Annak ellenére, hogy Kína előrelépést tett a litográfiai eszközök fejlesztésében, az elemzők szerint még mindig jelentős lemaradásban van a legmodernebb chipek előállításához szükséges berendezéseket gyártó holland ASML-hez képest. A kínai Ipari és Információs Technológiai Minisztérium (MIIT) által közzétett specifikációk szerint két új fotolitográfiai szkennert fejlesztettek ki, az egyik KrF, a másik ArF fényforrással működik, de a részletes képességeikről, például a minták illesztésének pontosságáról nem adtak információt. Az elemzők szerint a gépek valószínűleg a DCO-szabványt használják, ami azt jelenti, hogy nem alkalmasak 8 nm alatti chipek gyártására, mivel a 8 nm-es illesztési pontosság nem elegendő a többszörös mintázási eljárásokhoz.  

A DCO-szabvány tavaly az amerikai exportellenőrzések középpontjába került, miután az Egyesült Államok korlátozta a 2,4 nm-es illesztési pontosságú gépek Kínába exportálását, és ez megakadályozta az ASML-t abban, hogy a legfejlettebb DUV litográfiai gépeit kínai vevőknek adja el. A holland cég 1980i gépe, amely 10 nm-es és kisebb chipek gyártására is képes, kulcsfontosságú eszköz a kínai gyártók számára, amelyek az amerikai korlátozások fokozódása miatt felhalmozták az ASML eszközeit. A kínai Shanghai Micro Electronics Equipment még nem képes tömeggyártásban 28 nm-es és kisebb csomópontokhoz használható eszközöket gyártani, így az ázsiai ország a fejlett chipek előállítása terén továbbra is függ a külföldi technológiától.  

Ugyanakkor az már korántsem biztos, hogy Kína a technológiai lemaradását csupán az egyre kisebb chipek gyártásával tudja behozni. 

Amikor a Biden-kormányzat 2022 októberében új exportellenőrzéseket vezetett be bizonyos félvezetőkre és azok gyártási eszközeire, mindössze három kérdést vetett fel – az amerikai vállalatok bevételeire, illetve a kínai technológiapolitikára gyakorolt hatást, valamint azt, hogy ezek az intézkedések ösztönöznek-e más országokat, köztük Kínát arra, hogy az ellenőrzések elkerülése érdekében ők is „létrehozzák”, sőt felülmúlják az amerikai technológiát. 

Most, hogy eltelt két év, az első két kérdésre lassan választ kapunk. A chipgyártókra nézve a bevételi hatás kicsi volt, a szerszám-előállítókat figyelembe véve viszont nagyobb, és ez idővel egyre nő, ahogy mind fejlettebb chipek kerülnek a szabályozás hatálya alá.  

Ami a második kérdést illeti, az ellenőrzések nem változtattak azon, hogy Kína saját technológiát fejlesszen ebben az ágazatban, de kétségtelenül felgyorsították az ázsiai nagyhatalom erőfeszítéseit. 

A harmadikra azonban továbbra sincs válasz, nem véletlen, hogy a Stratégiai és Nemzetközi Tanulmányok Központjának (CSIS) Scholl Nemzetközi Üzleti Tanszéke ezt a kérdést vizsgálja. Az intézmény a félvezetők ellátási láncának négy részét kutatja: a csomagolást, a gyártási eszközöket, az alkomponenseket és a tervezést. 

Van-e alternatíva? 

A tanulmányok először az exportellenőrzésre adott két lehetséges választ vizsgálják. Az egyik, az új tervezés, ami azt jelenti, hogy alternatív forrásokat kell találni és beilleszteni azokat az amerikai technológiákba. A másik, a kitérő tervezés olyan új technológiák kifejlesztését jelenti, amelyek megkerülik a tengerentúli technológiát.  

Ha bármelyik megoldás sikeres lesz, az a félvezető-ellátási láncoknak az Egyesült Államoktól való függőség elhagyásához vezet, ami azt jelenti, hogy az amerikai cégek számára jelentős bevételvesztéssel is jár. 

A csomagolás, azaz a félvezető eszközök összekapcsolása és integrálása korábban a gyártási folyamat utolsó állomása volt, ami az ellátási lánc többi részéhez képest viszonylag alacsony hozzáadott értékű lépés, és amelyet gyakran kiszerveztek harmadik félnek. Ezzel szemben a fejlett, hatékonyabb összekapcsolás (csomagolás) egyre fontosabbá válik: ez lehet a korszerűbb chipek kifejlesztésének az eszköze és az azok sűrűségére vonatkozó korlátozások megkerülésének módja. Ahogy a chipek mérete megközelíti az 1-2 nanométert, a fejlődés útja a több összekapcsolt lapka egymásra helyezése lesz új architektúrákban – az úgynevezett „chipletekben” –, amelyeket a fejlett csomagolás tesz lehetővé. Ugyanilyen fontos, hogy a chipletarchitektúra miatt lehetőség nyílik a kisebb képességű chipekből álló csomagok összeállítására, amelyek együttesen a legfejlettebb félvezetők képességeit is elérhetik vagy meghaladhatják. Amint a CSIS tanulmánya megállapítja,  

a chiplettechnológia felhasználható olyan mikroelektronikai rendszerek létrehozására, amelyek úgy működnek, mint a legmodernebb félvezetőket tartalmazó megoldások – ráadásul anélkül, hogy hozzáférnénk az ilyen chipek előállításához szükséges fejlett gyártási technológiához.  

A korszerű összekapcsolási metódusok lehetőséget biztosítanak Kína számára, hogy újszerű gyártási képességek kifejlesztésével megkerülje a fejlett chipekre vonatkozó amerikai export- és technológiai ellenőrzéseket. A kínai cégek már most is alkalmaznak ilyen módszereket. A Huawei és a HiSilicon 2022-ben kezdte el vizsgálni a 3D chip stacking (vagyis 3D chiphalmozás) terveket mint az amerikai szankciók megkerülésének módját. Ez egy olyan fejlett technika, amely vertikálisan integrál több ostyaszeletet egy csomagba. 

A 3D chip stacking (vagyis 3D chiphalmozás) technológia lehetővé teszi a chipek teljesítményének növelését és az energiafogyasztás csökkentését azáltal, hogy több chiplet (kis chip) egymásra helyezésével egyetlen csomagba integrálja őket. Ez olyan, mint egy emeletes ház, ahol minden szint egy különálló chiplet, amelyek együttműködve alkotják a teljes processzort. 

Miért fontos ez a Huawei és a HiSilicon számára? 
Az amerikai szankciók miatt a Huawei és chipgyártó leányvállalata, a HiSilicon korlátozottan fér hozzá a legfejlettebb chipgyártási technológiákhoz. A 3D chip stacking azonban lehetővé teszi számukra, hogy régebbi, kevésbé fejlett technológiával készült chipletekből is nagy teljesítményű processzorokat hozzanak létre. Ezáltal megkerülhetik a szankciókat és versenyképesek maradhatnak a piacon. 

Hogyan működik a 3D chip stacking? 
Ezen eljárás során a chipleteket egymásra helyezik, és speciális összeköttetésekkel (ún. TSV-kkel vagy más technológiákkal) kötik össze őket. Ez lehetővé teszi a chipletek közötti gyors és hatékony kommunikációt. 

A Huawei 3D chip stacking technológiájának sajátosságai 
Átfedő chipletek: a Huawei egy olyan eljárást fejlesztett ki, amelyben a chipletek részben átfedik egymást. Ez csökkenti a köztük lévő távolságot, és így gyorsabb kommunikációt tesz lehetővé. 

Saját tápellátás: minden chipletnek saját tápellátása van, ami javítja az energiahatékonyságot. 

A 3D chip stacking előnyei 
Nagyobb teljesítmény: több chiplet együttes használata nagyobb számítási teljesítményt eredményez. 

Alacsonyabb energiafogyasztás: a chipletek közötti rövidebb távolság csökkenti az energiafogyasztást. Kisebb méret: a 3D chip stacking lehetővé teszi a kisebb méretű chipek gyártását.

Az YMTC, a NAND flashmemória – egy olyan félvezető, amely áram nélkül is megőrzi az adatokat, és amelyet széles körben használnak memóriakártyákban, valamint szilárdtestmeghajtókban – vezető kínai gyártója 2022-ben fejlett csomagolási technikákat alkalmazott egy ultramodern memóriachip létrehozásához. Az Xtacking nevű csomagolási architektúrájukban egy korszerű eljárást, az úgynevezett hibrid kötést használták, amely a fejlett csomagolási eljárások egyik jellemzője, ami szintén mutatja Kína eltökéltségét a csomagolásinnováció és a technológiai önállósítás iránt. 

Az egyik legkirívóbb példa arra, hogy a kínai vállalatok fejlett csomagolást használnak az amerikai korlátozások megkerülésére, a Jasminer X4, egy kriptovaluta-bányászati chip. Ez hatékonyan alkalmazza a DRAM-logikai hibrid kötést, egy olyan technikát, amely a teljesítmény növelése és az energiafogyasztás csökkentése érdekében fejlett logikai chipeket helyez a memóriachipek tetejére. 

Biztos, hogy megéri? 

Úgy tűnik tehát, hogy Kína – legalábbis a fejlett csomagolások terén – jelentős erőfeszítéseket tesz a nyugati technológiára épülő chiptervezés érdekében.A CSIS tanulmánya szerint ez azért fontos, mert a kínai erőfeszítések eredménye komoly hatással van az exportellenőrzési politikára. A kialakulóban lévő konszenzus az, hogy az amerikai ellenőrzések rövid távon elérték a céljukat, mivel valamelyest visszafogták a kínai előretörést a félvezető-ágazatban.  

Mindezek hosszú távú következményei egyelőre kérdésesek, de a CSIS eddigi kutatásai azt sugallják, hogy néhány év távlatában az amerikai iparnak okozott veszteségek nagyobb kárt okozhatnak az USA nemzetbiztonságának, és nem állnak egyenes arányban az ellenőrzések által biztosított előnyökkel. 

Ez azért van így, mert az Egyesült Államok azon képessége, hogy technológiailag a versenytársai előtt járjon, közvetlenül összefügg vállalatainak gazdasági működésével. A magánszektor az elsődleges innovátor a kritikus technológiai ágazatokban, és egyszerűen fogalmazva, ha nem keres pénzt, akkor nem fektet be a következő generációs technológiák kutatásába és fejlesztésébe – azokba, amelyekkel Kína előtt tud maradni. 

A tanulmány szerzői szerint az amerikai ellenőrzések kiterjesztésével együtt a kirekesztés és a megkerülés rossz hatással lesz a tengerentúli iparra, mivel Kína alternatív megoldásokat fejleszt ki a nyugati chipekre és eszközökre való támaszkodás helyett. Különösen fontos az élenjárás a fejlett csomagolástechnika területén, hiszen ez az egész félvezető ágazatban való vezető szerep megőrzésének a kulcseleme, és ez azt is jelenti, hogy egy bizonyos ponton szükség lesz az amerikai exportellenőrzések komoly felülvizsgálatára. 

(Források: South China Morning Post; Center for Strategic and International Studies)

Kapcsolódó:

Címlapfotó: Dreamstime