Chipy o 90% tańsze z USA? Startup Substrate rzuca wyzwanie gigantom ASML (Holandia) i TSMC (Tajwan).

Litografia rentgenowska 2.0: Od laboratorium do produkcji masowej – czy litografia rentgenowska znów jest realna?

W świecie zaawansowanych technologii, gdzie postęp mierzy się w nanometrach, przemysł półprzewodników przypomina twierdzę o murach niemal nie do zdobycia. Na szczycie tego globalnego porządku stoją dwaj niekwestionowani giganci: holenderski monopolista ASML, jedyny dostawca horrendalnie drogich maszyn litograficznych EUV do produkcji najnowocześniejszych układów scalonych, oraz tajwański gigant odlewniczy TSMC, który dominuje na globalnym rynku produkcji kontraktowej. Ten wysoce skoncentrowany ekosystem, zbudowany na dekadach badań i setkach miliardów dolarów inwestycji, do tej pory wydawał się nietykalny.

Ale teraz startup z San Francisco o nazwie Substrate wywołuje poruszenie, które może wstrząsnąć fundamentami tej branży. Dzięki wsparciu ponad 100 milionów dolarów od prominentnych inwestorów, takich jak Peter Thiel i In-Q-Tel, fundusz venture capital CIA, Substrate jest gotowy zmienić reguły gry. Obietnica: odrodzona i zmodernizowana technologia litografii rentgenowskiej, która jest nie tylko wydajniejsza niż sprawdzone systemy EUV firmy ASML, ale może również radykalnie obniżyć koszt jednostkowy wafla o 90 procent.

To ogłoszenie to coś więcej niż tylko innowacja technologiczna; to geopolityczna i ekonomiczna deklaracja wojny. Uderza w sedno amerykańskich dążeń do suwerenności technologicznej, kwestionuje model biznesowy najdroższych maszyn świata i obiecuje przełamanie miażdżących barier wejścia na rynek produkcji chipów. Jednak droga od obiecującej demonstracji laboratoryjnej do niezawodnej produkcji masowej jest wybrukowana gruzami nieudanych rewolucji. Przeszkody techniczne są monumentalne, sceptycyzm branży głęboki, a sama historia litografii rentgenowskiej to pasmo historycznych porażek. Kluczowe pytanie brzmi zatem: czy jesteśmy świadkami początku prawdziwej rewolucji, która zmieni globalny krajobraz chipów, czy jedynie hojnie finansowanego déjà vu technologicznego marzenia rozbijającego się o surowe realia fizyki i ekonomii?

Nadaje się do:

• Tajne supermocarstwo Europy, ASML, w wojnie o chipy: Jak pojedyncza firma trzyma w swoich rękach przyszłość sztucznej inteligencji w dziedzinie chipów w UE

Globalna zmiana mocy spodziewana dzięki innowacyjnej litografii rentgenowskiej

Technologia produkcji układów scalonych i półprzewodników, jeden z najważniejszych osiągnięć przemysłowych XXI wieku, przeżywa obecnie przełom. Startup Substrate z siedzibą w San Francisco przyciąga uwagę globalnego przemysłu mikroprocesorów, ogłaszając innowacyjną technologię litografii rentgenowskiej. Wspierany przez prominentnych inwestorów, takich jak Peter Thiel, firma pozyskała ponad sto milionów dolarów i twierdzi, że opracowała alternatywę dla niezwykle drogich systemów litograficznych holenderskiego monopolisty ASML oraz możliwości produkcyjnych tajwańskiego giganta TSMC. Potencjalny wpływ tego rozwoju na cały łańcuch wartości półprzewodników, geopolityczne struktury władzy oraz równowagę ekonomiczną w tej branży ma fundamentalne znaczenie i wymaga szczegółowej analizy ekonomicznej.

Ekonomia litografii półprzewodnikowej: Kiedy monopole stają przed wyzwaniami

Historia innowacji przemysłowych wielokrotnie pokazuje, że przełom technologiczny rzadko kiedy pochodzi z centrum ustalonych struktur władzy, lecz jest inicjowany przez czynniki zewnętrzne.

Obecny przemysł półprzewodników charakteryzuje się wyjątkowym poziomem koncentracji. Firma ASML z siedzibą w Holandii kontroluje praktycznie cały rynek najnowocześniejszych systemów litograficznych, posiadając udział w rynku litografii w ekstremalnym ultrafiolecie na poziomie 90–100%. Maszyny te, których cena jednostkowa waha się od 200 do 400 milionów dolarów, są niezbędne do produkcji zaawansowanych półprzewodników o wielkości poniżej siedmiu nanometrów. Marża brutto ASML stale przekracza 50%, co świadczy o ogromnej sile cenowej de facto monopolisty. W 2024 roku firma osiągnęła przychody w wysokości 28,3 miliarda euro i zysk netto w wysokości 7,6 miliarda euro. Na 2025 rok prognozowany jest wzrost przychodów o około 15%, a marża brutto na poziomie około 52%.

Rozwój technologii EUV był maratonem trwającym ponad trzy dekady i kosztował łącznie ponad dziesięć miliardów dolarów. ASML udało się zrealizować to gigantyczne przedsięwzięcie jedynie dzięki strategicznym partnerstwom z firmami Intel, Samsung i TSMC, które łącznie zainwestowały w firmę 1,4 miliarda euro w 2012 roku, uczestnicząc w tzw. Projekcie Muszkieterów. Pierwszy komercyjny system EUV został dostarczony w 2010 roku, ale technologia ta osiągnęła gotowość do masowej produkcji dopiero w 2019 roku. To prawie dwudziestoletnie opóźnienie w stosunku do pierwotnych planów ilustruje ogromne przeszkody techniczne.

Jednocześnie tajwańska firma TSMC dominuje na globalnym rynku odlewniczym, osiągając imponujący udział w rynku przekraczający 70% w drugim kwartale 2025 roku. Firma osiągnęła przychody w wysokości 30,24 miliarda dolarów w trzecim kwartale 2025 roku i planuje nakłady inwestycyjne w wysokości od 38 do 42 miliardów dolarów na 2025 rok. Koszt budowy nowoczesnej fabryki TSMC nowej generacji wynosi od 15 do 20 miliardów dolarów. Liczby te ilustrują ogromne bariery wejścia na rynek tej branży.

Litografia rentgenowska, która obecnie wykorzystuje podłoża jako alternatywę, nie jest bynajmniej nowym wynalazkiem. Technologia ta była badana już w latach 70. XX wieku, a w latach 80. i 90. IBM, Motorola i inne amerykańskie korporacje intensywnie inwestowały w jej rozwój. Jednak wyzwania techniczne okazały się zbyt duże. Podstawowe problemy obejmowały potrzebę stosowania niezwykle stabilnych masek wykonanych z drogich materiałów, takich jak złoto, trudności w produkcji spójnych źródeł promieniowania rentgenowskiego oraz złożoność wtórnego rozpraszania elektronów, co ograniczało rozdzielczość. Czynniki ekonomiczne również odegrały rolę: branża nie była w stanie uzgodnić wspólnych standardów, a finansowanie ze strony różnych firm zawiodło z powodu rozbieżnych interesów biznesowych.

Przełom technologiczny: rewolucja czy powtórzenie historycznych błędów?

Firma Substrate twierdzi, że rozwiązała te historyczne problemy. Wykorzystuje ona specjalnie zaprojektowany akcelerator cząstek, który przyspiesza elektrony do prędkości bliskiej prędkości światła. Elektrony te przechodzą przez szereg magnesów, które wprawiają je w drgania, generując intensywne promieniowanie rentgenowskie o długości fali poniżej czterech nanometrów. Ta długość fali jest znacznie krótsza niż 13,5 nanometra w technologii EUV firmy ASML, co teoretycznie umożliwia uzyskanie wyższej rozdzielczości. Firma Substrate zaprezentowała wyniki laboratoryjne, pokazujące struktury o krytycznym wymiarze dwunastu nanometrów i odległości między końcami trzynastu nanometrów, porównywalne z możliwościami nowoczesnych systemów EUV w technologiach procesowych o długości dwóch nanometrów.

Kluczowym założeniem ekonomicznym Substrate jest to, że koszt jednego wafla może spaść z około stu tysięcy dolarów obecnie do około dziesięciu tysięcy dolarów do końca dekady. Ta dziewięćdziesięcioprocentowa redukcja kosztów fundamentalnie zmieniłaby ekonomikę produkcji półprzewodników. Firma argumentuje, że unikając złożonego procesu wielokrotnego wzorowania, często wymaganego w technologii EUV, można radykalnie zmniejszyć liczbę etapów produkcji.

Jednak sceptycyzm branży jest uzasadniony i opiera się na trzeźwiących realiach technicznych i ekonomicznych. Demonstracja struktur w laboratorium to zupełnie inne przedsięwzięcie niż masowa produkcja z stabilną wydajnością. TSMC osiąga wydajność na poziomie około siedemdziesięciu procent w procesach czteronanometrowych, podczas gdy Samsung zmaga się z wydajnością na poziomie zaledwie trzydziestu pięciu procent przy użyciu podobnych technologii. Te liczby pokazują, jak kluczowe są stabilność procesu i minimalizacja defektów. Nawet najmniejsze odchylenia na poziomie atomowym mogą prowadzić do awarii.

Szczególnie krytycznym problemem we współczesnej litografii są efekty stochastyczne, czyli losowe zmiany w procesie naświetlania. W litografii EUV efekty te mogą już odpowiadać za ponad połowę całkowitego budżetu błędów i szacuje się, że do 2030 roku będą kosztować branżę ponad dziesięć miliardów dolarów strat rocznie. Problemy te wynikają z fundamentalnych praw fizyki małych struktur, gdzie liczba fotonów, rozkład cząsteczek rezystu i rozpraszanie elektronów są z natury losowe. Otwarte pozostaje pytanie, czy podłoża mogą pokonać te wyzwania lepiej w przypadku promieniowania rentgenowskiego niż ASML w przypadku EUV.

Kolejnym fundamentalnym problemem jest dostępność odpowiednich materiałów. Litografia EUV wymagała opracowania zupełnie nowych fotorezystów, zoptymalizowanych specjalnie pod kątem długości fali 13,5 nanometra. Japońskie firmy, takie jak JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu Chemical i Fujifilm, kontrolują ponad dziewięćdziesiąt procent rynku fotorezystów EUV. Materiały te oparte są na związkach zawierających metale, takich jak cyna, hafn czy cyrkon, które wykazują wyższą absorpcję w zakresie długości fali EUV. Podłoże musiałoby nie tylko opracować własne fotorezysty kompatybilne z promieniowaniem rentgenowskim, ale także uruchomić masową produkcję tych materiałów. Podobnie, precyzyjne maski do promieniowania rentgenowskiego i specjalistyczna optyka musiałyby być dostępne w dużych ilościach – a łańcuch dostaw obecnie nie istnieje.

Konsekwencje ekonomiczne: kto wygrywa, kto przegrywa

Potencjalny wpływ udanej technologii litografii rentgenowskiej na przemysł półprzewodników byłby ogromny i zmieniłby cały łańcuch wartości.

ASML jest w centrum tej potencjalnej rewolucji. Firma zainwestowała ponad czterdzieści lat w budowanie swojej pozycji lidera technologicznego. Sam rozwój systemów EUV pochłonął dekady i miliardy dolarów. Funkcjonujący konkurent nie tylko podważyłby siłę cenową ASML, ale mógłby również doprowadzić do ponownego przemyślenia całej strategii inwestycyjnej. Firma obecnie intensywnie inwestuje w systemy EUV o wysokiej rozdzielczości, które kosztują 380 milionów dolarów za sztukę i obiecują jeszcze wyższą rozdzielczość. Gdyby Substrate faktycznie osiągnął porównywalne lub lepsze wyniki przy jednej dziesiątej kosztów, fundamentalnie podważyłby plan działania ASML w zakresie systemów o wysokiej rozdzielczości. Akcjonariusze, którzy wyceniają ASML na ponad 300 miliardów dolarów, mogliby dokonać radykalnej zmiany.

Dla TSMC implikacje byłyby mieszane. Z jednej strony, tańsza technologia litografii mogłaby obniżyć koszty kapitałowe nowych fabryk. TSMC wydaje obecnie od 38 do 42 miliardów dolarów rocznie na nakłady inwestycyjne, z których znaczna część jest przeznaczana na systemy EUV. Maszyna EUV o niskiej wartości NA kosztuje około 235 milionów dolarów, a TSMC potrzebuje ich coraz więcej każdego roku. Tańsze alternatywy mogłyby poprawić marże. Z drugiej strony, Substrate nie planuje sprzedaży swoich systemów, lecz zamierza prowadzić własne fabryki. To uczyniłoby Substrate bezpośrednim konkurentem TSMC. Historia pokazuje, że modele zintegrowane pionowo rzadko odnoszą sukces w branży półprzewodników. Specjalizacja między firmami projektowymi fabless a odlewniami okazała się lepsza. Substrate musiałoby nie tylko sprostać wyzwaniom rozwoju technologii, ale także zupełnie innym wyzwaniom związanym z operacjami odlewni, relacjami z klientami i produkcją kontraktową. Czterdziestoletnie doświadczenie TSMC w optymalizacji procesów, kontroli jakości i obsłudze klienta stanowi ogromną przewagę konkurencyjną, której nie da się po prostu powtórzyć.

Dla projektantów układów fabless, takich jak Nvidia, AMD, Qualcomm i Broadcom, udana technologia substratu mogłaby otworzyć nowe możliwości. Firmy te są obecnie niemal całkowicie uzależnione od TSMC i, w mniejszym stopniu, od Samsunga. Sama Nvidia wygenerowała 124,4 miliarda dolarów przychodu w 2024 roku, głównie z procesorów AI. Jakakolwiek dywersyfikacja możliwości produkcyjnych zmniejszyłaby ryzyko w łańcuchu dostaw i potencjalnie wzmocniłaby pozycję negocjacyjną firmy z odlewniami. Jednak firmy te nie zdecydowałyby się na niesprawdzonego dostawcę, dopóki ten nie wykaże się stabilną jakością i wydajnością przez kilka lat. Przenoszenie projektu układu scalonego między różnymi odlewniami jest skomplikowane i kosztowne, ponieważ każdy producent stosuje inne zestawy do projektowania procesów.

Intel i Samsung, które projektują i produkują układy scalone oraz coraz częściej oferują usługi odlewnicze, znajdują się w trudnej sytuacji. Intel zmaga się z działem odlewniczym, który w 2023 roku poniósł stratę w wysokości siedmiu miliardów dolarów przy przychodach na poziomie 18,9 miliarda dolarów. Technologia 18A Intela ma zapewnić przewagę konkurencyjną, ale opóźnienia i problemy techniczne są notorycznie spotykane. Samsung stoi przed podobnymi wyzwaniami związanymi z wydajnością zaawansowanych węzłów. Nowa, tańsza technologia litografii mogłaby teoretycznie pomóc obu firmom, ale obie poczyniły ogromne inwestycje w procesy oparte na technologii EUV i nie zamierzają łatwo zmieniać technologii.

Dostawcy w łańcuchu wartości półprzewodników również odczuliby skutki zmian. Zeiss, niemiecki producent ultraprecyzyjnych zwierciadeł do systemów ASML, Trumpf, dostawca laserów dużej mocy, oraz Applied Materials, KLA i Lam Research, dostawcy innego sprzętu produkcyjnego, zainwestowali znaczne środki we wsparcie ekosystemu EUV. Nowa technologia wymagałaby nowych łańcuchów dostaw. Japońscy producenci fotorezystów musieliby albo opracować materiały kompatybilne z promieniowaniem rentgenowskim, albo stracić udziały w rynku.

Wymiar geopolityczny: suwerenność technologiczna i bezpieczeństwo ekonomiczne

Branża półprzewodników jest głęboko uwikłana w napięcia geopolityczne, a ogłoszenie dotyczące podłoża następuje w strategicznie ważnym momencie.

W ostatnich latach Stany Zjednoczone nałożyły na Chiny coraz bardziej restrykcyjne kontrole eksportu, aby ograniczyć ich dostęp do zaawansowanej technologii półprzewodnikowej. ASML ma zakaz sprzedaży Chinom swoich najnowocześniejszych systemów EUV. Polityka ta ma na celu ograniczenie możliwości Chin w zakresie rozwoju sztucznej inteligencji i zastosowań wojskowych. Jednocześnie rząd USA intensywnie inwestuje w relokację produkcji półprzewodników z powrotem do USA na mocy ustawy CHIPS, która przewiduje 39 miliardów dolarów w postaci bezpośrednich dotacji i 25-procentową ulgę podatkową na inwestycje.

Substrate idealnie wpisuje się w tę strategię. System litograficzny opracowany i wyprodukowany w USA zmniejszyłby zależność od technologii holenderskiej i tajwańskiej. Zaangażowanie Petera Thiela nie jest przypadkowe. Thiel wielokrotnie podkreślał potrzebę amerykańskiej autonomii technologicznej. In-Q-Tel, fundusz venture capital CIA, jest również inwestorem w Substrate, co podkreśla jego znaczenie dla bezpieczeństwa narodowego.

Jednak historia litografii rentgenowskiej pokazuje, że narodowi liderzy niekoniecznie odnoszą sukcesy. Stany Zjednoczone próbowały odzyskać pozycję lidera w dziedzinie półprzewodników w latach 80. i 90. XX wieku poprzez współpracę z SEMATECH, ale ostatecznie poniosły porażkę. ASML osiągnął przełom nie dzięki krajowej polityce przemysłowej, ale dzięki cierpliwemu rozwojowi technologicznemu, umiejętnej integracji łańcucha dostaw i przemyślanej współpracy z klientami. Pytanie brzmi, czy wsparcie rządowe może być skuteczne bez tych czynników.

Chiny z kolei odpowiadają na zachodnie ograniczenia eksportowe, dokonując ogromnych inwestycji w krajową technologię półprzewodników. Inicjatywa „Made in China 2025” stawia na pierwszym miejscu samowystarczalność. Jeśli projekt Substrate okaże się sukcesem, Chiny będą dążyć do uzyskania dostępu do tej technologii lub opracowania własnych alternatyw. SMIC, największa chińska odlewnia, poczyniła postępy w zakresie siedmionanometrowych procesów bez EUV, pomimo ograniczeń, choć z niższą wydajnością i wyższymi kosztami.

Europa znajduje się w skomplikowanej sytuacji. ASML jest firmą europejską, a mimo to rząd holenderski jest pod presją ze strony USA, by ograniczyć eksport. Ustawa o europejskich chipach (European Chips Act) przewiduje 43 miliardy euro dotacji, które mają podwoić udział europejskiego przemysłu półprzewodników w globalnym rynku z 10 do 20 procent. Alternatywna litografia zdominowana przez USA mogłaby dodatkowo podważyć strategiczną autonomię Europy.

Nasze globalne doświadczenie branżowe i biznesowe w zakresie rozwoju biznesu, sprzedaży i marketingu - Zdjęcie: Xpert.Digital

Skupienie się na branży: B2B, digitalizacja (od AI do XR), inżynieria mechaniczna, logistyka, odnawialne źródła energii i przemysł

Więcej na ten temat tutaj:

• Centrum biznesowe Xpert

Centrum tematyczne z przemyśleniami i wiedzą specjalistyczną:

• Platforma wiedzy na temat globalnej i regionalnej gospodarki, innowacji i trendów branżowych
• Zbieranie analiz, impulsów i informacji ogólnych z obszarów, na których się skupiamy
• Miejsce, w którym można zdobyć wiedzę i informacje na temat bieżących wydarzeń w biznesie i technologii
• Centrum tematyczne dla firm, które chcą dowiedzieć się więcej o rynkach, cyfryzacji i innowacjach branżowych

Przeszkody technologiczne: co leży między laboratorium a produkcją masową

Droga od imponujących wyników laboratoryjnych do masowej produkcji komercyjnej jest w branży półprzewodników niezwykle trudna i obarczona nieprzewidzianymi problemami.

Największym wyzwaniem w przypadku podłoża jest skalowanie. Pokazana demonstracja laboratoryjna dowodzi, że w zasadzie możliwe jest wytwarzanie struktur o odpowiednim zakresie rozmiarów. Jednak komercyjna litografia wymaga znacznie więcej. Maszyna ASML naświetla około 130 do 170 płytek na godzinę. Dokładność nakładania, tj. precyzyjne wyrównanie wielu warstw, musi być mniejsza niż jeden nanometr. Jednorodność na całej powierzchni płytki musi być niezwykle wysoka. Gęstość defektów musi mieścić się w zakresie mniejszym niż jeden defekt na centymetr kwadratowy. Spełnienie wszystkich tych wymagań jednocześnie, przy jednoczesnej stabilnej pracy systemu przez wiele miesięcy, to monumentalne osiągnięcie inżynieryjne.

Źródło akceleratora cząstek używane przez Substrate musi działać z niezwykłą stabilnością. Wszelkie wahania intensywności lub położenia wiązki mogłyby wpłynąć negatywnie na jakość. ASML poświęciło lata na stabilizację swojego laserowo-plazmowego źródła cyny do EUV. Źródło to wystrzeliwuje 50 000 maleńkich kropelek cyny na sekundę do komory próżniowej, gdzie są one dwukrotnie uderzane przez 30-kilowatowy laser CO2, generując plazmę emitującą światło EUV. Złożoność tego rozwiązania wynikała z lat iteracji. Substrate twierdzi, że oferuje bardziej kompaktowe i ekonomiczne rozwiązanie, ale bez lat testów terenowych pozostaje to jedynie spekulacją.

Optyka do promieni rentgenowskich zasadniczo różni się od tej do EUV lub DUV. Promieni rentgenowskich nie można skupiać za pomocą soczewek, ponieważ są one absorbowane przez większość materiałów. Zamiast tego potrzebne są specjalne lustra o padaniu grazingowym. Lustra te muszą być produkowane z zapierającą dech w piersiach precyzją. Zeiss produkuje lustra dla ASML, gdzie, w skali Niemiec, największe odchylenia od idealnego kształtu wyniosłyby zaledwie jedną dziesiątą milimetra. Nie jest jasne, czy taka precyzja istnieje lub czy można ją osiągnąć dla optyki rentgenowskiej.

Materiały fotorezystowe do litografii rentgenowskiej nie są dostępne w ilościach komercyjnych. Opracowywanie nowych systemów rezystowych zazwyczaj zajmuje lata i wymaga ścisłej współpracy chemików, materiałoznawców i inżynierów procesowych. Rezysty muszą charakteryzować się wysoką rozdzielczością, a jednocześnie wystarczającą odpornością na trawienie, aby służyć jako maska ​​w kolejnych etapach przetwarzania. Muszą charakteryzować się niską chropowatością krawędzi i nie mogą powodować niepożądanych reakcji ubocznych. Japońscy liderzy rynku w tej dziedzinie nie będą automatycznie współpracować z nowym konkurentem.

Nadaje się do:

• Wojna o układy AI zaostrza się: koszmar Nvidii? Chiny kontratakują, wprowadzając własne układy AI – a Alibaba to dopiero początek

Model biznesowy: Integracja pionowa jako Segen czy przekleństwo

Substrate realizuje radykalną strategię, odbiegającą od ugruntowanej branży. Zamiast sprzedawać systemy litograficzne istniejącym odlewniom, firma planuje budowę i eksploatację własnych zakładów produkcji półprzewodników.

Ta integracja pionowa stoi w sprzeczności z dominującym modelem biznesowym ostatnich czterech dekad. Odkąd Morris Chang założył TSMC w 1987 roku i wprowadził model odlewni pure-play, branża staje się coraz bardziej wyspecjalizowana. Firmy projektowe typu „fabless” koncentrują się na architekturze i projektowaniu układów scalonych, odlewnie na produkcji, a dostawcy sprzętu, tacy jak ASML, na konkretnych technologiach. Ta specjalizacja pozwala każdemu graczowi osiągnąć pozycję światowej klasy w swojej dziedzinie.

Substrate argumentuje, że integracja pionowa zmniejsza koszty koordynacji i umożliwia szybsze innowacje. Tesla i SpaceX są często cytowane jako przykłady udanej integracji pionowej. Jednak branża półprzewodników jest inna. Intensywność kapitału jest ekstremalna. Nowoczesna fabryka kosztuje od piętnastu do dwudziestu miliardów dolarów. TSMC wydaje ponad czterdzieści miliardów dolarów rocznie na nakłady inwestycyjne. Substrate pozyskało do tej pory sto milionów dolarów i jest wyceniane na ponad miliard dolarów. Aby stać się konkurencyjnym, firma musiałaby zainwestować sto razy tyle.

Co więcej, obsługa odlewni wymaga zupełnie innych umiejętności niż rozwijanie technologii litograficznej. TSMC zatrudnia ponad 70 000 osób, z których wielu to wysoko wyspecjalizowani inżynierowie procesowi. Firma posiada ponad 40 lat doświadczenia w optymalizacji wydajności, analizie defektów i zarządzaniu relacjami z klientami. Każdy nowy węzeł procesowy wymaga tysięcy eksperymentów i iteracji. Krzywa uczenia się jest stroma i kosztowna.

Pytanie brzmi również, kim byliby klienci Substrate. Duże firmy działające w modelu fabless, takie jak Nvidia, AMD i Qualcomm, utrzymują długoterminowe, ściśle zintegrowane relacje z TSMC. Partnerstwa te opierają się na wieloletniej współpracy, wspólnie opracowywanych zestawach do projektowania procesów i wzajemnym zaufaniu. Nowa odlewnia musiałaby oferować wyjątkowe korzyści, aby zerwać te relacje. Same niższe koszty nie wystarczą, gdy ryzyko związane z wydajnością, niezawodnością i terminami dostaw jest niepewne.

Intel od lat stara się rozwijać swoją działalność w zakresie odlewnictwa i boryka się z poważnymi problemami. Dział Intel Foundry Services wygenerował zaledwie osiem milionów dolarów przychodów zewnętrznych w trzecim kwartale 2024 roku. Straty są ogromne. To pokazuje, jak trudno jest, nawet dla uznanego giganta półprzewodników, wejść na rynek odlewniczy. Podłoża musiałyby zaczynać od zera.

Horyzont czasowy: 2028 i później

Plany Substrate zakładają rozpoczęcie masowej produkcji w 2028 roku. To wyjątkowo ambitny harmonogram. Przejście od obecnej demonstracji laboratoryjnej do produkcji komercyjnej w ciągu około trzech lat wymagałoby perfekcyjnego przebiegu wszystkich działań.

Dla porównania: ASML rozpoczęło prace nad wstępnymi prototypami alfa dla EUV w 2006 r., dostarczyło swój pierwszy system przedprodukcyjny w 2010 r., a produkcję na dużą skalę osiągnęło dopiero w 2019 r. Od pierwszej demonstracji do produkcji masowej minęło zatem trzynaście lat, a to wszystko w firmie, która już wcześniej miała duże doświadczenie w litografii.

Firma Substrate musiałaby nie tylko doprowadzić swoją technologię litograficzną do stanu gotowości produkcyjnej w ciągu trzech lat, ale także zbudować fabrykę, stworzyć łańcuchy dostaw wszystkich niezbędnych materiałów i sprzętu, opracować i zoptymalizować procesy, pozyskać klientów i uzyskać niezbędne pozwolenia. Nawet jeśli technologia się sprawdzi, ten harmonogram jest nierealny.

Bardziej realistycznym terminem byłoby osiem do dwunastu lat do momentu znaczącej produkcji komercyjnej. Oznaczałoby to, że wpływ na branżę byłby odczuwalny najwcześniej w połowie lat 30. XXI wieku. Do tego czasu ASML będzie w stanie wdrożyć swoje systemy EUV o wysokiej NA, TSMC prawdopodobnie będzie pracować nad procesami o wielkości jednego nanometra lub mniejszej, a cała branża może podążać w kierunku, który sprawi, że podejście Substrate stanie się przestarzałe.

Alternatywne scenariusze przyszłości: Co naprawdę mogłoby się wydarzyć?

Zapowiedź Substrate rodzi ważne pytania, ale prawdopodobne scenariusze wahają się od całkowitej porażki do częściowego sukcesu, który subtelnie wpłynie na branżę, ale nie dokona w niej rewolucji.

Pesymistyczny scenariusz zakłada, że ​​Substrate nie pokona przeszkód technicznych. Fizyka litografii rentgenowskiej może okazać się zbyt problematyczna, efekty stochastyczne mogą być niekontrolowane, a koszty kapitałowe mogą stać się zbyt wysokie. Firma albo upadnie, albo zepchnie się do niszy w wyspecjalizowanych zastosowaniach. Historycznie rzecz biorąc, większość konkurentów dla uznanych technologii poniosła porażkę. Nikon i Canon próbowali konkurować z ASML w wyścigu EUV i zrezygnowali.

Scenariusz pośredni zakładałby, że Substrate doprowadzi do częściowej funkcjonalności technologii, ale nie po obiecanej cenie ani z wymaganą niezawodnością. Firma mogłaby wówczas udzielić licencji na swoją technologię uznanemu graczowi. Sama firma ASML mogłaby być zainteresowana oceną litografii rentgenowskiej jako potencjalnej technologii nowej generacji po technologii High-NA EUV. Alternatywnie, duży producent półprzewodników, taki jak Intel lub Samsung, mógłby nabyć tę technologię, aby wyróżnić swoje własne możliwości produkcyjne.

Optymistycznym scenariuszem byłoby to, że Substrate rzeczywiście opracuje działające, bardziej ekonomiczne rozwiązanie litograficzne, ale porzuci działalność odlewniczą i zamiast tego sprzeda systemy uznanym producentom. Obniżyłoby to bariery wejścia na rynek i mogłoby doprowadzić do zdrowszej konkurencji na rynku sprzętu litograficznego. ASML odczuwałoby presję, aby obniżyć ceny i szybciej wprowadzać innowacje. Skorzystałaby na tym cała branża.

Scenariusz transformacyjny, w którym Substrate opanuje technologię, z powodzeniem uruchomi własne fabryki i stanie się znaczącym konkurentem dla odlewni, wydaje się najmniej prawdopodobny. Połączenie innowacji technologicznych z innowacjami w zakresie modeli biznesowych w jednej z najbardziej kapitałochłonnych i złożonych branż świata to niezwykłe wyzwanie.

Szersze implikacje: prawo Moore’a, ograniczenia miniaturyzacji i alternatywne ścieżki

Historia Substrate stawia również fundamentalne pytania dotyczące przyszłości przemysłu półprzewodnikowego. Prawo Moore'a, czyli obserwacja, że ​​liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się mniej więcej co dwa lata, wyznacza trendy w branży od lat 60. XX wieku. Coraz częściej jednak pojawiają się głosy wieszczące koniec tego trendu.

Ograniczenia fizyczne stają się coraz bardziej widoczne. Tranzystory zbliżają się do rozmiarów atomowych. W strukturach poniżej trzech nanometrów zachodzą efekty kwantowe, takie jak tunelowanie, gdzie elektrony przeskakują w niekontrolowany sposób przez bariery. Wytwarzanie ciepła staje się problematyczne. Prądy upływu elektronów rosną. Niektórzy eksperci twierdzą, że prawo Moore'a wygasło już w 2016 roku, kiedy Intel potrzebował pięciu lat, aby przejść z dziesięciu do siedmiu nanometrów, zamiast tradycyjnych dwóch lat.

Ograniczenia ekonomiczne są równie istotne. Prawo Rocka głosi, że koszt budowy fabryki półprzewodników podwaja się mniej więcej co cztery lata. Fabryka produkująca półprzewodniki w technologii dwunanometrowej kosztuje dwadzieścia miliardów dolarów lub więcej. Liczba firm, które mogą sobie pozwolić na takie inwestycje, maleje. W wyścigu o czołowe węzły pozostają tylko TSMC, Samsung i Intel. Wszyscy inni wycofali się i koncentrują na bardziej dojrzałych, dochodowych technologiach.

W tym kontekście obietnica firmy Substrate dotycząca drastycznej redukcji kosztów jest szczególnie kusząca. Jeśli się powiedzie, więcej graczy mogłoby wejść na rynek wiodącej produkcji półprzewodników, co pobudziłoby konkurencję. Jednak nawet przy tańszej litografii, całkowity koszt produkcji pozostaje ogromny, ponieważ litografia stanowi zaledwie około dwudziestu procent całkowitych kosztów sprzętu.

Alternatywne podejścia do kontynuacji prawa Moore'a są intensywnie badane. Nowe architektury tranzystorów, takie jak tranzystory bramkowe FET, które Samsung i TSMC wprowadzają w procesach trójnanometrowych, poprawiają kontrolę nad przepływem elektronów. Trójwymiarowe układanie układów scalonych w stosy za pomocą zaawansowanych technologii pakowania, takich jak CoWoS firmy TSMC, umożliwia integrację większej funkcjonalności w mniejszych objętościach. Nowe materiały, takie jak azotek galu czy nanorurki węglowe, mogłyby uzupełnić lub zastąpić krzem. Neuromorficzne architektury obliczeniowe i komputery kwantowe obiecują fundamentalnie odmienne paradygmaty obliczeniowe.

Ukierunkowany samoorganizacja kopolimerów blokowych i litografia nanoimprint to kolejne alternatywne metody litograficzne, które są obecnie badane. Technologie te mogą przynieść korzyści w niektórych zastosowaniach, ale jak dotąd nie weszły do ​​masowej produkcji. Przemysł półprzewodników jest konserwatywny w kwestii zmian procesowych, ponieważ ryzyko jest zbyt wysokie.

Fascynujące wyzwanie z niepewnym wynikiem

Ogłoszenie Substrate jest niewątpliwie ekscytujące i stawia ważne pytania dotyczące przyszłości produkcji półprzewodników. Potencjalny wpływ na istniejące monopole, geopolityczne struktury władzy i równowagę ekonomiczną w tej kluczowej branży jest znaczący.

Należy jednak zachować trzeźwy realizm. Historia przemysłu półprzewodnikowego pełna jest obiecujących technologii, które zawiodły, i zapowiedzi, które okazały się przesadzone. Litografia rentgenowska była już w latach 80. i 90. XX wieku reklamowana jako przyszłość i ostatecznie poniosła porażkę. Wyzwania techniczne, ekonomiczne i organizacyjne, którym musi sprostać Substrate, są monumentalne.

ASML i TSMC nie osiągnęły dominującej pozycji przypadkiem, ale dzięki dekadom cierpliwej pracy, ogromnym inwestycjom, przemyślanym partnerstwom i doskonałości technicznej. Firmy te nie będą biernie przyglądać się, jak nowi gracze wkraczają na ich rynki. Przyspieszą własne innowacje, dostosują ceny i postarają się utrzymać potencjalnych klientów.

Dla inwestorów Substrate, w tym Petera Thiela i In-Q-Tel, jest to przedsięwzięcie wysokiego ryzyka, z potencjalnie ogromnymi zyskami, ale także z bardzo realnym ryzykiem całkowitej straty. Dla całego przemysłu półprzewodników ten rozwój sytuacji stanowi pozytywny sygnał, że innowacje jeszcze się nie skończyły i że poszukuje się nowych rozwiązań. Nawet jeśli Substrate poniesie porażkę, wyciągnięte wnioski mogą zaowocować przyszłymi przedsięwzięciami.

Nadchodzące lata pokażą, czy Substrate rzeczywiście zrewolucjonizuje branżę półprzewodników, czy też okaże się jedynie kolejnym epizodem w długiej walce o przesunięcie granic miniaturyzacji. Ekonomiczny, technologiczny i geopolityczny wymiar tej historii sprawia, że ​​jest to fascynujące studium przypadku innowacji, rewolucji i granic możliwości w jednej z najbardziej złożonych branż współczesnej gospodarki.

Wojna o chipy 2.0: Dlaczego USA, Chiny i Europa stoją w obliczu zupełnie innych zagrożeń

Zagrożenie to nie ogranicza się bynajmniej do Europy, ale dotyczy całego globalnego przemysłu półprzewodników. Jednak charakter zagrożenia dla USA i Chin jest zasadniczo inny niż dla Europy.

1. Zagrożenie dla Europy (zwłaszcza ASML)

Dla Europy zagrożenie jest bezpośrednie i egzystencjalne.

ASML na celowniku: Substrate celuje w samo serce europejskiego klejnotu technologicznego, ASML. Jeśli litografia rentgenowska okaże się sukcesem, przełamie ona trwający dekady monopol ASML na najnowocześniejsze systemy litograficzne.

Szkody ekonomiczne: Skuteczny konkurent podważyłby ogromną siłę cenową i wysokie marże ASML. Inwestycje w nową generację (High-NA EUV), które kosztują setki milionów dolarów na maszynę, mogą okazać się nietrafioną inwestycją.

Osłabienie ekosystemu: Zagrożenie dotyczy całego europejskiego łańcucha dostaw zbudowanego wokół ASML, w szczególności zaś niemieckich firm high-tech, takich jak Zeiss (optyka) i Trumpf (lasery).

Strata geopolityczna: Europa traci swoją najważniejszą dźwignię geopolityczną. Kontrola nad ASML daje UE (i Holandii) unikalną pozycję siły w globalnych konfliktach technologicznych, pozycję już ograniczoną przez presję ze strony USA. Alternatywa ze strony USA niemal całkowicie wyeliminowałaby tę pozycję.

2. Zagrożenie dla konkurencji w USA

Dla USA jest to miecz obosieczny: strategiczna szansa dla kraju i destrukcyjne zagrożenie dla ugruntowanej pozycji amerykańskich graczy.

Zagrożenie dla Intela i Samsunga: Firmy takie jak Intel i Samsung, które intensywnie inwestują w USA (wspierane przez ustawę CHIPS Act), oparły wszystkie swoje strategie na technologii EUV firmy ASML. Zainwestowały miliardy w fabryki wykorzystujące EUV. Nowa, niekompatybilna technologia firmy Substrate obniżyłaby wartość tych inwestycji i zmusiłaby je do całkowitego przemyślenia planów rozwoju.

Na rynku krajowym pojawia się nowy konkurent: Substrate planuje nie tylko sprzedawać maszyny, ale także prowadzić własną odlewnię. To uczyniłoby z nich bezpośrednią konkurencję dla ambicji Intela w zakresie odlewni i amerykańskich fabryk Samsunga. Nowy, potencjalnie tańszy gracz, znacząco zwiększyłby presję konkurencyjną na rynku krajowym.

Korzyść dla firm działających w modelu fabless: Dla projektantów układów scalonych, takich jak Nvidia, AMD czy Qualcomm, ten rozwój to przede wszystkim szansa. Obecnie są oni zależni od TSMC. Nowy, amerykański dostawca rozwiązań w zakresie odlewni wzmocniłby ich pozycję negocjacyjną i zmniejszył ryzyko w łańcuchu dostaw. Ich „zagrożenie” byłoby jedynie pośrednie, gdyby Substrate upadło i zamroziło cenny kapitał inwestycyjny, który mógłby zostać wykorzystany gdzie indziej.

Podsumowując, dla USA: nie stanowi to zagrożenia dla bezpieczeństwa narodowego ani gospodarki (wręcz przeciwnie), ale stanowi destrukcyjne zagrożenie dla istniejącej równowagi i modeli biznesowych uznanych amerykańskich producentów półprzewodników.

3. Zagrożenie dla Chin

Dla Chin zagrożenie ma charakter czysto geopolityczny i strategiczny – potencjalnie nawet większy niż to, które stwarza ASML.

Zaostrzenie blokady technologicznej: Stany Zjednoczone już uniemożliwiają firmie ASML dostarczanie jej najnowocześniejszych systemów EUV do Chin. Jeśli wiodąca technologia litografii będzie teraz rozwijana bezpośrednio przez amerykańską firmę z udziałem CIA, kontrola eksportu stanie się jeszcze bardziej rygorystyczna i nieprzekraczalna. Amerykański monopol technologiczny ulegnie wzmocnieniu.

Różnica się powiększa: Chiny z trudem nadrabiają zaległości w stosunku do bardziej zaawansowanych węzłów (takich jak proces 7 nm firmy SMIC) wykorzystujących starszą technologię DUV. Nowa, znacznie tańsza i wydajniejsza technologia z Zachodu cofnęłaby Chiny o lata i drastycznie pogłębiłaby lukę technologiczną.

Rosnąca presja na samowystarczalność: Ten rozwój sytuacji jest ostatecznym dowodem dla Chin, że nigdy nie mogą polegać na zachodniej technologii. Znacznie zwiększyłoby to presję na chiński rząd, aby zainwestował jeszcze więcej środków w rozwój własnej, krajowej technologii litograficznej – niezwykle kosztownego i długotrwałego przedsięwzięcia.

☑️Naszym językiem biznesowym jest angielski lub niemiecki

☑️ NOWOŚĆ: Korespondencja w Twoim języku narodowym!

Konrad Wolfenstein

Chętnie będę służyć Tobie i mojemu zespołowi jako osobisty doradca.

Możesz się ze mną skontaktować wypełniając formularz kontaktowy lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 89 89 674 804 (Monachium) . Mój adres e-mail to: wolfenstein ∂ xpert.digital

Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.

☑️ Wsparcie MŚP w zakresie strategii, doradztwa, planowania i wdrażania

☑️ Stworzenie lub dostosowanie strategii cyfrowej i cyfryzacji

☑️Rozbudowa i optymalizacja procesów sprzedaży międzynarodowej

☑️ Globalne i cyfrowe platformy handlowe B2B

☑️ Pionierski rozwój biznesu / marketing / PR / targi

Skorzystaj z bogatej, pięciokrotnej wiedzy specjalistycznej Xpert.Digital w ramach kompleksowego pakietu usług | Badania i rozwój, XR, PR i optymalizacja widoczności cyfrowej — Zdjęcie: Xpert.Digital

Xpert.Digital posiada dogłębną wiedzę na temat różnych branż. Dzięki temu możemy opracowywać strategie „szyte na miarę”, które są dokładnie dopasowane do wymagań i wyzwań konkretnego segmentu rynku. Dzięki ciągłej analizie trendów rynkowych i śledzeniu rozwoju branży możemy działać dalekowzrocznie i oferować innowacyjne rozwiązania. Dzięki połączeniu doświadczenia i wiedzy generujemy wartość dodaną i dajemy naszym klientom zdecydowaną przewagę konkurencyjną.

Więcej na ten temat tutaj:

• Wykorzystaj 5-krotną wiedzę Xpert.Digital w jednym pakiecie – już od 500 €/miesiąc