Chip 90% lebih murah dari AS? Perusahaan rintisan Substrate menantang raksasa ASML (Belanda) dan TSMC (Taiwan)

Litografi sinar-X 2.0: Dari laboratorium ke produksi massal – Apakah litografi sinar-X kembali realistis?

Di dunia teknologi tinggi, di mana kemajuan diukur dalam nanometer, industri semikonduktor menyerupai benteng dengan dinding yang hampir tak tertembus. Di puncak tatanan global ini berdiri dua raksasa yang tak terbantahkan: monopolis Belanda ASML, satu-satunya pemasok mesin litografi EUV yang sangat mahal untuk pembuatan chip canggih, dan raksasa foundry Taiwan TSMC, yang mendominasi pasar manufaktur kontrak global. Ekosistem yang sangat terkonsentrasi ini, yang dibangun di atas penelitian selama beberapa dekade dan investasi ratusan miliar dolar, sejauh ini tampak tak tersentuh.

Namun kini, sebuah perusahaan rintisan di San Francisco bernama Substrate sedang membuat gebrakan yang dapat mengguncang fondasi industri ini. Didukung oleh lebih dari $100 juta dari investor terkemuka seperti Peter Thiel dan lembaga modal ventura CIA, In-Q-Tel, Substrate siap untuk menulis ulang aturan main. Janji mereka: teknologi litografi sinar-X yang dihidupkan kembali dan dirancang ulang yang tidak hanya lebih kuat daripada sistem EUV ASML yang sudah mapan, tetapi juga dapat secara dramatis mengurangi biaya per wafer chip hingga 90 persen.

Pengumuman ini jauh lebih dari sekadar inovasi teknologi; ini adalah deklarasi perang geopolitik dan ekonomi. Pengumuman ini menyerang inti dari upaya Amerika untuk mencapai kedaulatan teknologi, menantang model bisnis mesin-mesin termahal di dunia, dan menjanjikan untuk menghancurkan hambatan besar dalam memasuki industri manufaktur chip. Namun, jalan dari demonstrasi laboratorium yang menjanjikan menuju produksi massal yang andal dipenuhi dengan puing-puing revolusi yang gagal. Hambatan teknisnya sangat besar, skeptisisme industri sangat dalam, dan sejarah litografi sinar-X sendiri merupakan sejarah kegagalan. Oleh karena itu, pertanyaan krusialnya adalah: Apakah kita menyaksikan awal dari disrupsi sejati yang akan mengubah lanskap chip global, atau hanya déjà vu yang didanai besar-besaran tentang mimpi teknologi yang hancur karena realitas fisika dan ekonomi yang keras?

Berkaitan dengan ini:

• ASML, kekuatan super rahasia Eropa dalam perang chip: Bagaimana satu perusahaan memegang masa depan AI chip Uni Eropa di tangannya

Pergeseran kekuatan global diperkirakan terjadi melalui litografi sinar-X yang inovatif

Teknologi manufaktur chip dan semikonduktor, salah satu perkembangan industri terpenting abad ke-21, saat ini sedang mengalami titik balik yang luar biasa. Sebuah perusahaan rintisan yang berbasis di San Francisco bernama Substrate menarik perhatian besar di industri mikrochip global dengan pengumuman teknologi litografi sinar-X yang inovatif. Didukung oleh investor terkemuka seperti Peter Thiel, perusahaan ini telah mengumpulkan lebih dari seratus juta dolar dan mengklaim telah mengembangkan alternatif untuk sistem litografi yang sangat mahal dari perusahaan monopoli Belanda ASML dan kemampuan manufaktur raksasa Taiwan TSMC. Dampak potensial dari perkembangan ini terhadap seluruh rantai nilai semikonduktor, struktur kekuatan geopolitik, dan keseimbangan ekonomi dalam industri ini sangat mendasar dan memerlukan analisis ekonomi yang terperinci.

Ekonomi litografi semikonduktor: Ketika monopoli bertemu tantangan

Sejarah inovasi industri berulang kali menunjukkan bahwa disrupsi teknologi jarang berasal dari pusat struktur kekuasaan yang mapan, tetapi diprakarsai oleh pihak luar.

Industri semikonduktor saat ini mengalami tingkat konsentrasi yang luar biasa. ASML, yang berbasis di Belanda, praktis mengendalikan seluruh pasar untuk sistem litografi canggih, memegang pangsa pasar 90 hingga 100 persen dalam litografi ultraviolet ekstrem. Mesin-mesin ini, yang harganya antara 200 dan 400 juta dolar per unit, sangat penting untuk memproduksi semikonduktor canggih di bawah tujuh nanometer. Margin laba kotor ASML secara konsisten melebihi 50 persen, sebuah indikator kekuatan penetapan harga yang sangat besar dari sebuah perusahaan monopoli de facto. Pada tahun 2024, perusahaan menghasilkan pendapatan sebesar 28,3 miliar euro dengan laba bersih 7,6 miliar euro. Pertumbuhan pendapatan sekitar 15 persen diproyeksikan untuk tahun 2025, dengan margin laba kotor sekitar 52 persen.

Pengembangan teknologi EUV ini merupakan maraton yang berlangsung lebih dari tiga dekade dan menelan biaya lebih dari sepuluh miliar dolar secara total. ASML hanya mampu mengelola proyek raksasa ini melalui kemitraan strategis dengan Intel, Samsung, dan TSMC, yang bersama-sama menginvestasikan 1,4 miliar euro di perusahaan tersebut pada tahun 2012, sehingga berpartisipasi dalam apa yang disebut Proyek Musketeer. Sistem EUV komersial pertama dikirimkan pada tahun 2010, tetapi teknologi tersebut baru mencapai kesiapan produksi massal pada tahun 2019. Peluncuran pasar yang tertunda hampir dua puluh tahun dibandingkan dengan rencana awal ini menggambarkan rintangan teknis yang sangat besar.

Secara paralel, TSMC dari Taiwan mendominasi pasar foundry global dengan pangsa pasar yang mencengangkan, yaitu lebih dari 70 persen pada kuartal kedua tahun 2025. Perusahaan ini menghasilkan pendapatan sebesar $30,24 miliar pada kuartal ketiga tahun 2025 dan merencanakan pengeluaran modal antara $38 dan $42 miliar untuk tahun 2025. Sebuah pabrik TSMC generasi terbaru yang canggih membutuhkan biaya antara $15 dan $20 miliar. Angka-angka ini menggambarkan hambatan masuk yang sangat besar di industri ini.

Litografi sinar-X, yang kini menawarkan substrat sebagai alternatif, sama sekali bukan penemuan baru. Teknologi ini sudah diteliti sejak tahun 1970-an, dan selama tahun 1980-an dan 1990-an, IBM, Motorola, dan perusahaan Amerika lainnya berinvestasi besar-besaran dalam pengembangannya. Namun, tantangan teknisnya terbukti terlalu besar. Masalah mendasar meliputi kebutuhan akan masker yang sangat stabil yang terbuat dari bahan mahal seperti emas, kesulitan dalam menghasilkan sumber sinar-X yang konsisten, dan kompleksitas hamburan elektron sekunder, yang membatasi resolusi. Faktor ekonomi juga berperan: industri tidak dapat menyepakati standar umum, dan pendanaan dari berbagai perusahaan gagal karena perbedaan kepentingan bisnis.

Disrupsi teknologi: Revolusi atau pengulangan kegagalan sejarah?

Substrate mengklaim telah memecahkan masalah-masalah historis ini. Perusahaan ini menggunakan akselerator partikel yang dirancang khusus yang mempercepat elektron hingga mendekati kecepatan cahaya. Elektron-elektron ini melewati serangkaian magnet yang menyebabkan mereka berosilasi, menghasilkan sinar-X intens dengan panjang gelombang di bawah empat nanometer. Panjang gelombang ini jauh lebih pendek daripada 13,5 nanometer dari teknologi EUV ASML, yang secara teoritis memungkinkan resolusi yang lebih tinggi. Substrate telah mempresentasikan hasil laboratorium yang menunjukkan struktur dengan dimensi kritis dua belas nanometer dan jarak ujung ke ujung tiga belas nanometer, sebanding dengan kemampuan sistem EUV modern untuk teknologi proses dua nanometer.

Klaim ekonomi utama Substrate adalah bahwa biaya per wafer dapat turun dari sekitar seratus ribu dolar saat ini menjadi sekitar sepuluh ribu dolar pada akhir dekade ini. Pengurangan biaya sebesar sembilan puluh persen ini akan secara fundamental mengubah ekonomi manufaktur semikonduktor. Perusahaan berpendapat bahwa dengan menghindari proses multi-patterning yang kompleks yang sering dibutuhkan dalam EUV, jumlah langkah produksi dapat dikurangi secara drastis.

Namun, skeptisisme industri ini beralasan dan didasarkan pada realitas teknis dan ekonomi yang suram. Mendemonstrasikan struktur di laboratorium adalah upaya yang sama sekali berbeda dengan produksi massal dengan hasil yang konsisten. TSMC mencapai hasil sekitar tujuh puluh persen dengan proses empat nanometer, sementara Samsung berjuang dengan hasil hanya tiga puluh lima persen menggunakan teknologi serupa. Angka-angka ini menggambarkan betapa pentingnya stabilitas proses dan minimisasi cacat. Bahkan penyimpangan terkecil pada tingkat atom dapat menyebabkan kegagalan.

Masalah yang sangat kritis dalam litografi modern adalah efek stokastik, yaitu variasi acak dalam proses pemaparan. Dalam litografi EUV, efek ini sudah dapat menyumbang lebih dari setengah dari total anggaran kesalahan dan diperkirakan akan merugikan industri lebih dari sepuluh miliar dolar dalam pendapatan yang hilang setiap tahunnya pada tahun 2030. Masalah-masalah ini timbul dari fisika fundamental struktur kecil, di mana jumlah foton, distribusi molekul resist, dan hamburan elektron pada dasarnya bersifat acak. Apakah substrat dapat mengatasi tantangan ini dengan lebih baik menggunakan sinar-X daripada yang dapat dilakukan ASML dengan EUV masih menjadi pertanyaan terbuka.

Masalah mendasar lainnya adalah ketersediaan material yang sesuai. Litografi EUV membutuhkan pengembangan photoresist yang sepenuhnya baru yang secara khusus dioptimalkan untuk panjang gelombang 13,5 nanometer. Perusahaan Jepang seperti JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu Chemical, dan Fujifilm mengendalikan lebih dari sembilan puluh persen pasar photoresist EUV. Material ini berbasis pada senyawa yang mengandung logam dengan unsur-unsur seperti timah, hafnium, atau zirkonium, yang menunjukkan penyerapan lebih tinggi pada panjang gelombang EUV. Substrate tidak hanya harus mengembangkan photoresist yang kompatibel dengan sinar-X sendiri, tetapi juga membangun produksi massal material ini. Demikian pula, masker presisi tinggi untuk sinar-X dan optik khusus perlu tersedia dalam jumlah besar—rantai pasokan yang saat ini belum ada.

Implikasi ekonominya: Siapa yang menang, siapa yang kalah?

Potensi dampak dari keberhasilan teknologi litografi sinar-X terhadap industri semikonduktor akan sangat besar dan akan membentuk kembali seluruh rantai nilai.

ASML berada di pusat potensi gangguan ini. Perusahaan telah berinvestasi lebih dari empat puluh tahun dalam membangun kepemimpinan teknologinya. Pengembangan EUV saja telah menghabiskan waktu puluhan tahun dan miliaran dolar. Pesaing yang berfungsi tidak hanya akan melemahkan kekuatan penetapan harga ASML tetapi juga dapat menyebabkan peninjauan kembali seluruh strategi investasinya. Perusahaan saat ini berinvestasi besar-besaran dalam sistem EUV high-NA, yang harganya $380 juta per unit dan menjanjikan resolusi yang lebih tinggi. Jika Substrate benar-benar dapat mencapai hasil yang sebanding atau lebih baik dengan sepersepuluh biaya tersebut, hal itu akan secara fundamental menantang peta jalan high-NA ASML. Pemegang saham, yang menilai ASML lebih dari $300 miliar, dapat melakukan penilaian ulang yang dramatis.

Bagi TSMC, implikasinya akan beragam. Di satu sisi, teknologi litografi yang lebih murah dapat mengurangi biaya modal untuk pabrik baru. TSMC saat ini menghabiskan antara $38 miliar dan $42 miliar setiap tahun untuk belanja modal, sebagian besar dialokasikan untuk sistem EUV. Mesin EUV low-NA berharga sekitar $235 juta, dan TSMC membutuhkan lebih banyak mesin tersebut setiap tahunnya. Alternatif yang lebih murah dapat meningkatkan margin keuntungan. Di sisi lain, Substrate tidak berencana untuk menjual sistemnya tetapi bermaksud untuk mengoperasikan pabriknya sendiri. Hal ini akan menjadikan Substrate sebagai pesaing langsung TSMC. Sejarah menunjukkan bahwa model terintegrasi vertikal jarang berhasil di industri semikonduktor. Spesialisasi antara perusahaan desain fabless dan foundry telah terbukti lebih unggul. Substrate tidak hanya harus mengatasi tantangan pengembangan teknologi tetapi juga tantangan yang sama sekali berbeda yaitu operasi foundry, hubungan pelanggan, dan manufaktur kontrak. Empat puluh tahun pengalaman TSMC dalam optimasi proses, kontrol kualitas, dan layanan pelanggan merupakan keunggulan kompetitif besar yang tidak dapat begitu saja ditiru.

Bagi perancang chip tanpa pabrik seperti Nvidia, AMD, Qualcomm, dan Broadcom, teknologi substrat yang sukses dapat membuka pilihan baru. Perusahaan-perusahaan ini saat ini hampir sepenuhnya bergantung pada TSMC dan, dalam skala yang lebih kecil, pada Samsung. Nvidia sendiri menghasilkan pendapatan sebesar $124,4 miliar pada tahun 2024, terutama dari prosesor AI. Diversifikasi kemampuan manufaktur apa pun akan mengurangi risiko rantai pasokan dan berpotensi memperkuat posisi tawar mereka dengan pabrik semikonduktor. Namun, perusahaan-perusahaan ini tidak akan beralih ke pemasok yang belum terbukti sampai pemasok tersebut menunjukkan kualitas dan hasil yang konsisten selama beberapa tahun. Mengalihkan desain chip antar pabrik semikonduktor yang berbeda itu rumit dan mahal, karena setiap produsen menggunakan perangkat desain proses yang berbeda.

Intel dan Samsung, yang keduanya merancang dan memproduksi chip serta semakin menawarkan layanan foundry, berada dalam posisi yang sulit. Intel sedang berjuang dengan divisi foundry-nya, yang mengalami kerugian sebesar tujuh miliar dolar dari pendapatan 18,9 miliar dolar pada tahun 2023. Teknologi proses 18A Intel seharusnya memberikan keunggulan kompetitif, tetapi penundaan dan masalah teknis sudah terkenal. Samsung menghadapi tantangan serupa dengan masalah hasil produksi pada node canggih. Teknologi litografi baru yang lebih murah secara teoritis dapat membantu keduanya, tetapi kedua perusahaan telah melakukan investasi besar-besaran dalam proses berbasis EUV dan tidak akan beralih dengan mudah.

Para pemasok dalam rantai nilai semikonduktor juga akan terpengaruh. Zeiss, produsen cermin ultra-presisi asal Jerman untuk sistem ASML, Trumpf, yang memasok laser daya tinggi, dan Applied Materials, KLA, serta Lam Research, yang menyediakan peralatan manufaktur lainnya, semuanya telah berinvestasi besar-besaran dalam dukungan ekosistem EUV. Teknologi baru akan membutuhkan rantai pasokan baru. Produsen photoresist Jepang harus mengembangkan material yang kompatibel dengan sinar-X atau kehilangan pangsa pasar.

Dimensi geopolitik: Kedaulatan teknologi dan keamanan ekonomi

Industri semikonduktor sangat terkait erat dengan ketegangan geopolitik, dan pengumuman substrat ini datang pada waktu yang sangat penting secara strategis.

Dalam beberapa tahun terakhir, Amerika Serikat telah memberlakukan kontrol ekspor yang semakin ketat terhadap Tiongkok untuk membatasi aksesnya ke teknologi semikonduktor canggih. ASML dilarang menjual sistem EUV tercanggihnya ke Tiongkok. Kebijakan ini bertujuan untuk membatasi kemampuan Tiongkok dalam mengembangkan AI dan aplikasi militer. Pada saat yang sama, pemerintah AS berinvestasi besar-besaran dalam memindahkan manufaktur semikonduktor kembali ke AS melalui Undang-Undang CHIPS, yang menyediakan hibah langsung sebesar $39 miliar dan kredit pajak investasi sebesar 25 persen.

Substrate sangat cocok dengan agenda strategis ini. Sistem litografi yang dikembangkan dan diproduksi di AS akan mengurangi ketergantungan pada teknologi Belanda dan Taiwan. Keterlibatan Peter Thiel bukanlah suatu kebetulan. Thiel telah berulang kali menekankan perlunya otonomi teknologi Amerika. In-Q-Tel, lembaga modal ventura CIA, juga merupakan investor di Substrate, yang menggarisbawahi dimensi keamanan nasional.

Namun, sejarah litografi sinar-X menunjukkan bahwa perusahaan unggulan nasional tidak selalu sukses. AS mencoba merebut kembali kepemimpinan semikonduktor pada tahun 1980-an dan 1990-an melalui kolaborasi SEMATECH, tetapi pada akhirnya gagal. ASML mencapai terobosan bukan melalui kebijakan industri nasional, tetapi melalui pengembangan teknologi yang sabar, integrasi rantai pasokan yang terampil, dan kemitraan yang cerdas dengan pelanggan. Pertanyaannya adalah apakah dukungan pemerintah dapat berhasil tanpa faktor-faktor ini.

Sebagai balasannya, Tiongkok menanggapi pembatasan ekspor Barat dengan investasi besar-besaran dalam teknologi semikonduktor domestik. Inisiatif Made in China 2025 memprioritaskan swasembada. Jika Substrate terbukti berhasil, Tiongkok akan berupaya mendapatkan akses ke teknologi ini atau mengembangkan alternatifnya sendiri. SMIC, perusahaan manufaktur semikonduktor terbesar di Tiongkok, telah mencapai kemajuan dengan proses tujuh nanometer tanpa EUV, meskipun ada pembatasan, meskipun dengan hasil yang lebih rendah dan biaya yang lebih tinggi.

Eropa berada dalam posisi yang kompleks. ASML adalah perusahaan Eropa, namun pemerintah Belanda berada di bawah tekanan dari AS untuk membatasi ekspor. Undang-Undang Chip Eropa menjanjikan subsidi sebesar €43 miliar untuk menggandakan pangsa pasar global manufaktur semikonduktor Eropa dari 10 menjadi 20 persen. Alternatif litografi yang didominasi AS dapat semakin melemahkan otonomi strategis Eropa.

Bidang fokus industri: B2B, digitalisasi (dari AI hingga XR), teknik mesin, logistik, energi terbarukan, dan industri

Informasi selengkapnya di sini:

• Pusat Bisnis Pakar

Pusat tematik yang menawarkan wawasan dan keahlian:

• Platform pengetahuan yang mencakup ekonomi global dan regional, inovasi, dan tren spesifik industri
• Kumpulan analisis, wawasan, dan informasi latar belakang dari area fokus utama kami
• Sebuah tempat untuk mendapatkan keahlian dan informasi tentang perkembangan terkini di bidang bisnis dan teknologi
• Sebuah pusat informasi bagi perusahaan yang mencari informasi tentang pasar, digitalisasi, dan inovasi industri

Hambatan teknologi: Apa yang ada di antara laboratorium dan produksi massal?

Jalur dari hasil laboratorium yang mengesankan hingga produksi massal komersial sangat sulit dan penuh dengan masalah tak terduga di industri semikonduktor.

Tantangan terbesar substrat adalah penskalaan. Demonstrasi laboratorium yang ditunjukkan membuktikan bahwa, pada prinsipnya, struktur dalam kisaran ukuran yang relevan dapat diproduksi. Namun, litografi komersial membutuhkan lebih banyak lagi. Mesin ASML mengekspos sekitar 130 hingga 170 wafer per jam. Akurasi overlay, yaitu penyelarasan tepat dari beberapa lapisan, harus kurang dari satu nanometer. Keseragaman di seluruh wafer harus sangat tinggi. Kepadatan cacat harus berada dalam kisaran kurang dari satu cacat per sentimeter persegi. Memenuhi semua persyaratan ini secara bersamaan, sementara sistem berjalan stabil selama berbulan-bulan, merupakan pencapaian teknik yang monumental.

Sumber akselerator partikel yang digunakan oleh Substrate harus beroperasi dengan stabilitas luar biasa. Fluktuasi apa pun dalam intensitas atau posisi berkas akan mengganggu kualitasnya. ASML menghabiskan bertahun-tahun untuk menstabilkan sumber laser-plasma timah untuk EUV. Sumber ini menembakkan 50.000 tetesan timah kecil per detik ke dalam bejana vakum, di mana tetesan tersebut dipukul dua kali oleh laser CO2 30 kilowatt untuk menghasilkan plasma yang memancarkan cahaya EUV. Kompleksitas solusi ini dihasilkan dari iterasi selama bertahun-tahun. Substrate mengklaim memiliki solusi yang lebih ringkas dan hemat biaya, tetapi tanpa pengujian lapangan selama bertahun-tahun, hal ini masih bersifat spekulatif.

Optik untuk sinar-X pada dasarnya berbeda dari optik untuk EUV atau DUV. Sinar-X tidak dapat difokuskan oleh lensa karena diserap oleh sebagian besar material. Sebagai gantinya, diperlukan cermin insiden miring khusus. Cermin ini harus diproduksi dengan presisi yang luar biasa. Zeiss memproduksi cermin untuk ASML di mana, jika diperbesar hingga seukuran Jerman, penyimpangan terbesar dari bentuk ideal hanya akan mencapai sepersepuluh milimeter. Apakah presisi seperti itu ada atau dapat dikembangkan untuk optik sinar-X masih belum jelas.

Bahan photoresist untuk litografi sinar-X tidak tersedia dalam jumlah komersial. Pengembangan sistem resist baru biasanya membutuhkan waktu bertahun-tahun dan memerlukan kolaborasi erat antara ahli kimia, ilmuwan material, dan insinyur proses. Resist tersebut harus menawarkan resolusi tinggi sekaligus memiliki ketahanan etsa yang cukup untuk berfungsi sebagai masker untuk langkah-langkah pemrosesan selanjutnya. Resist tersebut harus menunjukkan kekasaran tepi yang rendah dan tidak boleh menyebabkan reaksi samping yang tidak diinginkan. Para pemimpin pasar Jepang di bidang ini tidak akan secara otomatis bekerja untuk pesaing baru.

Berkaitan dengan ini:

• Perang chip AI meningkat: mimpi buruk Nvidia? China membalas dengan chip AI-nya sendiri – dan Alibaba hanyalah permulaan

Model bisnis: Integrasi vertikal sebagai Segen atau kutukan

Substrate sedang mengejar strategi radikal yang menyimpang dari industri yang sudah mapan. Alih-alih menjual sistem litografi ke pabrik-pabrik yang sudah ada, perusahaan ini berencana untuk membangun dan mengoperasikan pabrik fabrikasi semikonduktornya sendiri.

Integrasi vertikal ini bertentangan dengan model bisnis dominan selama empat dekade terakhir. Sejak Morris Chang mendirikan TSMC pada tahun 1987 dan menetapkan model foundry murni, industri ini menjadi semakin terspesialisasi. Perusahaan desain tanpa pabrik (fabless) fokus pada arsitektur dan desain chip, foundry fokus pada manufaktur, dan pemasok peralatan seperti ASML fokus pada teknologi spesifik. Spesialisasi ini memungkinkan setiap pemain untuk menjadi kelas dunia di bidangnya masing-masing.

Substrate berpendapat bahwa integrasi vertikal mengurangi biaya koordinasi dan memungkinkan inovasi yang lebih cepat. Tesla dan SpaceX sering disebut sebagai contoh integrasi vertikal yang sukses. Tetapi industri semikonduktor berbeda. Intensitas modalnya sangat tinggi. Sebuah pabrik modern membutuhkan biaya lima belas hingga dua puluh miliar dolar. TSMC menghabiskan lebih dari empat puluh miliar dolar setiap tahun untuk belanja modal. Substrate telah mengumpulkan seratus juta dolar sejauh ini dan bernilai lebih dari satu miliar dolar. Untuk menjadi kompetitif, perusahaan perlu berinvestasi seratus kali lipat dari jumlah tersebut.

Selain itu, mengoperasikan pabrik pengecoran membutuhkan keterampilan yang sama sekali berbeda dibandingkan dengan mengembangkan teknologi litografi. TSMC mempekerjakan lebih dari 70.000 orang, banyak di antaranya adalah insinyur proses yang sangat terspesialisasi. Perusahaan ini memiliki pengalaman lebih dari 40 tahun dalam optimasi hasil produksi, analisis cacat, dan manajemen hubungan pelanggan. Setiap node proses baru membutuhkan ribuan eksperimen dan iterasi. Kurva pembelajarannya curam dan mahal.

Pertanyaannya juga adalah siapa pelanggan Substrate nantinya. Perusahaan fabless besar seperti Nvidia, AMD, dan Qualcomm memiliki hubungan jangka panjang dan terintegrasi erat dengan TSMC. Kemitraan ini didasarkan pada kolaborasi bertahun-tahun, perangkat desain proses yang dikembangkan bersama, dan kepercayaan timbal balik. Sebuah foundry baru harus menawarkan keunggulan luar biasa untuk dapat memutus hubungan ini. Biaya yang lebih rendah saja tidak cukup ketika risiko terkait hasil produksi, keandalan, dan waktu pengiriman tidak pasti.

Intel telah berupaya memperluas bisnis foundry-nya selama bertahun-tahun dan mengalami kesulitan yang cukup besar. Intel Foundry Services hanya menghasilkan pendapatan eksternal sebesar delapan juta dolar pada kuartal ketiga tahun 2024. Kerugiannya sangat besar. Ini menunjukkan betapa sulitnya, bahkan bagi raksasa semikonduktor yang sudah mapan, untuk menembus pasar foundry. Substrate akan memulai dari nol.

Jangka waktu: 2028 dan seterusnya

Substrate berencana untuk memulai produksi massal pada tahun 2028. Ini adalah jangka waktu yang sangat ambisius. Beralih dari demonstrasi laboratorium saat ini ke produksi komersial dalam waktu sekitar tiga tahun akan membutuhkan segala sesuatunya berjalan sempurna.

Sebagai perbandingan: ASML memulai dengan prototipe alpha awal untuk EUV pada tahun 2006, mengirimkan sistem pra-produksi pertamanya pada tahun 2010, dan baru mencapai produksi massal pada tahun 2019. Itu berarti tiga belas tahun dari demonstrasi pertama hingga produksi massal, dan itu dengan perusahaan yang sudah mapan dan memiliki pengalaman luas dalam litografi.

Substrate tidak hanya perlu membawa teknologi litografinya ke tahap siap produksi dalam waktu tiga tahun, tetapi juga membangun pabrik, membangun rantai pasokan untuk semua material dan peralatan yang dibutuhkan, mengembangkan dan mengoptimalkan proses, mendapatkan pelanggan, dan memperoleh izin yang diperlukan. Bahkan jika teknologinya berhasil, jangka waktu ini tidak realistis.

Jangka waktu yang lebih realistis adalah delapan hingga dua belas tahun hingga produksi komersial yang signifikan. Ini berarti dampak pada industri tidak akan terasa hingga pertengahan tahun 2030-an paling cepat. Pada saat itu, ASML akan telah membangun sistem EUV high-NA-nya, TSMC mungkin akan mengerjakan proses satu nanometer atau di bawahnya, dan seluruh industri mungkin telah bergerak ke arah yang membuat pendekatan Substrate menjadi usang.

Skenario masa depan alternatif: Apa yang sebenarnya bisa terjadi?

Pengumuman Substrate memunculkan pertanyaan penting, tetapi skenario yang mungkin terjadi berkisar dari kegagalan total hingga keberhasilan parsial yang secara halus memengaruhi industri tetapi tidak merevolusinya.

Skenario pesimistisnya adalah Substrate tidak akan mampu mengatasi hambatan teknis. Fisika litografi sinar-X bisa jadi terlalu bermasalah, efek stokastik bisa jadi tidak terkendali, atau biaya modal bisa menjadi terlalu tinggi. Perusahaan tersebut kemudian akan gagal atau tergelincir ke peran khusus untuk aplikasi tertentu. Secara historis, sebagian besar penantang teknologi yang sudah mapan telah gagal. Nikon dan Canon sama-sama mencoba bersaing dengan ASML dalam perlombaan EUV dan akhirnya menyerah.

Skenario jalan tengahnya adalah Substrate membuat teknologi tersebut berfungsi sebagian, tetapi tidak dengan biaya yang dijanjikan atau dengan keandalan yang diperlukan. Perusahaan tersebut kemudian dapat melisensikan teknologinya kepada pemain yang sudah mapan. ASML sendiri mungkin tertarik untuk mengevaluasi litografi sinar-X sebagai teknologi generasi berikutnya setelah High-NA EUV. Atau, produsen semikonduktor besar seperti Intel atau Samsung dapat mengakuisisi teknologi tersebut untuk membedakan kemampuan manufaktur mereka sendiri.

Skenario optimisnya adalah Substrate benar-benar mengembangkan solusi litografi yang berfungsi dan lebih hemat biaya, tetapi meninggalkan bisnis foundry dan malah menjual sistem kepada produsen yang sudah mapan. Hal ini akan menurunkan hambatan masuk dan dapat menyebabkan persaingan yang lebih sehat dalam peralatan litografi. ASML akan merasakan tekanan untuk menurunkan harga dan berinovasi lebih cepat. Seluruh industri dapat memperoleh manfaat.

Skenario transformatif di mana Substrate menguasai teknologi, berhasil mengoperasikan pabriknya sendiri, dan menjadi pesaing foundry yang signifikan tampaknya paling tidak mungkin terjadi. Menggabungkan inovasi teknologi dengan inovasi model bisnis di salah satu industri yang paling padat modal dan kompleks di dunia merupakan tantangan yang luar biasa.

Implikasi yang lebih luas: Hukum Moore, batasan miniaturisasi, dan jalur alternatif

Kisah Substrate juga menimbulkan pertanyaan mendasar tentang masa depan industri semikonduktor. Hukum Moore, pengamatan bahwa jumlah transistor pada sebuah chip kira-kira berlipat ganda setiap dua tahun, telah menjadi penentu laju perkembangan industri sejak tahun 1960-an. Namun, semakin banyak suara yang memprediksi berakhirnya tren ini.

Keterbatasan fisik semakin terlihat jelas. Transistor mendekati dimensi atom. Pada struktur di bawah tiga nanometer, efek kuantum seperti penerowongan terjadi, di mana elektron melompat tanpa terkendali melalui penghalang. Pembangkitan panas menjadi masalah. Arus kebocoran elektron meningkat. Beberapa ahli berpendapat bahwa Hukum Moore telah berakhir pada tahun 2016, ketika Intel membutuhkan waktu lima tahun untuk beralih dari sepuluh ke tujuh nanometer, alih-alih dua tahun seperti biasanya.

Kendala ekonomi juga sangat signifikan. Hukum Rock menyatakan bahwa biaya pembangunan pabrik semikonduktor kira-kira berlipat ganda setiap empat tahun. Sebuah pabrik untuk teknologi dua nanometer membutuhkan biaya dua puluh miliar dolar atau lebih. Jumlah perusahaan yang mampu melakukan investasi sebesar itu semakin berkurang. Hanya TSMC, Samsung, dan Intel yang tetap bersaing untuk mendapatkan teknologi terdepan. Semua perusahaan lain telah mundur dan fokus pada teknologi yang lebih matang dan menguntungkan.

Dalam konteks ini, janji Substrate untuk mengurangi biaya secara drastis sangat menarik. Jika berhasil, lebih banyak pemain dapat memasuki sektor manufaktur semikonduktor terkemuka, yang akan merangsang persaingan. Namun, bahkan dengan litografi yang lebih murah, biaya keseluruhan sebuah pabrik tetap sangat besar, karena litografi hanya menyumbang sekitar dua puluh persen dari total biaya peralatan.

Pendekatan alternatif untuk melanjutkan Hukum Moore sedang diteliti secara intensif. Arsitektur transistor baru, seperti FET gate-all-around, yang diperkenalkan oleh Samsung dan TSMC dalam proses tiga nanometer, meningkatkan kontrol atas aliran elektron. Penumpukan chip tiga dimensi melalui teknologi pengemasan canggih seperti CoWoS milik TSMC memungkinkan integrasi lebih banyak fungsi ke dalam volume yang lebih kecil. Material baru seperti galium nitrida atau nanotube karbon dapat melengkapi atau menggantikan silikon. Arsitektur komputasi neuromorfik dan komputer kuantum menjanjikan paradigma komputasi yang fundamentally berbeda.

Perakitan mandiri terarah dari kopolimer blok dan litografi nanoimprint adalah pendekatan litografi alternatif lain yang sedang dieksplorasi. Teknologi ini dapat menawarkan keuntungan untuk aplikasi tertentu, tetapi sejauh ini belum mencapai tahap produksi massal. Industri semikonduktor bersikap konservatif dalam hal perubahan proses karena risikonya terlalu tinggi.

Sebuah tantangan menarik dengan hasil yang tidak pasti

Pengumuman Substrate ini tak diragukan lagi sangat menggembirakan dan menimbulkan pertanyaan penting tentang masa depan manufaktur semikonduktor. Potensi dampaknya terhadap monopoli yang sudah mapan, struktur kekuatan geopolitik, dan keseimbangan ekonomi dalam industri penting ini sangat besar.

Namun, realisme yang bijaksana tetap diperlukan. Sejarah industri semikonduktor penuh dengan teknologi menjanjikan yang gagal dan pengumuman yang ternyata dilebih-lebihkan. Litografi sinar-X sudah digembar-gemborkan sebagai masa depan pada tahun 1980-an dan 1990-an dan gagal. Tantangan teknis, ekonomi, dan organisasi yang harus diatasi Substrate sangat besar.

ASML dan TSMC tidak mencapai posisi dominan mereka secara kebetulan, tetapi melalui kerja keras selama beberapa dekade, investasi besar-besaran, kemitraan yang cerdas, dan keunggulan teknis. Perusahaan-perusahaan ini tidak akan pasif menyaksikan pendatang baru menyerbu pasar mereka. Mereka akan mempercepat inovasi mereka sendiri, menyesuaikan harga, dan mencoba mempertahankan pelanggan potensial.

Bagi para investor Substrate, termasuk Peter Thiel dan In-Q-Tel, ini adalah usaha berisiko tinggi dengan potensi keuntungan yang sangat besar, tetapi juga kemungkinan nyata kerugian total. Bagi industri semikonduktor secara keseluruhan, perkembangan ini mengirimkan sinyal positif bahwa inovasi belum berakhir dan pendekatan baru sedang dieksplorasi. Bahkan jika Substrate gagal, pelajaran yang didapat dapat menjadi acuan bagi upaya di masa depan.

Tahun-tahun mendatang akan menunjukkan apakah Substrate benar-benar dapat merevolusi industri semikonduktor atau apakah itu hanya akan menjadi episode lain dalam perjuangan panjang untuk mendorong batas-batas miniaturisasi. Dimensi ekonomi, teknologi, dan geopolitik dari kisah ini menjadikannya studi kasus yang menarik tentang inovasi, disrupsi, dan batasan dari apa yang mungkin terjadi di salah satu industri paling kompleks dalam ekonomi modern.

Perang Chip 2.0: Mengapa AS, Tiongkok, dan Eropa Menghadapi Risiko yang Sangat Berbeda

Ancaman ini sama sekali tidak terbatas pada Eropa, tetapi memengaruhi seluruh industri semikonduktor global. Namun, sifat ancaman tersebut pada dasarnya berbeda bagi AS dan Tiongkok dibandingkan dengan Eropa.

1. Ancaman terhadap Eropa (khususnya ASML)

Bagi Eropa, ancaman tersebut bersifat langsung dan eksistensial.

ASML dalam incaran: Substrate menargetkan jantung dari perusahaan teknologi unggulan Eropa, ASML. Jika litografi sinar-X terbukti berhasil, hal itu akan mematahkan monopoli ASML selama beberapa dekade atas sistem litografi mutakhir.

Kerugian ekonomi: Pesaing yang sukses akan melemahkan kekuatan penetapan harga dan margin tinggi ASML. Investasi pada generasi berikutnya (High-NA EUV), yang harganya ratusan juta per mesin, bisa jadi merupakan investasi yang buruk.

Melemahnya ekosistem: Ancaman ini meluas ke seluruh rantai pasokan Eropa yang dibangun di sekitar ASML, khususnya ke perusahaan teknologi tinggi Jerman seperti Zeiss (optik) dan Trumpf (laser).

Kerugian geopolitik: Eropa kehilangan pengaruh geopolitiknya yang paling penting. Kontrol atas ASML memberi Uni Eropa (dan Belanda) posisi kekuasaan yang unik dalam konflik teknologi global, posisi yang sudah dibatasi oleh tekanan AS. Alternatif dari AS hampir sepenuhnya akan menghilangkan posisi ini.

2. Ancaman terhadap persaingan di Amerika Serikat

Bagi AS, ini adalah pedang bermata dua: peluang strategis bagi negara tersebut, tetapi ancaman yang mengganggu bagi para pemain AS yang sudah mapan.

Ancaman bagi Intel dan Samsung: Perusahaan seperti Intel dan Samsung, yang berinvestasi besar-besaran di AS (didukung oleh Undang-Undang CHIPS), telah mendasarkan seluruh strategi masa depan mereka pada teknologi EUV ASML. Mereka telah menginvestasikan miliaran dolar dalam pabrik berbasis EUV. Teknologi baru yang tidak kompatibel dari Substrate akan menurunkan nilai investasi ini dan memaksa mereka untuk sepenuhnya memikirkan kembali peta jalan mereka.

Muncul pesaing baru di dalam negeri: Substrate berencana tidak hanya menjual mesin tetapi juga mengoperasikan pabrik pengecoran (foundry) sendiri. Hal ini akan menjadikan mereka pesaing langsung bagi ambisi pabrik pengecoran Intel dan pabrik-pabrik Samsung di AS. Pemain baru yang berpotensi menawarkan biaya lebih rendah akan secara signifikan meningkatkan tekanan persaingan di pasar domestik.

Keuntungan bagi perusahaan fabless: Namun, bagi perancang chip seperti Nvidia, AMD, atau Qualcomm, perkembangan ini terutama merupakan peluang. Saat ini mereka bergantung pada TSMC. Penyedia foundry baru yang berbasis di AS akan memperkuat posisi tawar mereka dan mengurangi risiko rantai pasokan. "Ancaman" mereka hanya akan bersifat tidak langsung jika Substrate gagal dan mengikat modal investasi berharga yang seharusnya dapat digunakan di tempat lain.

Singkatnya bagi AS: Ini bukan ancaman terhadap keamanan nasional atau ekonomi (justru sebaliknya), tetapi ancaman yang mengganggu keseimbangan dan model bisnis yang ada dari produsen semikonduktor AS yang sudah mapan.

3. Ancaman terhadap Tiongkok

Bagi China, ancaman tersebut murni bersifat geopolitik dan strategis – dan berpotensi bahkan lebih besar daripada ancaman yang ditimbulkan oleh ASML.

Memperketat blokade teknologi: AS sudah mencegah ASML memasok sistem EUV tercanggihnya ke China. Jika teknologi litografi terkemuka kini dikembangkan langsung oleh perusahaan AS dengan keterlibatan CIA, kontrol ekspor akan menjadi lebih ketat dan sulit ditembus. Cengkeraman teknologi AS akan semakin diperketat.

Kesenjangan semakin melebar: China kesulitan mengejar ketertinggalan dengan teknologi yang lebih maju (seperti proses 7nm SMIC) menggunakan teknologi DUV yang lebih lama. Teknologi baru yang jauh lebih murah dan lebih canggih dari Barat akan menghambat upaya China selama bertahun-tahun dan secara dramatis memperlebar kesenjangan teknologi.

Meningkatnya tekanan untuk swasembada: Perkembangan ini adalah bukti nyata bagi Tiongkok bahwa mereka tidak akan pernah bisa bergantung pada teknologi Barat. Hal ini akan secara besar-besaran meningkatkan tekanan pada pemerintah Tiongkok untuk menginvestasikan lebih banyak sumber daya dalam mengembangkan teknologi litografi domestik mereka sendiri – sebuah usaha yang sangat mahal dan memakan waktu lama.

☑️ Bahasa bisnis kami adalah bahasa Inggris atau Jerman

☑️ BARU: Korespondensi dalam bahasa ibu Anda!

 

Saya dan tim saya dengan senang hati siap membantu Anda sebagai penasihat pribadi Anda.

Anda dapat menghubungi saya dengan mengisi formulir kontak di sini wolfenstein@xpert.digital:atau cukup hubungi saya di +49 7348 4088 965. Alamat email saya adalah

Saya sangat menantikan proyek bersama kita.

 

 

☑️ Dukungan UKM dalam strategi, konsultasi, perencanaan, dan implementasi

☑️ Pembuatan atau penyesuaian kembali strategi digital dan digitalisasi

☑️ Perluasan dan optimalisasi proses penjualan internasional

☑️ Platform perdagangan B2B global & digital

☑️ Pelopor Pengembangan Bisnis / Pemasaran / Humas / Pameran Dagang

Xpert.Digital memiliki pengetahuan mendalam di berbagai industri. Hal ini memungkinkan kami untuk mengembangkan strategi yang disesuaikan secara tepat dan selaras dengan kebutuhan serta tantangan segmen pasar spesifik Anda. Dengan terus menganalisis tren pasar dan memantau perkembangan industri, kami dapat bertindak proaktif dan menawarkan solusi inovatif. Kombinasi pengalaman dan keahlian menghasilkan nilai tambah dan memberikan keunggulan kompetitif yang menentukan bagi klien kami.

Informasi selengkapnya di sini:

• Dapatkan manfaat dari 5 bidang keahlian Xpert.Digital dalam satu paket – mulai dari hanya €500/bulan