". מערכת ה-EUV המסחרית הראשונה סופקה בשנת 2010, אך הטכנולוגיה לא הגיעה למוכנות לייצור המוני עד 2019. עיכוב זה של כמעט עשרים שנה בהשקה לשוק בהשוואה לתוכניות המקוריות ממחיש את המכשולים הטכניים העצומים.

במקביל, TSMC מטייוואן שולטת בשוק היציקה העולמי עם נתח שוק מדהים של מעל 70 אחוזים ברבעון השני של 2025. החברה ייצרה הכנסות של 30.24 מיליארד דולר ברבעון השלישי של 2025 ומתכננת הוצאות הון של בין 38 ל-42 מיליארד דולר לשנת 2025. מפעל חדיש של TSMC מהדור הבא עולה בין 15 ל-20 מיליארד דולר. נתונים אלה ממחישים את חסמי הכניסה העצומים לתעשייה זו.

ליתוגרפיה של קרני רנטגן, המציגה כיום מצעים כחלופה, אינה המצאה חדשה כלל. טכנולוגיה זו נחקרה כבר בשנות ה-70, ובמהלך שנות ה-80 וה-90, IBM, מוטורולה ותאגידים אמריקאים אחרים השקיעו רבות בפיתוחה. עם זאת, האתגרים הטכניים התגלו כגדולים מדי. הבעיות הבסיסיות כללו את הצורך במסכות יציבות ביותר העשויות מחומרים יקרים כמו זהב, הקושי בייצור מקורות קרני רנטגן עקביים, ומורכבות פיזור האלקטרונים המשניים, שהגבילה את הרזולוציה. גם גורמים כלכליים מילאו תפקיד: התעשייה לא הצליחה להסכים על סטנדרטים משותפים, ומימון מחברות שונות נכשל עקב אינטרסים עסקיים מנוגדים.

שיבוש טכנולוגי: מהפכה או חזרה על כשלים היסטוריים?

חברת Substrate טוענת כי פתרה את הבעיות ההיסטוריות הללו. החברה משתמשת במאיץ חלקיקים שתוכנן במיוחד, אשר מאיץ אלקטרונים קרוב למהירות האור. אלקטרונים אלה עוברים דרך סדרה של מגנטים הגורמים להם להתנדנד, ויוצרים קרני רנטגן עוצמתיות באורכי גל מתחת לארבעה ננומטרים. אורך גל זה קצר משמעותית מ-13.5 ננומטרים של טכנולוגיית EUV של ASML, מה שמאפשר תיאורטית רזולוציה גבוהה יותר. Substrate הציגה תוצאות מעבדה המראות מבנים בעלי ממד קריטי של שנים עשר ננומטרים ומרחק מקצה לקצה של שלושה עשר ננומטרים, בהשוואה ליכולות של מערכות EUV מודרניות עבור טכנולוגיות תהליך של שני ננומטרים.

הטענה הכלכלית המרכזית של Substrate היא שהעלות לפרוסת ופלה עשויה לרדת מכמאה אלף דולר כיום לכעשרת אלפים דולר עד סוף העשור. הפחתת עלויות של תשעים אחוזים זו תשנה באופן מהותי את הכלכלה של ייצור מוליכים למחצה. החברה טוענת שעל ידי הימנעות מתהליך רב-הדפוס המורכב הנדרש לעתים קרובות ב-EUV, ניתן להפחית באופן דרסטי את מספר שלבי הייצור.

עם זאת, הספקנות של התעשייה מוצדקת ומבוססת על מציאות טכנית וכלכלית מפוכחת. הדגמת מבנים במעבדה היא משימה שונה לחלוטין מייצור המוני עם תפוקות עקביות. TSMC משיגה תפוקות של כ-70 אחוזים בתהליכים של ארבעה ננומטר, בעוד שסמסונג מתקשה עם תפוקות של שלושים וחמישה אחוזים בלבד באמצעות טכנולוגיות דומות. נתונים אלה ממחישים עד כמה יציבות התהליך וצמצום הפגמים קריטיים. אפילו הסטיות הקטנות ביותר ברמה האטומית עלולות להוביל לכשלים.

בעיה קריטית במיוחד בליתוגרפיה מודרנית היא אפקטים סטוכסטיים, כלומר, שינויים אקראיים בתהליך החשיפה. בליתוגרפיה של EUV, השפעות אלו יכולות כבר להוות יותר ממחצית מתקציב השגיאות הכולל, וההערכה היא שהן יעלו לתעשייה למעלה מעשרה מיליארד דולר בהכנסות אובדן מדי שנה עד 2030. בעיות אלו נובעות מהפיזיקה הבסיסית של מבנים קטנים, שבהם מספר הפוטונים, פיזור מולקולות הרזיסט ופיזור האלקטרונים הם אקראיים מטבעם. השאלה האם מצעים יכולים להתגבר על אתגרים אלו טוב יותר עם קרני רנטגן מאשר ASML עם EUV נותרת פתוחה.

בעיה מהותית נוספת היא הזמינות של חומרים מתאימים. ליתוגרפיה של EUV דרשה פיתוח של פוטורזיסטים חדשים לחלוטין, המותאמים במיוחד לאורך הגל של 13.5 ננומטר. חברות יפניות כמו JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu Chemical ו-Fujifilm שולטות על תשעים אחוז משוק הפוטורזיסטים של EUV. חומרים אלה מבוססים על תרכובות המכילות מתכת עם יסודות כמו בדיל, הפניום או זירקוניום, המפגינים בליעה גבוהה יותר באורכי גל של EUV. חברת Substrate לא רק תצטרך לפתח פוטורזיסטים תואמי קרני רנטגן משלה, אלא גם לייצר ייצור המוני של חומרים אלה. באופן דומה, מסכות מדויקות לקרני רנטגן והאופטיקה המיוחדת יצטרכו להיות זמינות בכמויות גדולות - שרשרת אספקה ​​שאינה קיימת כיום.

ההשלכות הכלכליות: מי מנצח, מי מפסיד

ההשפעה הפוטנציאלית של טכנולוגיית ליתוגרפיה מוצלחת בקרני רנטגן על תעשיית המוליכים למחצה תהיה עמוקה ותעצב מחדש את כל שרשרת הערך.

ASML נמצאת במרכז השיבוש הפוטנציאלי הזה. החברה השקיעה למעלה מארבעים שנה בבניית המנהיגות הטכנולוגית שלה. פיתוח מערכות EUV לבדו גזל עשרות שנים ומיליארדי דולרים. מתחרה מתפקד לא רק יפגע בכוח התמחור של ASML, אלא גם עלול להוביל לחשיבה מחודשת על כל אסטרטגיית ההשקעה שלה. החברה משקיעה כיום רבות במערכות EUV בעלות NA גבוה, שעולות 380 מיליון דולר ליחידה ומבטיחות רזולוציות גבוהות אף יותר. אם Substrate תוכל להשיג תוצאות דומות או טובות יותר בעשירית מהעלות, זה יאתגר באופן מהותי את מפת הדרכים של ASML בעלות NA גבוה. בעלי המניות, שמעריכים את ASML ביותר מ-300 מיליארד דולר, עלולים לבצע הערכה מחודשת דרמטית.

עבור TSMC, ההשלכות יהיו מעורבות. מצד אחד, טכנולוגיית ליתוגרפיה זולה יותר עשויה להפחית את עלויות ההון עבור מפעלים חדשים. TSMC מוציאה כיום בין 38 מיליארד דולר ל-42 מיליארד דולר בשנה על הוצאות הון, שחלק משמעותי מהן מוקצה למערכות EUV. מכונה בעלת NA נמוך עולה כ-235 מיליון דולר, ו-TSMC זקוקה ליותר כאלה מדי שנה. חלופות זולות יותר עשויות לשפר את הרווחיות. מצד שני, Substrate אינה מתכננת למכור את המערכות שלה, אך מתכוונת להפעיל מפעלים משלה. זה יהפוך את Substrate למתחרה ישירה של TSMC. ההיסטוריה מראה שמודלים משולבים אנכית כמעט ולא מצליחים בתעשיית המוליכים למחצה. התמחות בין חברות תכנון ללא פאבלים לבין בתי יציקה הוכחה כעדיפה. Substrate תצטרך לא רק להתגבר על אתגר פיתוח הטכנולוגיה, אלא גם על האתגר השונה לחלוטין של תפעול בתי יציקה, יחסי לקוחות וייצור חוזי. ארבעים שנות הניסיון של TSMC באופטימיזציה של תהליכים, בקרת איכות ושירות לקוחות מהוות יתרון תחרותי עצום שלא ניתן לשכפל בפשטות.

עבור מעצבי שבבים ללא תחרות כמו Nvidia, AMD, Qualcomm וברודקום, טכנולוגיית סובסטרטים מוצלחת עשויה לפתוח אפשרויות חדשות. חברות אלו תלויות כיום כמעט לחלוטין ב-TSMC, ובמידה פחותה, בסמסונג. Nvidia לבדה ייצרה הכנסות של 124.4 מיליארד דולר בשנת 2024, בעיקר ממעבדי בינה מלאכותית. כל גיוון ביכולות הייצור יפחית את הסיכון בשרשרת האספקה ​​ויחזק את עמדת המשא ומתן שלה עם בתי היציקה. עם זאת, חברות אלו לא יעברו לספק לא מוכח עד שאותו ספק יוכיח איכות ותפוקות עקביות לאורך מספר שנים. החלפת עיצוב שבב בין בתי יציקה שונים היא מורכבת ויקרה, מכיוון שכל יצרן משתמש בערכות עיצוב תהליכים שונות.

אינטל וסמסונג, שתיהן חברות המתכננות ומייצרות שבבים ומציעות יותר ויותר שירותי יציקה, מוצאות את עצמן במצבים קשים. אינטל נאבקת עם חטיבת היציקה שלה, שספגה הפסד של שבעה מיליארד דולר מתוך הכנסות של 18.9 מיליארד דולר בשנת 2023. טכנולוגיית התהליך 18A של אינטל אמורה לספק יתרונות תחרותיים, אך עיכובים ובעיות טכניות ידועות לשמצה. סמסונג מתמודדת עם אתגרים דומים עם בעיות תפוקה בצמתים מתקדמים. טכנולוגיית ליתוגרפיה חדשה וזולה יותר יכולה תיאורטית לעזור לשתיהן, אך שתי החברות ביצעו השקעות אדירות בתהליכים מבוססי EUV ולא יעברו בקלות ראש.

ספקים בשרשרת הערך של מוליכים למחצה יושפעו גם הם. Zeiss, היצרנית הגרמנית של מראות מדויקות במיוחד עבור מערכות ASML, Trumpf, המספקת את הלייזרים בעלי ההספק הגבוה, ו-Applied Materials, KLA ו-Lam Research, המספקות ציוד ייצור אחר, השקיעו כולם רבות בתמיכה במערכת האקולוגית של EUV. טכנולוגיה חדשה תדרוש שרשראות אספקה ​​חדשות. יצרני פוטורזיסט יפניים יצטרכו לפתח חומרים תואמי קרני רנטגן או לאבד נתח שוק.

המימד הגיאופוליטי: ריבונות טכנולוגית וביטחון כלכלי

תעשיית המוליכים למחצה שקועה עמוק במתחים גיאופוליטיים, וההכרזה על המצע מגיעה בזמן חשוב אסטרטגית.

בשנים האחרונות, ארצות הברית הטילה הגבלות יצוא מחמירות יותר ויותר על סין כדי להגביל את גישתה לטכנולוגיית מוליכים למחצה מתקדמת. ASML נאסר למכור את מערכות ה-EUV המתקדמות ביותר שלה לסין. מדיניות זו נועדה להגביל את יכולתה של סין לפתח יישומים צבאיים ובינה מלאכותית. במקביל, ממשלת ארה"ב משקיעה רבות בהעברת ייצור מוליכים למחצה בחזרה לארה"ב באמצעות חוק CHIPS, המספק 39 מיליארד דולר במענקים ישירים וזיכוי מס של 25 אחוזים להשקעה.

Substrate משתלבת בצורה מושלמת בסדר היום האסטרטגי הזה. מערכת ליתוגרפיה שפותחה ויוצרה בארה"ב תפחית את התלות בטכנולוגיה הולנדית וטייוואנית. מעורבותו של פיטר ת'יל אינה מקרית. ת'יל הדגיש שוב ושוב את הצורך באוטונומיה טכנולוגית אמריקאית. In-Q-Tel, זרוע הון הסיכון של ה-CIA, משקיעה גם היא ב-Substrate, מה שמדגיש את המימד הביטחוני הלאומי.

עם זאת, ההיסטוריה של ליתוגרפיית קרני רנטגן מראה כי אלופים לאומיים אינם בהכרח מצליחים. ארה"ב ניסתה להחזיר לעצמה את ההובלה בתחום המוליכים למחצה בשנות ה-80 וה-90 באמצעות שיתופי פעולה עם SEMATECH, אך בסופו של דבר נכשלה. ASML השיגה את פריצת הדרך שלה לא באמצעות מדיניות תעשייתית לאומית, אלא באמצעות פיתוח טכנולוגי סבלני, שילוב מיומנת של שרשרת האספקה ​​ושיתופי פעולה נבונים עם לקוחות. השאלה היא האם תמיכה ממשלתית יכולה להצליח ללא גורמים אלה.

סין, מצידה, מגיבה להגבלות היצוא המערביות עם השקעות מסיביות בטכנולוגיית מוליכים למחצה מקומית. יוזמת "תוצרת סין 2025" נותנת עדיפות לעצמאות. אם Substrate תצליח, סין תבקש לקבל גישה לטכנולוגיה זו או לפתח חלופות משלה. SMIC, בית היציקה הגדול ביותר בסין, עשתה התקדמות בתהליכים של שבעה ננומטר ללא EUV, למרות ההגבלות, אם כי עם תפוקות נמוכות יותר ועלויות גבוהות יותר.

אירופה נמצאת במצב מורכב. ASML היא חברה אירופאית, אך ממשלת הולנד נמצאת תחת לחץ מצד ארה"ב להגביל את היצוא. חוק השבבים האירופי מבטיח סובסידיות בסך 43 מיליארד אירו כדי להכפיל את נתח השוק העולמי של ייצור המוליכים למחצה האירופי מ-10 ל-20 אחוזים. אלטרנטיבה לליטוגרפיה הנשלטת על ידי ארה"ב עלולה לערער עוד יותר את האוטונומיה האסטרטגית של אירופה.

המומחיות הגלובלית שלנו בתעשייה ובעסקים בפיתוח עסקי, מכירות ושיווק - תמונה: Xpert.Digital

מיקוד בתעשייה: B2B, דיגיטציה (מבינה מלאכותית ל-XR), הנדסת מכונות, לוגיסטיקה, אנרגיות מתחדשות ותעשייה

עוד על זה כאן:

• מרכז עסקים אקספרט

מרכז נושאים עם תובנות ומומחיות:

• פלטפורמת ידע בנושא הכלכלה הגלובלית והאזורית, חדשנות ומגמות ספציפיות לתעשייה
• אוסף ניתוחים, אינספורמציות ומידע רקע מתחומי המיקוד שלנו
• מקום למומחיות ומידע על התפתחויות עדכניות בעסקים ובטכנולוגיה
• מרכז נושאים לחברות שרוצות ללמוד על שווקים, דיגיטציה וחדשנות בתעשייה

המכשולים הטכנולוגיים: מה נמצא בין המעבדה לייצור המוני

הדרך מתוצאות מעבדה מרשימות לייצור המוני מסחרי ידועה לשמצה כקשה ורצופה בעיות בלתי צפויות בתעשיית המוליכים למחצה.

האתגר הגדול ביותר של המצע הוא קנה מידה. הדגמת המעבדה שהוצגה מוכיחה שבאופן עקרוני, ניתן לייצר מבנים בטווח הגדלים הרלוונטי. עם זאת, ליתוגרפיה מסחרית דורשת הרבה יותר. מכונת ASML חושפת כ-130 עד 170 פרוסות סיליקון לשעה. דיוק הכיסוי, כלומר, היישור המדויק של שכבות מרובות, חייב להיות פחות מננומטר אחד. האחידות על פני כל הפרוסה האלקטרונית חייבת להיות גבוהה ביותר. צפיפות הפגמים חייבת להיות בטווח של פחות מפגם אחד לסנטימטר רבוע. עמידה בכל הדרישות הללו בו זמנית, בעוד שהמערכת פועלת ביציבות במשך חודשים, היא הישג הנדסי אדיר.

מקור מאיץ החלקיקים בו משתמשת Substrate חייב לפעול ביציבות יוצאת דופן. כל תנודה בעוצמת הקרן או במיקום שלה תפגע באיכות. ASML השקיעה שנים בייצוב מקור הלייזר-פלזמה שלה בפח עבור EUV. מקור זה יורה 50,000 טיפות פח זעירות בשנייה לתוך כלי ואקום, שם הן נפגעות פעמיים על ידי לייזר CO2 בהספק של 30 קילוואט כדי לייצר את הפלזמה הפולטת אור EUV. מורכבות הפתרון הזה נבעה משנים של איטרציות. Substrate טוענת שיש לה פתרון קומפקטי וחסכוני יותר, אך ללא שנים של ניסויי שטח, זה נותר ספקולטיבי.

האופטיקה לקרני רנטגן שונה באופן מהותי מאלה של EUV או DUV. לא ניתן למקד קרני רנטגן באמצעות עדשות מכיוון שהן נספגות על ידי רוב החומרים. במקום זאת, יש צורך במראות מיוחדות בעלות פגיעה מוחית. מראות אלו חייבות להיות מיוצרות בדיוק עוצר נשימה. Zeiss מייצרת מראות עבור ASML, כאשר בהגדלה לגודלה של גרמניה, הסטיות הגדולות ביותר מהצורה האידיאלית יסתכמו בעשירית המילימטר בלבד. לא ברור האם דיוק כזה קיים או שניתן לפתח אותו עבור אופטיקה של קרני רנטגן.

חומרי פוטורזיסט לליטוגרפיה בקרני רנטגן אינם זמינים בכמויות מסחריות. פיתוח מערכות רזיסט חדשות אורך בדרך כלל שנים ודורש שיתוף פעולה הדוק בין כימאים, מדעני חומרים ומהנדסי תהליכים. הרזיסטים חייבים להציע רזולוציה גבוהה ובמקביל להיות בעלי עמידות מספקת לחריטה כדי לשמש כמסכה לשלבי העיבוד הבאים. עליהם להציג חספוס קצה נמוך ואסור להם לגרום לתגובות לוואי לא רצויות. מובילי השוק היפני בתחום זה לא יעבדו אוטומטית עבור מתחרה חדש.

מתאים לכך:

• מלחמת שבבי הבינה המלאכותית מתגברת: הסיוט של Nvidia? סין משיבה מכה עם שבבי בינה מלאכותית משלה - ועליבאבא היא רק ההתחלה.

מודל העסקי: אינטגרציה אנכית Segen או קללה

חברת Substrate נוקטת באסטרטגיה רדיקלית השונה מהתעשייה הקיימת. במקום למכור מערכות ליתוגרפיה לבתי יציקה קיימים, החברה מתכננת לבנות ולהפעיל מפעלי ייצור מוליכים למחצה משלה.

אינטגרציה אנכית זו סותרת את מודל העסקים הדומיננטי של ארבעת העשורים האחרונים. מאז שמוריס צ'אנג ייסד את TSMC בשנת 1987 והקים את מודל היציקה הטהור, התעשייה הפכה להתמחות יותר ויותר. חברות תכנון Fabless מתמקדות בארכיטקטורת שבבים ועיצוב, בתי יציקה בייצור, וספקי ציוד כמו ASML בטכנולוגיות ספציפיות. התמחות זו מאפשרת לכל שחקן להפוך למעמד עולמי בתחומו.

Substrate טוענת כי אינטגרציה אנכית מפחיתה את עלויות התיאום ומאפשרת חדשנות מהירה יותר. טסלה ו-SpaceX מצוטטות לעתים קרובות כדוגמאות לאינטגרציה אנכית מוצלחת. אבל תעשיית המוליכים למחצה שונה. עצימות ההון היא קיצונית. מפעל מודרני עולה בין חמישה עשר לעשרים מיליארד דולר. TSMC מוציאה למעלה מארבעים מיליארד דולר מדי שנה על הוצאות הון. Substrate גייסה עד כה מאה מיליון דולר ומוערכת ביותר ממיליארד דולר. כדי להפוך לתחרותית, החברה תצטרך להשקיע פי מאה מסכום זה.

יתר על כן, הפעלת בית יציקה דורשת מיומנויות שונות לחלוטין מאשר פיתוח טכנולוגיית ליתוגרפיה. TSMC מעסיקה למעלה מ-70,000 עובדים, רבים מהם מהנדסי תהליך בעלי התמחות גבוהה. לחברה ניסיון של למעלה מ-40 שנה באופטימיזציה של תפוקה, ניתוח פגמים וניהול קשרי לקוחות. כל צומת תהליך חדש דורש אלפי ניסויים ואיטרציות. עקומת הלמידה תלולה ויקרה.

השאלה היא גם מי יהיו הלקוחות של Substrate. לחברות גדולות של Fabless כמו Nvidia, AMD ו-Qualcomm יש קשרים ארוכי טווח ומשולבים היטב עם TSMC. שותפויות אלו מבוססות על שנים של שיתוף פעולה, ערכות תכנון תהליכים שפותחו במשותף ואמון הדדי. בית יציקה חדש יצטרך להציע יתרונות יוצאי דופן כדי לנתק את הקשרים הללו. עלויות נמוכות יותר לבדן אינן מספיקות כאשר הסיכונים בנוגע לתפוקה, אמינות וזמני אספקה ​​אינם ודאיים.

אינטל מנסה להרחיב את עסקי היציקה שלה במשך שנים ומתקשה מאוד. שירותי היציקה של אינטל ייצרו רק שמונה מיליון דולר בהכנסות חיצוניות ברבעון השלישי של 2024. ההפסדים עצומים. זה מראה עד כמה קשה, אפילו לענקית מוליכים למחצה מבוססת, לחדור לשוק היציקה. Substrate תתחיל מאפס.

אופק הזמן: 2028 והלאה

חברת Substrate מתכננת להתחיל בייצור המוני בשנת 2028. זהו לוח זמנים שאפתני במיוחד. המעבר מהדגמת המעבדה הנוכחית לייצור מסחרי תוך כשלוש שנים ידרוש שהכל ילך בצורה מושלמת.

לשם השוואה: ASML החלה עם אבות טיפוס ראשוניים של אלפא עבור EUV בשנת 2006, סיפקה את מערכת טרום-ייצור הראשונה שלה בשנת 2010, והגיעה לייצור בנפח גבוה רק בשנת 2019. זה שלוש עשרה שנים מההדגמה הראשונה ועד לייצור המוני, וזאת עם חברה מבוססת שכבר הייתה בעלת ניסיון רב בליתוגרפיה.

חברת Substrate תצטרך לא רק להביא את טכנולוגיית הליתוגרפיה שלה למוכנות לייצור תוך שלוש שנים, אלא גם לבנות מפעל, להקים שרשראות אספקה ​​לכל החומרים והציוד הדרושים, לפתח ולמטב תהליכים, לרכוש לקוחות ולקבל את ההיתרים הדרושים. גם אם הטכנולוגיה תעבוד, לוח זמנים זה אינו מציאותי.

מסגרת זמן ריאליסטית יותר תהיה שמונה עד שתים עשרה שנים עד לייצור מסחרי משמעותי. משמעות הדבר היא שההשפעה על התעשייה לא תורגש עד אמצע שנות ה-2030 לכל המוקדם. עד אז, ASML תקים את מערכות ה-EUV שלה בעלות NA גבוה, TSMC כנראה תעבוד על תהליכים של ננומטר אחד או פחות, וכל התעשייה עשויה לנוע בכיוון שהופך את הגישה של Substrate למיושמת.

תרחישים עתידיים חלופיים: מה באמת יכול לקרות?

ההכרזה על Substrate מעלה שאלות חשובות, אך התרחישים הסבירים נעים בין כישלון מוחלט להצלחות חלקיות שמשפיעות בעדינות על התעשייה אך אינן מחוללות בה מהפכה.

התרחיש הפסימי הוא ש-Substrate לא תתגבר על המכשולים הטכניים. הפיזיקה של ליתוגרפיה בקרני רנטגן עלולה להתגלות כבעייתית מדי, אפקטים סטוכסטיים עלולים להיות בלתי נשלטים, או שעלויות ההון עלולות להיות גבוהות מדי. לאחר מכן החברה תיכשל או תגלוש לתפקיד נישתי עבור יישומים מיוחדים. מבחינה היסטורית, רוב המתמודדות עם טכנולוגיות מבוססות נכשלו. ניקון וקנון ניסו שתיהן להתחרות ב-ASML במרוץ ה-EUV וויתרו.

תרחיש ביניים יהיה ש-Substrate יהפוך את הטכנולוגיה לתפקודית חלקית, אך לא במחיר המובטח או עם האמינות הנדרשת. לאחר מכן, החברה תוכל להעניק רישיון לטכנולוגיה שלה לשחקן מבוסס. ASML עצמה עשויה להתעניין בהערכת ליתוגרפיה של קרני רנטגן כטכנולוגיה פוטנציאלית מהדור הבא לאחר High-NA EUV. לחלופין, יצרנית מוליכים למחצה גדולה כמו אינטל או סמסונג תוכל לרכוש את הטכנולוגיה כדי לבדל את יכולות הייצור שלה.

תרחיש אופטימי יהיה שסאבסטראט אכן תפתח פתרון ליתוגרפיה עובד וחסכוני יותר, אך תנטוש את עסקי היציקה ותמכור מערכות ליצרנים מבוססים. זה יוריד את חסמי הכניסה ויכול להוביל לתחרות בריאה יותר בציוד ליתוגרפיה. ASML תרגיש לחץ להוריד מחירים ולחדש מהר יותר. כל התעשייה תוכל להרוויח.

התרחיש הטרנספורמטיבי שבו Substrate תשתלט על הטכנולוגיה, תפעיל בהצלחה מפעלים משלה ותהפוך למתחרה משמעותית במפעלי יציקה נראה הכי פחות סביר. שילוב של חדשנות טכנולוגית עם חדשנות במודל עסקי באחת התעשיות עתירות ההון והמורכבות ביותר בעולם הוא אתגר יוצא דופן.

ההשלכות הרחבות יותר: חוק מור, מגבלות מזעור ומסלולים חלופיים

סיפורו של Substrate מעלה גם שאלות מהותיות לגבי עתידה של תעשיית המוליכים למחצה. חוק מור, התצפית לפיה מספר הטרנזיסטורים על שבב מכפיל את עצמו בערך כל שנתיים, היה גורם מוביל בתעשייה מאז שנות ה-60. אך יותר ויותר קולות מנבאים את סופה של מגמה זו.

מגבלות פיזיקליות הופכות לברורות יותר ויותר. טרנזיסטורים מתקרבים לממדים אטומיים. במבנים מתחת לשלושה ננומטרים, מתרחשות אפקטים קוונטיים כמו מנהור, שבהם אלקטרונים קופצים ללא שליטה דרך מחסומים. יצירת חום הופכת לבעייתית. זרמי דליפת אלקטרונים גוברים. ישנם מומחים הטוענים שחוק מור הסתיים כבר בשנת 2016, כאשר לאינטל לקח חמש שנים לעבור מעשרה לשבעה ננומטרים, במקום שנתיים מסורתיות.

האילוצים הכלכליים משמעותיים באותה מידה. חוק רוק קובע כי עלות בניית מפעל למחצה מוכפלת בערך כל ארבע שנים. מפעל לטכנולוגיית שני ננומטר עולה עשרים מיליארד דולר או יותר. מספר החברות שיכולות להרשות לעצמן השקעות כאלה הולך ומצטמצם. רק TSMC, סמסונג ואינטל נותרו במרוץ על הצמתים המובילים. כל האחרים פרשו ומתמקדים בטכנולוגיות בוגרות ורווחיות יותר.

בהקשר זה, ההבטחה של Substrate להפחית באופן דרסטי את העלויות מפתה במיוחד. אם תצליח, שחקנים נוספים יוכלו להיכנס לענף ייצור המוליכים למחצה המוביל, מה שיעודד תחרות. עם זאת, אפילו עם ליתוגרפיה זולה יותר, העלות הכוללת של מפעל נשארת עצומה, שכן ליתוגרפיה מהווה רק כעשרים אחוז מסך עלויות הציוד.

גישות חלופיות להמשך חוק מור נחקרות באופן אינטנסיבי. ארכיטקטורות טרנזיסטורים חדשות, כגון רכיבי FET מסוג gate-all-around, שסמסונג ו-TSMC מציגות בתהליכים של שלושה ננומטר, משפרות את השליטה בזרימת האלקטרונים. ערימה תלת-ממדית של שבבים באמצעות טכנולוגיות אריזה מתקדמות כמו CoWoS של TSMC מאפשרת לשלב פונקציונליות רבה יותר בנפחים קטנים יותר. חומרים חדשים כמו גליום ניטריד או ננו-צינוריות פחמן יכולים להשלים או להחליף סיליקון. ארכיטקטורות מחשוב נוירומורפיות ומחשבים קוונטיים מבטיחים פרדיגמות חישוביות שונות באופן מהותי.

הרכבה עצמית מכוונת של קופולימרים בלוק וליתוגרפיה ננו-אימפרינט הן גישות ליתוגרפיה חלופיות נוספות הנחקרות. טכנולוגיות אלו עשויות להציע יתרונות עבור יישומים מסוימים, אך עד כה הן לא עשו את הקפיצה לייצור המוני. תעשיית המוליכים למחצה שמרנית בכל הנוגע לשינויים בתהליך מכיוון שהסיכונים גבוהים מדי.

אתגר מרתק עם תוצאה לא ודאית

אין ספק שההכרזה של Substrate מרגשת ומעלה שאלות חשובות לגבי עתיד ייצור המוליכים למחצה. ההשפעה הפוטנציאלית על מונופולים מבוססים, מבני כוח גיאופוליטיים והאיזונים הכלכליים בתעשייה קריטית זו היא ניכרת.

עם זאת, ריאליזם מפוכח מוצדק. ההיסטוריה של תעשיית המוליכים למחצה מלאה בטכנולוגיות מבטיחות שנכשלו ובהכרזות שהתבררו כמוגזמות. ליתוגרפיה בקרני רנטגן כבר הוצגה כעתיד בשנות ה-80 וה-90 ונכשלה. האתגרים הטכניים, הכלכליים והארגוניים ש-Substrate חייבת להתגבר עליהם הם אדירים.

ASML ו-TSMC לא השיגו את מעמדן הדומיננטי במקרה, אלא באמצעות עשרות שנים של עבודה סבלנית, השקעות אדירות, שותפויות נבונות ומצוינות טכנית. חברות אלו לא יצפו באופן פסיבי בחברה חדשה שפולשת לשווקים שלהן. הן יאיצו את החדשנות שלהן, יתאימו מחירים וינסו לשמר לקוחות פוטנציאליים.

עבור משקיעי Substrate, כולל פיטר ת'יל ו-In-Q-Tel, מדובר במיזם בסיכון גבוה עם פוטנציאל רווחים עצום, אך גם אפשרות ממשית של הפסד מוחלט. עבור תעשיית המוליכים למחצה בכללותה, התפתחות זו שולחת איתות חיובי לכך שהחדשנות טרם הסתיימה וכי גישות חדשות נחקרות. גם אם Substrate תיכשל, הלקחים שנלמדו יוכלו להשפיע על מאמצים עתידיים.

השנים הבאות יראו האם Substrate באמת יכולה לחולל מהפכה בתעשיית המוליכים למחצה או שמא היא יתברר כעוד אפיזודה במאבק הארוך לדחוף את גבולות המזעור. הממדים הכלכליים, הטכנולוגיים והגיאופוליטיים של סיפור זה הופכים אותו למקרה בוחן מרתק של חדשנות, שיבוש וגבולות האפשר באחת התעשיות המורכבות ביותר של הכלכלה המודרנית.

מלחמת השבבים 2.0: מדוע ארה"ב, סין ואירופה מתמודדות עם סיכונים שונים מאוד

האיום אינו מוגבל בשום אופן לאירופה, אלא משפיע על כל תעשיית המוליכים למחצה העולמית. עם זאת, אופי האיום שונה באופן מהותי עבור ארה"ב וסין מאשר עבור אירופה.

1. האיום על אירופה (במיוחד ASML)

עבור אירופה, האיום הוא ישיר וקיומי.

ASML על הכוונת: Substrate מכוונת ללב ליבה של חברת הטכנולוגיה האירופית ASML. אם ליתוגרפיה בקרני רנטגן תוכח כמוצלחת, היא תשבור את המונופול של ASML, שנמשך עשרות שנים, על מערכות ליתוגרפיה חדישות.

נזק כלכלי: מתחרה מצליח יפגע בכוח התמחור העצום של ASML וברווחיות הגבוהה שלה. השקעות בדור הבא (High-NA EUV), שעולות מאות מיליונים למכונה, עלולות להתגלות כהשקעה גרועה.

היחלשות המערכת האקולוגית: האיום משתרע על כל שרשרת האספקה ​​האירופית הבנויה סביב ASML, ובמיוחד על חברות היי-טק גרמניות כמו Zeiss (אופטיקה) ו-Trumpf (לייזרים).

הפסד גיאופוליטי: אירופה מאבדת את המנוף הגיאופוליטי החשוב ביותר שלה. השליטה ב-ASML מעניקה לאיחוד האירופי (ולהולנד) עמדה ייחודית של כוח בסכסוכים טכנולוגיים עולמיים, עמדה שכבר מוגבלת על ידי לחץ אמריקאי. חלופה אמריקאית הייתה מבטלת כמעט לחלוטין עמדה זו.

2. האיום על התחרות בארה"ב

עבור ארה"ב, זוהי חרב פיפיות: הזדמנות אסטרטגית עבור האומה, אך איום משבש על שחקנים אמריקאים מבוססים.

איום על אינטל וסמסונג: חברות כמו אינטל וסמסונג, שמשקיעות רבות בארה"ב (בתמיכת חוק CHIPS), ביססו את כל האסטרטגיות העתידיות שלהן על טכנולוגיית EUV של ASML. הן השקיעו מיליארדים במפעלים מבוססי EUV. טכנולוגיה חדשה ולא תואמת של Substrate תפגע בערכן של השקעות אלו ותאלץ אותן לחשוב מחדש לחלוטין על תוכניות הדרכים שלהן.

מתחרה חדש צץ בשוק המקומי: Substrate מתכננת לא רק למכור מכונות אלא גם להפעיל בית יציקה משלה. זה יהפוך אותם למתחרה ישיר לשאיפות היציקה של אינטל ולמפעלים של סמסונג בארה"ב. שחקן חדש, שעשוי להיות בעל עלות נמוכה יותר, יגביר משמעותית את הלחץ התחרותי בשוק המקומי.

יתרון לחברות ללא פבלס: עבור מעצבי שבבים כמו Nvidia, AMD או Qualcomm, לעומת זאת, התפתחות זו היא בעיקר הזדמנות. הם תלויים כיום ב-TSMC. ספקית יציקה חדשה, שבסיסה בארה"ב, תחזק את עמדת המשא ומתן שלהם ותפחית את הסיכונים בשרשרת האספקה. "האיום" שלהם יהיה עקיף רק אם Substrate תיכשל ותקשר הון השקעה יקר ערך שניתן היה להשתמש בו במקום אחר.

לסיכום, ארה"ב אינה מהווה איום על הביטחון הלאומי או על הכלכלה (להפך), אלא איום משבש על האיזון והמודלים העסקיים הקיימים של יצרניות מוליכים למחצה אמריקאיות מבוססות.

3. האיום על סין

עבור סין, האיום הוא גיאופוליטי ואסטרטגי בלבד - וייתכן שאף גדול יותר מזה שמציב ASML.

הגברת המצור הטכנולוגי: ארה"ב כבר מונעת מ-ASML לספק את מערכות ה-EUV המתקדמות ביותר שלה לסין. אם טכנולוגיית ליתוגרפיה מובילה מפותחת כעת ישירות על ידי חברה אמריקאית במעורבות ה-CIA, בקרות היצוא יהפכו מחמירות ובלתי חדירות עוד יותר. אחיזתה הטכנולוגית של ארה"ב תתהדק.

הפער הולך וגדל: סין מתקשה להדביק את הפער עם צמתים מתקדמים יותר (כגון תהליך 7 ננומטר של SMIC) המשתמשים בטכנולוגיית DUV ישנה יותר. טכנולוגיה חדשה, זולה וחזקה בהרבה מהמערב תדחה את מאמצי סין בשנים אחורה ותגדיל באופן דרמטי את הפער הטכנולוגי.

לחץ מוגבר לעצמאות: התפתחות זו היא ההוכחה האולטימטיבית לסין לכך שהיא לעולם לא תוכל להסתמך על טכנולוגיה מערבית. היא תגביר באופן דרמטי את הלחץ על ממשלת סין להשקיע משאבים רבים עוד יותר בפיתוח טכנולוגיית ליתוגרפיה מקומית משלה - פרויקט יקר וארוך במיוחד.

☑️ השפה העסקית שלנו היא אנגלית או גרמנית

☑️ חדש: התכתבויות בשפה הלאומית שלך!

Konrad Wolfenstein

אני שמח להיות זמין לך ולצוות שלי כיועץ אישי.

אתה יכול ליצור איתי קשר על ידי מילוי טופס יצירת הקשר או פשוט להתקשר אליי בטלפון +49 89 674 804 (מינכן) . כתובת הדוא"ל שלי היא: וולפנשטיין ∂ xpert.digital

אני מצפה לפרויקט המשותף שלנו.

☑️ תמיכה ב- SME באסטרטגיה, ייעוץ, תכנון ויישום

☑️ יצירה או התאמה מחדש של האסטרטגיה הדיגיטלית והדיגיטציה

☑️ הרחבה ואופטימיזציה של תהליכי המכירה הבינלאומיים

Platforms פלטפורמות מסחר B2B גלובליות ודיגיטליות

Pioneeer פיתוח עסקי / שיווק / יחסי ציבור / מדד

תהנו מהמומחיות הנרחבת והחמש-כפולה של Xpert.Digital בחבילת שירותים מקיפה | מחקר ופיתוח, XR, יחסי ציבור ואופטימיזציה של נראות דיגיטלית - תמונה: Xpert.Digital

ל- xpert.digital ידע עמוק בענפים שונים. זה מאפשר לנו לפתח אסטרטגיות התאמה המותאמות לדרישות ולאתגרים של פלח השוק הספציפי שלך. על ידי ניתוח מתמיד של מגמות שוק ורדיפת פיתוחים בתעשייה, אנו יכולים לפעול עם ראיית הנולד ולהציע פתרונות חדשניים. עם שילוב של ניסיון וידע, אנו מייצרים ערך מוסף ומעניקים ללקוחותינו יתרון תחרותי מכריע.

עוד על זה כאן:

• השתמש ביכולת 5 של xpert.digital בחבילה אחת - מ- 500 € לחודש