Samsung bierze się za 12-calowe maski. Bo 6 cali najwyraźniej przestało wystarczać AI

Samsung i ASML właśnie rozszerzyły współpracę nad technologią, która brzmi jak coś wyjątkowo mało ekscytującego: fotomaskami o rozmiarze 12 cali. W praktyce chodzi jednak o jeden z elementów, które mogą zdecydować o tym, jak wydajnie będą produkowane przyszłe pamięci DRAM i największe układy dla sztucznej inteligencji. Samsung dołącza do inicjatywy rozwijającej nowy standard dużych fotomasek dla maszyn High NA EUV. Jednocześnie koreański producent zapowiada, że chce wykorzystać High NA EUV w masowej produkcji DRAM już w 2028 roku — według firmy jako pierwszy producent pamięci na świecie.

Jeżeli ktoś właśnie zastanawia się, dlaczego największym problemem ery AI stał się kawałek bardzo precyzyjnie wykonanego szkła, spokojnie.

Branża półprzewodników od dawna działa na zasadzie: im bardziej absurdalnie skomplikowane rozwiązanie, tym większa szansa, że właśnie ono znajduje się w telefonie za 4000 zł.

Najpierw: czym właściwie jest fotomaska?

Procesor czy pamięć nie są „drukowane” na krzemie bezpośrednio z pliku projektowego. W procesie litografii wykorzystuje się fotomaskę, czyli niezwykle precyzyjny wzorzec zawierający fragment układu elektronicznego. Maszyna litograficzna wykorzystuje światło do przeniesienia tego wzoru na wafer krzemowy. W technologii EUV sprawa komplikuje się jeszcze bardziej, ponieważ wykorzystywane światło o długości fali 13,5 nm jest pochłaniane przez większość materiałów. Zamiast klasycznych soczewek maszyny ASML korzystają więc z systemu niezwykle precyzyjnych zwierciadeł pracujących w próżni.

W skrócie:

to trochę jak drukowanie.

Tylko drukarka kosztuje setki milionów euro, wzór trzeba odwzorować z dokładnością liczoną w nanometrach, a drobny błąd zamiast źle wydrukowanej faktury daje partię procesorów, których nikt nie chce kupić.

High NA EUV widzi więcej. Ale ma mniejsze pole widzenia

Obecne systemy EUV korzystają z optyki o aperturze numerycznej 0,33. Nowa generacja High NA EUV zwiększa ją do 0,55, co pozwala drukować mniejsze i gęściej upakowane elementy układu. ASML podaje rozdzielczość rzędu 8 nm dla platformy High NA, podczas gdy dalsze zmniejszanie struktur ma pozwolić branży utrzymywać skalowanie procesorów i pamięci przez kolejne generacje. Technologia ma jednak pewien drobiazg. Przez zastosowanie optyki anamorfotycznej High NA oferuje około połowę klasycznego pola ekspozycji w jednym wymiarze. Jeśli projektowany chip jest większy, trzeba podzielić wzór i połączyć dwie ekspozycje.

Proces nazywa się stitching.

Technicznie działa.

Produkcyjnie jest mniej przyjemny.

Każde dodatkowe naświetlanie oznacza więcej czasu, większą komplikację procesu i kolejne miejsce, w którym coś może pójść nieidealnie. Dane ASML pokazują również zauważalnie niższą przepustowość High NA w scenariuszach wymagających stitchingu. Czyli branża stworzyła maszynę, która widzi znacznie dokładniej.

Po czym odkryła, że widzi trochę za mały kawałek naraz.

Technologia jest piękna.

Dlatego nagle potrzebujemy maski dwa razy większej

Przemysł półprzewodników korzysta z 6-calowych fotomasek od dziesięcioleci. Samsung dołącza teraz do inicjatywy prowadzonej przez ASML, która ma opracować przejście na format 12-calowy. Większa maska może pozwolić systemom High NA wykorzystywać większe pole bez konieczności dzielenia dużych projektów na kilka ekspozycji.

Według Samsunga i ASML ma to:

• zwiększyć produktywność fabryk,
• ograniczyć potrzebę stitchingu,
• uprościć produkcję największych układów,
• a w efekcie obniżyć koszt wytwarzania zaawansowanych chipów.

Reuters podaje, że ASML szacuje potencjalny wzrost produktywności takich systemów nawet na około 40%, jeżeli branży uda się wdrożyć większe maski zgodnie z planem. I właśnie dlatego różnica między 6 a 12 calami nie jest tutaj kosmetyczna. To nie jest większe pudełko na ten sam produkt. To potencjalnie sposób na wykorzystanie High NA bez części kosztownych kompromisów technologii.

Samsung chce wejść z High NA do DRAM już w 2028 roku

Jeszcze ciekawsza jest druga część dzisiejszej informacji. Samsung zapowiada wykorzystanie High NA EUV w masowej produkcji przyszłych generacji DRAM w 2028 roku. Firma chce być pierwszym producentem pamięci, który użyje tej technologii w produkcji na dużą skalę. To nieprzypadkowy kierunek.

Rozwój AI gwałtownie zwiększa zapotrzebowanie zarówno na pamięci, jak i potężne układy obliczeniowe. ASML wskazuje, że inwestycje związane ze sztuczną inteligencją już napędzają popyt na zaawansowane chipy logiczne i pamięci, a producenci zwiększają plany dotyczące nowych mocy produkcyjnych. High NA może pozwolić producentom pamięci tworzyć mniejsze struktury przy mniejszej liczbie skomplikowanych etapów patterningu. ASML podawało wcześniej, że klienci testujący technologię wskazywali możliwość przejścia w wybranych zastosowaniach z trzech masek EUV do jednej i radykalnego zmniejszenia liczby operacji procesowych. W fabryce półprzewodników mniej etapów oznacza bardzo konkretną rzecz: mniej czasu, mniej potencjalnych defektów i — jeśli wszystko pójdzie zgodnie z prezentacją PowerPoint — niższy koszt.

Samsung musi jednak gonić również konkurencję

W komunikacie firmy oczywiście dominują „leadership”, „innovation” i „AI era”, ponieważ regulamin korporacyjnych informacji prasowych najwyraźniej wymaga użycia tych słów przynajmniej raz na ekran. W rzeczywistości wyścig jest bardziej skomplikowany. Intel już wykorzystuje High NA EUV do produkcji wybranych warstw procesorów Core Ultra Series 3 w procesie Intel 18A. ASML informowało w lipcu, że jest to pierwszy przypadek wykorzystania tej technologii w produkcji układów logicznych na dużą skalę.

TSMC deklaruje natomiast wykorzystanie High NA w zaawansowanej produkcji od około 2030 roku. Samsung chce wejść wcześniej w DRAM, a SK Hynix również celuje w wykorzystanie High NA w produkcji pamięci w 2028 roku.

Nie mamy więc jednego wyścigu.

Mamy kilka jednocześnie:

kto pierwszy zastosuje High NA w logice, kto w pamięciach, kto osiągnie odpowiednią wydajność, kto ograniczy koszty i kto zrobi to wszystko bez zamienienia fabryki w najdroższy eksperyment naukowy świata.

A 12-calowe maski? Tu jeszcze chwilę poczekamy

Samsung chce wykorzystać High NA EUV w DRAM od 2028 roku, ale nie oznacza to, że już wtedy produkcja będzie opierała się na nowych 12-calowych maskach. ASML dopiero buduje cały ekosystem większego formatu. Według Reutersa pilotażowa linia dla dużych masek ma pojawić się około 2031 roku, natomiast technologia ma być gotowa do szerokiej produkcji około 2033 roku.

To dobrze pokazuje skalę przedsięwzięcia. Nie wystarczy zrobić większej maski. Trzeba przebudować urządzenia do jej produkcji, kontroli, transportu i inspekcji, stworzyć standardy oraz sprawić, żeby cały łańcuch półprzewodnikowy potrafił z niej korzystać. Zmiana kawałka szkła uruchamia więc wieloletni projekt obejmujący pół branży.

Samsung przygotowuje się do wojny, w której telefon jest już tylko produktem końcowym

Z perspektywy konsumenta Samsung kojarzy się głównie z Galaxy, telewizorami i sprzętem AGD. Tymczasem znacznie ciekawsza walka odbywa się kilka poziomów niżej — w fabrykach półprzewodników. Jeżeli Samsung skutecznie wdroży High NA EUV do produkcji pamięci, może poprawić gęstość, wydajność i ekonomikę kolejnych generacji DRAM. Jeśli później większe fotomaski pozwolą ograniczyć stitching i podnieść produktywność systemów, korzyści mogą być jeszcze większe.

Nie zobaczymy napisu „12-inch photomask inside” na pudełku kolejnego Galaxy.

I dobrze.

Marketing Samsunga ma już wystarczająco dużo logotypów. Ale za kilka lat właśnie takie mało widowiskowe zmiany mogą zdecydować o tym, ile pamięci będzie miał telefon, ile energii zużyje centrum danych i ile będzie kosztowało wyprodukowanie kolejnego procesora do AI. Samsung postanowił więc przygotować się do przyszłości, zwiększając maskę z sześciu do dwunastu cali. W branży półprzewodników nawet „zróbmy to większe” wymaga najwyraźniej siedmiu lat badań i maszyny wartej fortunę.

Anna Rajczak