Chipek 90%-kal olcsóbbak az USA-ból? A Substrate startup kihívója az ASML (Hollandia) és a TSMC (Tajvan) óriásoknak.

Röntgenlitográfia 2.0: A laboratóriumtól a tömegtermelésig – Vajon újra reális a röntgenlitográfia?

A csúcstechnológia világában, ahol a haladást nanométerekben mérik, a félvezetőipar egy szinte leküzdhetetlen falakkal övezett erődítményre hasonlít. E globális rend csúcsán két vitathatatlan óriás áll: a holland monopolhelyzetben lévő ASML, a legmodernebb chipgyártáshoz szükséges, elképesztően drága EUV litográfiai gépek egyedüli szállítója, valamint a tajvani öntödei óriás, a TSMC, amely a globális szerződéses gyártási piacot uralja. Ez a rendkívül koncentrált ökoszisztéma, amely évtizedeknyi kutatásra és több százmilliárdos beruházásra épült, eddig érinthetetlennek tűnt.

De most egy San Franciscó-i startup, a Substrate, olyan hullámokat kavar, amelyek alapjaiban rengethetik meg ezt az iparágat. A több mint 100 millió dolláros támogatással, olyan kiemelkedő befektetőktől, mint Peter Thiel és a CIA kockázati tőkerészlege, az In-Q-Tel, a Substrate készen áll arra, hogy átírja a játékszabályokat. Ígéretük: egy újraélesztett és újragondolt röntgenlitográfiai technológia, amely nemcsak erősebb, mint az ASML bevált EUV-rendszerei, hanem drámaian, akár 90 százalékkal is csökkentheti a chiplaponkénti költséget.

Ez a bejelentés sokkal több, mint egy technológiai újítás; ez egy geopolitikai és gazdasági hadüzenet. Amerika technológiai szuverenitásra irányuló törekvésének lényegét támadja, megkérdőjelezi a világ legdrágább gépeinek üzleti modelljét, és azt ígéri, hogy lerombolja a chipgyártásba való belépést gátló hatalmas korlátokat. De az ígéretes laboratóriumi demonstrációtól a megbízható tömegtermelésig vezető út a kudarcot vallott forradalmak törmelékével van kikövezve. A technikai akadályok monumentálisak, az iparági szkepticizmus mély, és maga a röntgenlitográfia története is történelmi kudarcok története. A kulcsfontosságú kérdés tehát a következő: Vajon egy valódi átalakulás kezdetének vagyunk tanúi, amely átrajzolja a globális chiptájképet, vagy csupán egy magasan finanszírozott déjà vu élményéről van szó, amikor egy technológiai álom a fizika és a közgazdaságtan kemény valóságával rombol össze?

Alkalmas:

• Európa titkos szuperhatalma, az ASML a chipháborúban: Hogyan tartja egyetlen vállalat kezében az EU chip AI jövőjét?

Globális hatalmi eltolódás várható az innovatív röntgenlitográfia révén

A 21. század egyik legfontosabb ipari fejlesztése, a chip- és félvezetőgyártási technológia, jelenleg figyelemre méltó fordulópontot él át. A San Franciscó-i székhelyű Substrate nevű startup jelentős figyelmet kelt a globális mikrochipiparban egy új röntgenlitográfiai technológia bejelentésével. Olyan kiemelkedő befektetők támogatásával, mint Peter Thiel, a vállalat több mint százmillió dollárt gyűjtött össze, és azt állítja, hogy alternatívát fejlesztett ki a holland monopolhelyzetben lévő ASML rendkívül drága litográfiai rendszereire és a tajvani óriás TSMC gyártási kapacitásaira. Ennek a fejleménynek a teljes félvezető értékláncra, a geopolitikai hatalmi struktúrákra és az iparág gazdasági egyensúlyára gyakorolt ​​lehetséges hatása alapvető fontosságú, és részletes gazdasági elemzést indokol.

A félvezető litográfia gazdaságtana: Amikor a monopóliumok kihívásokkal szembesülnek

Az ipari innovációk története ismételten azt mutatja, hogy a technológiai átalakulás ritkán a fennálló hatalmi struktúrák központjából származik, hanem kívülállók kezdeményezik.

A félvezetőipar jelenlegi szintjén kivételes koncentráció tapasztalható. A hollandiai székhelyű ASML gyakorlatilag a legmodernebb litográfiai rendszerek teljes piacát ellenőrzi, az extrém ultraibolya litográfia piacán 90-100 százalékos piaci részesedéssel. Ezek a gépek, amelyek darabonként 200 és 400 millió dollár közötti áron kerülnek forgalomba, elengedhetetlenek a hét nanométer alatti fejlett félvezetők gyártásához. Az ASML bruttó árrése folyamatosan meghaladja az 50 százalékot, ami a de facto monopolista vállalat hatalmas árképzési erejét jelzi. 2024-ben a vállalat 28,3 milliárd eurós bevételt és 7,6 milliárd eurós nettó nyereséget ért el. 2025-re körülbelül 15 százalékos bevételnövekedést, körülbelül 52 százalékos bruttó árrést prognosztizálnak.

Ennek az EUV-technológiának a fejlesztése több mint három évtizeden át tartó maraton volt, és összesen több mint tízmilliárd dollárba került. Az ASML ezt a gigantikus vállalkozást csak az Intellel, a Samsunggal és a TSMC-vel kötött stratégiai partnerségek révén tudta kezelni, amelyek együttesen 1,4 milliárd eurót fektettek be a vállalatba 2012-ben, így részt vettek az úgynevezett Musketeer Projektben. Az első kereskedelmi EUV-rendszert 2010-ben szállították le, de a technológia csak 2019-ben érte el a tömeggyártási készenlétet. Az eredeti tervekhez képest közel húsz évvel késett piaci bevezetés jól mutatja a hatalmas technikai akadályokat.

Ezzel párhuzamosan a tajvani TSMC uralja a globális öntödei piacot, elképesztő, több mint 70 százalékos piaci részesedéssel 2025 második negyedévében. A vállalat 30,24 milliárd dolláros bevételt ért el 2025 harmadik negyedévében, és 38 és 42 milliárd dollár közötti tőkekiadást tervez 2025-re. Egy korszerű, következő generációs TSMC gyár 15 és 20 milliárd dollár közötti költséggel jár. Ezek a számok jól mutatják az iparágba való belépés hatalmas akadályait.

A röntgenlitográfia, amely ma már alternatívaként kínálja a hordozókat, korántsem új találmány. Ezt a technológiát már az 1970-es években is kutatták, az 1980-as és 1990-es években pedig az IBM, a Motorola és más amerikai vállalatok jelentős összegeket fektettek be a fejlesztésébe. A technikai kihívások azonban túl nagynak bizonyultak. Az alapvető problémák közé tartozott a drága anyagokból, például aranyból készült rendkívül stabil maszkok iránti igény, az állandó röntgenforrások előállításának nehézsége, valamint a másodlagos elektronszórás összetettsége, ami korlátozta a felbontást. Gazdasági tényezők is szerepet játszottak: az iparág nem tudott megegyezni a közös szabványokban, és a különböző vállalatoktól származó finanszírozás az eltérő üzleti érdekek miatt meghiúsult.

Technológiai átalakulás: forradalom vagy a történelmi kudarcok ismétlődése?

A Substrate azt állítja, hogy megoldotta ezeket a történelmi problémákat. A cég egy egyedi tervezésű részecskegyorsítót használ, amely az elektronokat közel fénysebességre gyorsítja. Ezek az elektronok egy mágnessorozaton haladnak át, amelyek rezgésbe hozzák őket, intenzív röntgensugarakat generálva, amelyek hullámhossza négy nanométer alatt van. Ez a hullámhossz jelentősen rövidebb, mint az ASML EUV technológiájának 13,5 nanométere, elméletileg nagyobb felbontást tesz lehetővé. A Substrate laboratóriumi eredményeket mutatott be, amelyek tizenkét nanométer kritikus dimenziójú és tizenhárom nanométer csúcstól csúcsig terjedő távolságú szerkezeteket mutatnak be, ami összehasonlítható a modern EUV rendszerek képességeivel a két nanométeres folyamattechnológiákhoz.

A Substrate fő gazdasági állítása az, hogy az egy lapkára jutó költség a jelenlegi körülbelül százezer dollárról az évtized végére körülbelül tízezer dollárra csökkenhet. Ez a kilencven százalékos költségcsökkentés alapvetően megváltoztatná a félvezetőgyártás gazdaságosságát. A vállalat azzal érvel, hogy az EUV-ben gyakran megkövetelt komplex, többszörös mintázatkészítési folyamat elkerülésével a gyártási lépések száma drasztikusan csökkenthető.

Az iparág szkepticizmusa azonban jogos, és kijózanító műszaki és gazdasági realitásokon alapul. A laboratóriumi szerkezetek bemutatása teljesen más vállalkozás, mint az állandó hozamú tömegtermelés. A TSMC négy nanométeres eljárásokkal körülbelül hetven százalékos hozamot ér el, míg a Samsung hasonló technológiák használatával mindössze harmincöt százalékos hozammal küzd. Ezek az adatok jól mutatják, mennyire kritikus a folyamatstabilitás és a hibaminimalizálás. Még a legkisebb eltérések is atomi szinten hibákhoz vezethetnek.

A modern litográfia egyik különösen kritikus problémája a sztochasztikus hatások, azaz a véletlenszerű változások az expozíciós folyamatban. Az EUV litográfiában ezek a hatások már a teljes hibakeret több mint felét kitehetik, és a becslések szerint 2030-ra évente több mint tízmilliárd dolláros bevételkiesést okoznak az iparágnak. Ezek a problémák a kis struktúrák alapvető fizikájából erednek, ahol a fotonok száma, a rezisztmolekulák eloszlása ​​és az elektronszórás eredendően véletlenszerű. Az, hogy a szubsztrátok jobban le tudják-e küzdeni ezeket a kihívásokat röntgensugarakkal, mint az ASML az EUV-vel, továbbra is nyitott kérdés.

Egy másik alapvető probléma a megfelelő anyagok elérhetősége. Az EUV litográfia teljesen új, kifejezetten a 13,5 nanométeres hullámhosszra optimalizált fotorezisztek fejlesztését tette szükségessé. Japán cégek, mint például a JSR, a Tokyo Ohka Kogyo, a Shin-Etsu Chemical és a Fujifilm, az EUV fotoreziszt piacának több mint kilencven százalékát ellenőrzik. Ezek az anyagok fémtartalmú vegyületeken alapulnak, amelyek olyan elemeket tartalmaznak, mint az ón, a hafnium vagy a cirkónium, amelyek nagyobb abszorpciót mutatnak az EUV hullámhosszakon. A szubsztrátnak nemcsak saját röntgenkompatibilis fotoreziszteket kellene kifejlesztenie, hanem meg kellene valósítania ezen anyagok tömeggyártását is. Hasonlóképpen, a röntgensugarakhoz használt nagy pontosságú maszkoknak és a speciális optikának nagy mennyiségben kellene rendelkezésre állniuk – ez az ellátási lánc jelenleg nem létezik.

Gazdasági vonatkozások: Ki nyer, ki veszít

Egy sikeres röntgenlitográfiai technológia potenciális hatása a félvezetőiparra mélyreható lenne, és átalakítaná a teljes értékláncot.

Az ASML áll e potenciális zavar középpontjában. A vállalat több mint negyven évet fektetett be technológiai vezető szerepének kiépítésébe. Csak az EUV fejlesztése évtizedeket és dollármilliárdokat emésztett fel. Egy működő versenytárs nemcsak az ASML árazási erejét aláásná, hanem a teljes befektetési stratégiájának újragondolásához is vezethet. A vállalat jelenleg jelentős összegeket fektet be nagy NA-val rendelkező EUV rendszerekbe, amelyek egységenként 380 millió dollárba kerülnek, és még nagyobb felbontást ígérnek. Ha a Substrate valóban hasonló vagy jobb eredményeket érhetne el a költségek tizedéért, az alapvetően megkérdőjelezné az ASML nagy NA-val kapcsolatos ütemtervét. A részvényesek, akik az ASML-t több mint 300 milliárd dollárra értékelik, drámai újraértékelést végezhetnek.

A TSMC számára a következmények vegyesek lennének. Egyrészt az olcsóbb litográfiai technológia csökkenthetné az új gyárak tőkeköltségeit. A TSMC jelenleg évente 38 és 42 milliárd dollár közötti összeget költ tőkekiadásokra, amelynek jelentős részét az EUV-rendszerekre fordítják. Egy alacsony NA-értékű EUV-gép körülbelül 235 millió dollárba kerül, és a TSMC-nek évente több ilyen gépre van szüksége. Az olcsóbb alternatívák javíthatnák a haszonkulcsokat. Másrészt a Substrate nem tervezi rendszereinek eladását, hanem saját gyárakat kíván üzemeltetni. Ez a Substrate-et a TSMC közvetlen versenytársává tenné. A történelem azt mutatja, hogy a vertikálisan integrált modellek ritkán sikeresek a félvezetőiparban. A gyár nélküli tervezőcégek és az öntödék közötti specializáció jobbnak bizonyult. A Substrate-nek nemcsak a technológiafejlesztés kihívásait kellene leküzdenie, hanem az öntödei műveletek, az ügyfélkapcsolatok és a szerződéses gyártás teljesen más kihívásait is. A TSMC negyvenéves tapasztalata a folyamatok optimalizálásában, a minőségellenőrzésben és az ügyfélszolgálatban hatalmas versenyelőnyt jelent, amelyet nem lehet egyszerűen lemásolni.

Az olyan, gyár nélküli chiptervezők számára, mint az Nvidia, az AMD, a Qualcomm és a Broadcom, egy sikeres szubsztráttechnológia új lehetőségeket nyithat meg. Ezek a vállalatok jelenleg szinte teljes mértékben a TSMC-től, és kisebb mértékben a Samsungtól függenek. Az Nvidia önmagában 124,4 milliárd dolláros bevételt termelt 2024-ben, elsősorban mesterséges intelligencia processzorokból. A gyártási képességek bármilyen diverzifikációja csökkentené az ellátási lánc kockázatát, és potenciálisan erősítené a tárgyalási pozícióját az öntödékkel szemben. Ezek a vállalatok azonban nem váltanának egy nem bizonyított beszállítóra, amíg az a beszállító nem bizonyítja az állandó minőséget és hozamot több éven keresztül. Egy chipterv cseréje a különböző öntödék között bonyolult és költséges, mivel minden gyártó különböző folyamattervező készleteket használ.

Az Intel és a Samsung, amelyek mindketten chipeket terveznek és gyártanak, és egyre inkább öntödei szolgáltatásokat is kínálnak, nehéz helyzetben vannak. Az Intel küzd az öntödei részlegével, amely 2023-ban hétmilliárd dolláros veszteséget szenvedett el 18,9 milliárd dolláros bevétel mellett. Az Intel 18A folyamattechnológiája állítólag versenyelőnyöket biztosítana, de a késedelmek és a technikai problémák közismertek. A Samsung hasonló kihívásokkal néz szembe a fejlett csomópontok hozamproblémáival kapcsolatban. Egy új, olcsóbb litográfiai technológia elméletileg mindkettőjüknek segíthetne, de mindkét vállalat hatalmas beruházásokat eszközölt az EUV-alapú folyamatokba, és nem váltanának könnyen.

A félvezető értéklánc beszállítóit is érintené a változás. A Zeiss, az ASML rendszerekhez ultraprecíz tükröket gyártó német vállalat, a nagy teljesítményű lézereket szállító Trumpf, valamint az Applied Materials, a KLA és a Lam Research, amelyek egyéb gyártóberendezéseket szállítanak, mind jelentős összegeket fektettek be az EUV ökoszisztéma támogatásába. Egy új technológia új ellátási láncokat igényelne. A japán fotoreziszt gyártóknak vagy röntgenkompatibilis anyagokat kellene fejleszteniük, vagy piaci részesedést kellene veszíteniük.

A geopolitikai dimenzió: technológiai szuverenitás és gazdasági biztonság

A félvezetőipart mélyen beágyazták a geopolitikai feszültségek, és az aljzatról szóló bejelentés stratégiailag fontos időpontban érkezik.

Az elmúlt években az Egyesült Államok egyre szigorúbb exportkorlátozásokat vezetett be Kínával szemben, hogy korlátozza a fejlett félvezető technológiához való hozzáférését. Az ASML-nek tilos eladnia legfejlettebb EUV-rendszereit Kínának. Ez a politika célja, hogy korlátozza Kína mesterséges intelligencia és katonai alkalmazások fejlesztésére való képességét. Ugyanakkor az Egyesült Államok kormánya jelentős összegeket fektet be a félvezetőgyártás visszatelepítésébe az Egyesült Államokba a CHIPS-törvény révén, amely 39 milliárd dolláros közvetlen támogatást és 25 százalékos beruházási adójóváírást biztosít.

A Substrate tökéletesen illeszkedik ebbe a stratégiai napirendbe. Egy az Egyesült Államokban kifejlesztett és gyártott litográfiai rendszer csökkentené a holland és tajvani technológiától való függőséget. Peter Thiel részvétele nem véletlen. Thiel többször is hangsúlyozta az amerikai technológiai autonómia szükségességét. Az In-Q-Tel, a CIA kockázati tőkebefektetési ága, szintén befektető a Substrate-ben, aláhúzva a nemzetbiztonsági dimenziót.

A röntgenlitográfia története azonban azt mutatja, hogy a nemzeti bajnokok nem feltétlenül sikeresek. Az Egyesült Államok az 1980-as és 1990-es években a SEMATECH együttműködések révén megpróbálta visszanyerni a félvezetők vezető szerepét, de végül kudarcot vallott. Az ASML nem a nemzeti iparpolitika, hanem a türelmes technológiai fejlesztés, a hozzáértő ellátási lánc integrációja és az ügyfelekkel kialakított körültekintő partnerségek révén érte el áttörését. A kérdés az, hogy vajon a kormányzati támogatás sikeres lehet-e ezen tényezők nélkül.

Kína viszont a nyugati exportkorlátozásokra válaszul hatalmas beruházásokat eszközöl a hazai félvezető technológiába. A „Made in China 2025” kezdeményezés az önellátást helyezi előtérbe. Amennyiben a Substrate sikeresnek bizonyul, Kína megpróbál majd hozzáférni ehhez a technológiához, vagy saját alternatívákat fejleszteni. Az SMIC, Kína legnagyobb öntöde, a korlátozások ellenére is előrelépést ért el a hét nanométeres eljárások terén EUV nélkül, bár alacsonyabb hozamokkal és magasabb költségekkel.

Európa bonyolult helyzetben van. Az ASML egy európai vállalat, mégis az Egyesült Államok nyomást gyakorol a holland kormányra az export korlátozása érdekében. Az európai chiptörvény 43 milliárd eurós támogatást ígér az európai félvezetőgyártás globális piaci részesedésének 10 százalékról 20 százalékra való megduplázására. Egy amerikai dominanciájú litográfiai alternatíva tovább alááshatja Európa stratégiai autonómiáját.

Iparági fókusz: B2B, digitalizáció (AI-tól XR-ig), gépészet, logisztika, megújuló energiák és ipar

Bővebben itt:

• Szakértői Üzleti Központ

Egy témaközpont betekintésekkel és szakértelemmel:

• Tudásplatform a globális és regionális gazdaságról, az innovációról és az iparágspecifikus trendekről
• Elemzések, impulzusok és háttérinformációk gyűjtése fókuszterületeinkről
• Szakértelem és információk helye az üzleti és technológiai fejleményekről
• Témaközpont olyan vállalatok számára, amelyek a piacokról, a digitalizációról és az iparági innovációkról szeretnének többet megtudni

A technológiai akadályok: Mi áll a laboratórium és a tömegtermelés között?

A lenyűgöző laboratóriumi eredményektől a kereskedelmi tömegtermelésig vezető út köztudottan nehéz és előre nem látható problémákkal teli a félvezetőiparban.

Az aljzattal kapcsolatos legnagyobb kihívás a méretezés. A bemutatott laboratóriumi bemutató bizonyítja, hogy elvileg a releváns mérettartományú struktúrák előállíthatók. A kereskedelmi litográfia azonban ennél sokkal többet igényel. Egy ASML-gép óránként körülbelül 130-170 ostyát exponál. Az átfedési pontosságnak, azaz a több réteg pontos illesztésének kevesebbnek kell lennie, mint egy nanométer. Az egész ostya egyenletességének rendkívül magasnak kell lennie. A hibasűrűségnek négyzetcentiméterenként kevesebb mint egy hiba tartományban kell lennie. Ezen követelmények egyidejű teljesítése, miközben a rendszer hónapokig stabilan működik, monumentális mérnöki teljesítmény.

A Substrate által használt részecskegyorsító forrásnak rendkívüli stabilitással kell működnie. A nyaláb intenzitásának vagy pozíciójának bármilyen ingadozása rontaná a minőséget. Az ASML éveket töltött a lézer-plazma ónforrásának stabilizálásával az EUV számára. Ez a forrás másodpercenként 50 000 apró óncseppet lő ki egy vákuumtartályba, ahol kétszer csapódik beléjük egy 30 kilowattos CO2 lézerrel, hogy létrehozza az EUV fényét kibocsátó plazmát. A megoldás összetettsége az évekig tartó iteráció eredménye. A Substrate azt állítja, hogy egy kompaktabb és költséghatékonyabb megoldással rendelkezik, de évekig tartó terepi tesztelés nélkül ez továbbra is spekulatív.

A röntgensugarak optikája alapvetően eltér az EUV vagy a DUV optikájától. A röntgensugarakat nem lehet lencsékkel fókuszálni, mivel a legtöbb anyag elnyeli őket. Ehelyett speciális, súroló beeső tükrökre van szükség. Ezeket a tükröket lélegzetelállító pontossággal kell gyártani. A Zeiss ASML-hez gyárt tükröket, ahol Németország méretére felnagyítva az ideális alaktól való legnagyobb eltérések mindössze egytizedmillimétert tennének ki. Nem világos, hogy létezik-e ilyen pontosság, vagy kifejleszthető-e a röntgenoptika számára.

A röntgenlitográfiához használt fotoreziszt anyagok kereskedelmi mennyiségben nem állnak rendelkezésre. Az új rezisztrendszerek fejlesztése jellemzően évekig tart, és szoros együttműködést igényel a vegyészek, anyagtudósok és folyamatmérnökök között. A reziszteknek nagy felbontást kell biztosítaniuk, miközben kellő marási ellenállással kell rendelkezniük ahhoz, hogy maszkként szolgáljanak a későbbi feldolgozási lépésekhez. Alacsony élérdességgel kell rendelkezniük, és nem okozhatnak nemkívánatos mellékreakciókat. A terület japán piacvezetői nem automatikusan egy új versenytársnak dolgoznának.

Alkalmas:

• Az AI chipek közötti háború eszkalálódik: Az Nvidia rémálma? Kína visszavág saját AI chipjeivel – és az Alibaba csak a kezdet

Az üzleti modell: A vertikális integráció Segen vagy átok

A Substrate egy radikális stratégiát követ, amely eltér a bevett iparágtól. Ahelyett, hogy litográfiai rendszereket értékesítene meglévő öntödéknek, a vállalat saját félvezetőgyártó üzemek építését és üzemeltetését tervezi.

Ez a vertikális integráció ellentmond az elmúlt négy évtized domináns üzleti modelljének. Amióta Morris Chang 1987-ben megalapította a TSMC-t és bevezette a tiszta öntödei modellt, az iparág egyre specializáltabbá vált. A „fabless” tervezőcégek a chiparchitektúrára és -tervezésre, az öntödék a gyártásra, az olyan berendezésbeszállítók pedig, mint az ASML, pedig specifikus technológiákra összpontosítanak. Ez a specializáció lehetővé teszi minden szereplő számára, hogy világszínvonalúvá váljon a saját területén.

A Substrate azzal érvel, hogy a vertikális integráció csökkenti a koordinációs költségeket és lehetővé teszi a gyorsabb innovációt. A Teslát és a SpaceX-et gyakran emlegetik a sikeres vertikális integráció példájaként. De a félvezetőipar más. A tőkeigényesség extrém. Egy modern gyár tizenöt-húsz milliárd dollárba kerül. A TSMC évente több mint negyvenmilliárd dollárt költ tőkekiadásokra. A Substrate eddig százmillió dollárt gyűjtött össze, és értéke meghaladja az egymilliárd dollárt. Ahhoz, hogy versenyképessé váljon, a vállalatnak ennek százszorosát kellene befektetnie.

Továbbá egy öntöde működtetése teljesen más készségeket igényel, mint a litográfiai technológia fejlesztése. A TSMC több mint 70 000 embert foglalkoztat, akik közül sokan magasan képzett folyamatmérnökök. A vállalat több mint 40 éves tapasztalattal rendelkezik a hozamoptimalizálás, a hibaelemzés és az ügyfélkapcsolat-kezelés területén. Minden új folyamatcsomópont több ezer kísérletet és iterációt igényel. A tanulási görbe meredek és költséges.

Az is kérdés, hogy kik lennének a Substrate ügyfelei. A nagy, gyár nélküli vállalatok, mint az Nvidia, az AMD és a Qualcomm hosszú távú, szorosan integrált kapcsolatokat ápolnak a TSMC-vel. Ezek a partnerségek évek óta tartó együttműködésen, közösen fejlesztett folyamattervező készleteken és kölcsönös bizalmon alapulnak. Egy új öntöde kivételes előnyöket kellene kínáljon ahhoz, hogy megszakítsa ezeket a kapcsolatokat. Az alacsonyabb költségek önmagukban nem elegendőek, ha a hozammal, a megbízhatósággal és a szállítási időkkel kapcsolatos kockázatok bizonytalanok.

Az Intel évek óta próbálja bővíteni öntödei üzletágát, és jelentős nehézségekkel küzd. Az Intel Foundry Services mindössze nyolcmillió dollár külső bevételt termelt 2024 harmadik negyedévében. A veszteségek hatalmasak. Ez jól mutatja, milyen nehéz még egy nagy múltú félvezetőóriás számára is betörni az öntödei piacra. Az aljzatok piaca a nulláról indulna.

Időhorizont: 2028 és azon túl

A Substrate 2028-ban tervezi megkezdeni a tömeggyártást. Ez egy rendkívül ambiciózus ütemterv. A jelenlegi laboratóriumi demonstrációtól a körülbelül három év alatti kereskedelmi termelésig mindennek tökéletesen kellene mennie.

Összehasonlításképpen: az ASML 2006-ban kezdte az EUV alfa prototípusainak gyártását, 2010-ben leszállította első gyártás előtti rendszerét, és csak 2019-ben érte el a nagy volumenű gyártást. Ez tizenhárom év telt el az első bemutatótól a tömeggyártásig, és mindezt egy már működő, a litográfiában széleskörű tapasztalattal rendelkező vállalatnál.

A Substrate-nek nemcsak a litográfiai technológiáját kellene három éven belül gyártásra kész állapotba hoznia, hanem fel kellene építenie egy gyárat, ki kellene alakítania az összes szükséges anyag és berendezés ellátási láncát, ki kellene fejlesztenie és optimalizálnia a folyamatokat, ügyfeleket kellene szereznie, és meg kellene szereznie a szükséges engedélyeket. Még ha a technológia működne is, ez az ütemterv irreális.

Egy reálisabb időkeret nyolc-tizenkét év lenne a jelentős kereskedelmi termelés megkezdéséig. Ez azt jelentené, hogy az iparágra gyakorolt ​​hatás legkorábban a 2030-as évek közepén lenne érezhető. Addigra az ASML már létrehozza a nagy NA-értékű EUV rendszereit, a TSMC valószínűleg egy nanométeres vagy az alatti eljárásokon fog dolgozni, és az egész iparág olyan irányba mozdulhat el, amely elavulttá teszi a Substrate megközelítését.

Alternatív jövőbeli forgatókönyvek: Mi történhet valójában?

A Substrate bejelentése fontos kérdéseket vet fel, de a valószínűsíthető forgatókönyvek a teljes kudarctól a részleges sikerekig terjednek, amelyek finoman befolyásolják az iparágat, de nem forradalmasítják azt.

A pesszimista forgatókönyv szerint a Substrate nem fogja leküzdeni a technikai akadályokat. A röntgenlitográfia fizikája túl problematikusnak bizonyulhat, a sztochasztikus hatások kontrollálhatatlanok lehetnek, vagy a tőkeköltségek túl magasak lehetnek. A vállalat ebben az esetben vagy kudarcot vall, vagy egy speciális alkalmazásokhoz kapcsolódó réspiaci szerepkörbe csúszik. Történelmileg a bevett technológiák legtöbb kihívója kudarcot vallott. A Nikon és a Canon is megpróbált versenyezni az ASML-lel az EUV versenyben, de feladták.

Egy köztes megoldás lehetne, ha a Substrate részben működőképessé tenné a technológiát, de nem az ígért áron vagy a szükséges megbízhatósággal. A vállalat ezután licencbe adhatná a technológiáját egy már befutott szereplőnek. Maga az ASML is érdeklődhetne a röntgenlitográfia, mint potenciális következő generációs technológia értékelése iránt a High-NA EUV után. Alternatív megoldásként egy nagyobb félvezetőgyártó, mint például az Intel vagy a Samsung, megszerezhetné a technológiát, hogy megkülönböztesse saját gyártási képességeit.

Egy optimista forgatókönyv szerint a Substrate valóban kifejleszt egy működőképes, költséghatékonyabb litográfiai megoldást, de felhagy az öntödei üzletággal, és ehelyett a már meglévő gyártóknak értékesíti a rendszereket. Ez csökkentené a belépési korlátokat, és egészségesebb versenyhez vezethetne a litográfiai berendezések piacán. Az ASML nyomást érezne az árak csökkentésére és a gyorsabb innovációra. Az egész iparág profitálhatna ebből.

Az a transzformatív forgatókönyv tűnik a legkevésbé valószínűnek, amelyben a Substrate elsajátítja a technológiát, sikeresen üzemelteti saját gyárait, és jelentős öntödei versenytárssá válik. A technológiai innováció és az üzleti modell innovációjának ötvözése a világ egyik legtőkeigényesebb és legösszetettebb iparágában rendkívüli kihívást jelent.

A tágabb következmények: Moore törvénye, a miniatürizálási korlátok és az alternatív utak

A Substrate története alapvető kérdéseket vet fel a félvezetőipar jövőjével kapcsolatban. Moore törvénye, az a megfigyelés, hogy a tranzisztorok száma egy chipen nagyjából kétévente megduplázódik, az 1960-as évek óta az iparág meghatározó tényezője. De egyre többen jósolják ennek a trendnek a végét.

A fizikai korlátok egyre nyilvánvalóbbá válnak. A tranzisztorok megközelítik az atomi méreteket. A három nanométer alatti struktúrákban kvantumhatások, például az alagúthatás jelentkeznek, ahol az elektronok kontrollálatlanul ugrálnak át a gátakon. A hőtermelés problémássá válik. Az elektronszivárgási áramok megnőnek. Egyes szakértők azzal érvelnek, hogy Moore törvénye már 2016-ban véget ért, amikor az Intelnek öt évbe telt, hogy tízről hét nanométerre növelje a feldolgozási sebességét a hagyományos két év helyett.

A gazdasági korlátok ugyanilyen jelentősek. Rock törvénye kimondja, hogy egy félvezetőgyár építési költsége nagyjából négyévente megduplázódik. Egy két nanométeres technológiát gyártó üzem húszmilliárd dollárba vagy többe kerül. Az ilyen beruházásokat megengedő vállalatok száma egyre csökken. Csak a TSMC, a Samsung és az Intel marad versenyben a vezető csomópontokért. Mindenki más kiesett, és az érettebb, jövedelmezőbb technológiákra összpontosít.

Ebben az összefüggésben különösen csábító a Substrate drasztikus költségcsökkentésre vonatkozó ígérete. Siker esetén több szereplő is beléphetne a vezető félvezetőgyártási szektorba, ami élénkítené a versenyt. Azonban még az olcsóbb litográfia mellett is hatalmas marad egy gyár összköltsége, mivel a litográfia a teljes berendezésköltségnek csak mintegy húsz százalékát teszi ki.

Intenzív kutatás folyik a Moore-törvény folytatásának alternatív megközelítéseiről. Az új tranzisztor-architektúrák, mint például a Samsung és a TSMC által három nanométeres folyamatokban bevezetett, kapu-mindenhol FET-ek, javítják az elektronáramlás szabályozását. A chipek háromdimenziós egymásra helyezése fejlett csomagolási technológiákkal, mint például a TSMC CoWoS-a, lehetővé teszi több funkció integrálását kisebb térfogatokba. Az olyan új anyagok, mint a gallium-nitrid vagy a szén nanocsövek kiegészíthetik vagy helyettesíthetik a szilíciumot. A neuromorf számítási architektúrák és a kvantumszámítógépek alapvetően eltérő számítási paradigmákat ígérnek.

A blokk-kopolimerek irányított önszerveződése és a nanoimprint litográfia további alternatív litográfiai megközelítések, amelyeket jelenleg vizsgálnak. Ezek a technológiák bizonyos alkalmazásokban előnyöket kínálhatnak, de eddig még nem jutottak el a tömegtermelésig. A félvezetőipar konzervatív a folyamatok megváltoztatása terén, mivel a kockázatok túl magasak.

Egy lenyűgöző kihívás bizonytalan kimenetellel

A Substrate bejelentése tagadhatatlanul izgalmas, és fontos kérdéseket vet fel a félvezetőgyártás jövőjével kapcsolatban. A lehetséges hatás a fennálló monopóliumokra, a geopolitikai hatalmi struktúrákra és a gazdasági egyensúlyra ebben a kritikus iparágban jelentős.

Azonban a józan realizmus indokolt. A félvezetőipar története tele van ígéretes, de kudarcot vallott technológiákkal és eltúlzottnak bizonyult bejelentésekkel. A röntgenlitográfiát már az 1980-as és 1990-es években is a jövő technológiájaként hirdették, de végül kudarcot vallott. A Substrate-nek hatalmas technikai, gazdasági és szervezési kihívásokkal kell szembenéznie.

Az ASML és a TSMC nem véletlenül, hanem évtizedek türelmes munkájának, hatalmas beruházásainak, körültekintő partnerségeinek és műszaki kiválóságának köszönhetően érték el domináns pozíciójukat. Ezek a vállalatok nem fogják passzívan nézni, ahogy egy új szereplő betör a piacaikra. Felgyorsítják saját innovációjukat, kiigazítják áraikat, és megpróbálják megtartani a potenciális ügyfeleket.

A Substrate befektetői, köztük Peter Thiel és az In-Q-Tel számára ez egy magas kockázatú vállalkozás, amely potenciálisan hatalmas profitot hozhat, de a teljes veszteség nagyon is valós lehetőségét is magában hordozza. A félvezetőipar egésze számára ez a fejlemény pozitív jelzés arra vonatkozóan, hogy az innováció még nem ért véget, és hogy új megközelítéseket vizsgálnak. Még ha a Substrate kudarcot vall is, a tanulságok megalapozhatják a jövőbeli törekvéseket.

Az elkövetkező évek fogják megmutatni, hogy a Substrate valóban forradalmasítani tudja-e a félvezetőipart, vagy csupán egy újabb epizódnak bizonyul a miniatürizálás határainak feszegetéséért folytatott hosszú küzdelemben. A történet gazdasági, technológiai és geopolitikai dimenziói lenyűgöző esettanulmányává teszik az innovációt, a diszrupciót és a modern gazdaság egyik legösszetettebb iparágában a lehetőségek határait.

Chipháború 2.0: Miért néz szembe az USA, Kína és Európa nagyon eltérő kockázatokkal?

A fenyegetés semmiképpen sem korlátozódik Európára, hanem az egész globális félvezetőipart érinti. A fenyegetés jellege azonban alapvetően eltér az Egyesült Államok és Kína, mint Európa esetében.

1. Az Európát fenyegető veszély (különösen az ASML)

Európa számára a fenyegetés közvetlen és egzisztenciális.

ASML a célkeresztben: A Substrate az európai technológiai gyöngyszem, az ASML szívét veszi célba. Amennyiben a röntgenlitográfia sikeresnek bizonyul, az megtörné az ASML évtizedek óta tartó monopolhelyzetét a legmodernebb litográfiai rendszerek terén.

Gazdasági kár: Egy sikeres versenytárs aláásná az ASML hatalmas árképzési erejét és magas haszonkulcsát. A következő generációba (High-NA EUV) történő befektetés, amely gépenként több százmillióba kerül, rossz befektetésnek bizonyulhat.

Az ökoszisztéma gyengülése: A fenyegetés az ASML köré épülő teljes európai ellátási láncra kiterjed, különösen a német high-tech vállalatokra, mint például a Zeiss (optika) és a Trumpf (lézerek).

Geopolitikai veszteség: Európa elveszíti legfontosabb geopolitikai befolyását. Az ASML feletti ellenőrzés egyedülálló hatalmi pozíciót biztosít az EU-nak (és Hollandiának) a globális technológiai konfliktusokban, amelyet az Egyesült Államok nyomása már most is korlátoz. Egy amerikai alternatíva szinte teljesen megszüntetné ezt a pozíciót.

2. A verseny veszélye az USA-ban

Az Egyesült Államok számára ez kétélű fegyver: stratégiai lehetőség a nemzet számára, de diszruptív fenyegetést jelent a már befutott amerikai szereplők számára.

Fenyegetés az Intel és a Samsung számára: Az olyan cégek, mint az Intel és a Samsung, amelyek jelentős beruházásokat hajtanak végre az Egyesült Államokban (a CHIPS törvény támogatásával), teljes jövőbeli stratégiájukat az ASML EUV technológiájára alapozták. Milliárdokat fektettek be EUV-alapú gyárakba. A Substrate új, inkompatibilis technológiája leértékelné ezeket a beruházásokat, és arra kényszerítené őket, hogy teljesen újragondolják a terveiket.

Új versenytárs jelenik meg a belföldi piacon: a Substrate nemcsak gépek értékesítését tervezi, hanem saját öntödéjét is üzemelteti. Ez közvetlen versenytársává tenné őket az Intel öntödei ambícióinak és a Samsung amerikai gyárainak. Egy új, potenciálisan olcsóbb szereplő jelentősen növelné a versenynyomást a belföldi piacon.

Előny a gyártósor nélküli vállalatok számára: Az olyan chiptervezők számára, mint az Nvidia, az AMD vagy a Qualcomm, ez a fejlemény azonban elsősorban lehetőséget jelent. Jelenleg a TSMC-től függenek. Egy új, amerikai székhelyű öntödei beszállító erősítené tárgyalási pozíciójukat és csökkentené az ellátási lánc kockázatait. A „fenyegetésük” csak közvetett lenne, ha a Substrate kudarcot vallana, és értékes befektetési tőkét kötne le, amelyet máshol is fel lehetett volna használni.

Összefoglalva az USA-ra vonatkozóan: Nem jelent veszélyt a nemzetbiztonságra vagy a gazdaságra (épp ellenkezőleg), hanem diszruptív fenyegetést a meglévő egyensúlyra és a már befutott amerikai félvezetőgyártók üzleti modelljeire nézve.

3. A Kínát fenyegető veszély

Kína számára a fenyegetés tisztán geopolitikai és stratégiai jellegű – és potenciálisan még nagyobb, mint amit az ASML jelent.

A technológiai blokád fokozása: Az Egyesült Államok már most is megakadályozza, hogy az ASML legfejlettebb EUV rendszereit Kínába szállítsa. Ha a vezető litográfiai technológiát most közvetlenül egy amerikai vállalat fejleszti a CIA közreműködésével, az exportellenőrzés még szigorúbbá és áthatolhatatlanabbá válik. Az Egyesült Államok technológiai hatalma még erősebbé válik.

A szakadék egyre szélesedik: Kína küzd azért, hogy utolérje a fejlettebb csomópontokat (mint például az SMIC 7 nm-es eljárását), amelyek régebbi DUV technológiát használnak. Egy új, sokkal olcsóbb és erősebb nyugati technológia évekkel vetné vissza Kína erőfeszítéseit, és drámaian szélesítené a technológiai szakadékot.

Fokozott nyomás az önellátásra: Ez a fejlemény Kína számára a végső bizonyíték arra, hogy soha nem támaszkodhat a nyugati technológiára. Jelentősen növelné a kínai kormányra nehezedő nyomást, hogy még több erőforrást fektessen be saját, hazai litográfiai technológiájának fejlesztésébe – ami egy rendkívül drága és hosszadalmas vállalkozás.

☑️ Üzleti nyelvünk angol vagy német

☑️ ÚJ: Levelezés az Ön nemzeti nyelvén!

 

Szívesen szolgálok Önt és csapatomat személyes tanácsadóként.

Felveheti velem a kapcsolatot az itt található kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével , vagy egyszerűen hívjon a +49 89 89 674 804 (München) . Az e-mail címem: wolfenstein ∂ xpert.digital

Nagyon várom a közös projektünket.

 

 

☑️ KKV-k támogatása stratégiában, tanácsadásban, tervezésben és megvalósításban

☑️ Digitális stratégia és digitalizáció megalkotása vagy átrendezése

☑️ Nemzetközi értékesítési folyamatok bővítése, optimalizálása

☑️ Globális és digitális B2B kereskedési platformok

☑️ Úttörő üzletfejlesztés / Marketing / PR / Szakkiállítások

Az Xpert.Digital mélyreható ismeretekkel rendelkezik a különböző iparágakról. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy személyre szabott stratégiákat dolgozzunk ki, amelyek pontosan az Ön konkrét piaci szegmensének követelményeihez és kihívásaihoz igazodnak. A piaci trendek folyamatos elemzésével és az iparági fejlemények követésével előrelátóan tudunk cselekedni és innovatív megoldásokat kínálni. A tapasztalat és a tudás ötvözésével hozzáadott értéket generálunk, és ügyfeleink számára meghatározó versenyelőnyt biztosítunk.

Bővebben itt:

• Használja ki az Xpert.Digital ötszörös szakértelmét egy csomagban – mindössze 500 €/hó áron