7, 8 или 65 нанометров - чего на самом деле достиг Китай

Несколько дней назад в сети появилась и разошлась по множеству сайтов любопытная информация: китайским производителям вот-вот станут доступны новые литографические машины собственного производства. Новинки позволят Китаю выпускать более продвинутые чипы, чем сейчас, причём без использования иностранного оборудования.

Казалось бы, всё понятно. Однако важнейший нюанс кроется в нанометрах, которые освоили китайские компании. И вот здесь начинаются большие странности. Ряд уважаемых сайтов написали о прорыве Китая до 8 нанометров. Другие сайты, наоборот, написали про 65 нм, попутно подчёркивая, как сильно это отстаёт от лидеров отрасли.

Но начнём с другого. Внимательные читатели знают, что ещё с прошлого года китайский гигант SMIC поставляет Huawei новые процессоры Kirin, создаваемые по 7 нм нормам. Это, на первый взгляд, вносит ещё больше путаницы. Но здесь разгадка простая: Китай достиг 7 нм на иностранном оборудовании. В частности, на оборудовании нидерландской ASML, которая, к слову, является монополистом рынка.

В этом есть хорошие и плохие для Китая новости. Хорошие в том, что на этой же технике, используя дополнительные компоненты, SMIC может вскоре освоить 5, а в перспективе даже 3 нм. Плохая новость: такая хитрость приведёт к существенно ускоренному износу оборудования. В свою очередь, США сейчас предусмотрительно запрещают ASML не только поставлять в Китай новые «станки», но и обслуживать уже поставленную ранее технику.

Флагманы Huawei Mate 60. Их процессор – первый, произведённый в Китае по нормам 7 нм, но на чужом оборудовании.

Для Китая это огромная проблема. Разумеется, всё оборудование в один день не сломается, но все равно постепенно парк машин для литографии будет уменьшаться. А о масштабировании производства в таких условиях говорить тем более не приходится.

Выход – собственные станки для литографии. И как раз это, возможно, самое уязвимое звено во всей китайской высокотехнологичной промышленности. Собственные машины для чипов у Китая есть, но они весьма отсталые. Чаще всего это что-то около 90 нм. 

Разумеется, на рынке хорошо востребована продукция и по «зрелым» нанометрам. 90, 130 нм и даже более нанометров все равно найдут своё применение и множество покупателей в самых различных отраслях. Однако без современных нанометров Китай не выпустит процессоров для смартфонов и планшетов той же Huawei, продвинутых CPU, видеокарт, а также крайне важных сейчас систем для обучения ИИ.

И вот, несколько дней назад появляется та самая новость о достижении Китаем суверенных 8 нм. Её первоисточник – западное издание TrendForce. Это крупный и серьёзный портал. А текст новости до сих пор «висит» на их сайте без изменений, из чего следует, что авторы в нём были уверены.

Huawei Mate XT. Это первый в мире тройной складной смартфон. В его основе также лежит 7 нм китайский процессор.

В свою очередь, первоисточник новости о 65 нм – крупнейшее китайское издание South China Morning Post. Причём оба источника говорят о крайне схожих станках, а материалы выпущены с интервалом в сутки.

Кто-то из них ошибся? Точного ответа я не знаю, так как не являюсь специалистом в данной сфере. Возможно, в комментариях найдутся люди, которые разложат всё по полочкам. Я же, не имея вариантов с кем проконсультироваться по такой теме, запросил помощи у искусственного интеллекта (больших языковых моделей).

С помощью сервиса ChatBot Arena я «поговорил» на этот счёт сразу с четырьмя ИИ, которые сейчас превосходят всех остальных по рейтингу. Это GPT-4o, Google Gemini 1.5 Pro, Claude 3.5 Sonnet и Grok 2.0 от Илона Маска. Да, доверять системам, которые ошибаются в элементарных цифрах и логических вопросах – глупо. Но на мой взгляд, это лучше, чем ничего.

Я отправил ИИ для анализа весь текст новостей обоих первоисточников. В итоге все четыре модели в разных формах ответили одно и то же: 8 нанометров – это лишь точность наложения, а не размер элементов на чипе. Иными словами, это не те нанометры, на которые мы обычно обращаем внимание. К сравнению, даже не у самых передовых машин ASML точность наложения уже около 2 нм.

Я был бы рад ошибаться, но, похоже, реальных суверенных 8 нм у Китая пока нет. Судя по всему, издание TrendForce ошиблось, а South China Morning Post выдало верную информацию. Впрочем, если погрузиться в тему глубже, картина немного меняется.

Из всех ответов, которые я получил от больших языковых моделей, особенно сильно меня заинтересовал ответ Google Gemini. Не буду его пересказывать, а опубликую полностью:

Из этого и других ответов ИИ выходит, что неточны все. Ошиблись те, кто сообщал про 8 нанометров, но и писавшие про 65 нм тоже не дали полной информации.

Да, в реальности машина может создавать чипы до 65 нм по умолчанию. Однако с помощью различных методик, дополнительных узлов для этой машины, компонентов и расходных материалов её 65 нм вполне реально превратить в 32, 28 и даже в 20 нм. В последующих ответах языковые модели мне более тщательно расписывали все эти механизмы, но я там, честно говоря, мало что усвоил.

Причём такая практика, когда литографическая машина по умолчанию делает одни чипы, но дополнительными средствами её возможности резко расширяются, как я понял, распространена повсеместно. И не только у китайцев, а везде. Иными словами, суверенные чипы Китая сейчас достигли или вот-вот достигнут уровня вплоть до 20-28 нм. И это большой прогресс по сравнению с тем, чем располагала Поднебесная ранее.

О схожей схеме я писал в самом начале, говоря про чипы, создаваемые китайцами на чужой технике. Новое оборудование ASML в Китай уже точно не отправит, однако SMIC и Huawei, согласно отзывам экспертов, вполне могут «выжать» на том же оборудовании 5 и даже 3 нм. Это будет дорого из-за расходных материалов, ускорит износ техники, но зато страна получит передовые процессоры.

Эволюция систем ASML. «Overlay» – это как раз точность наложения.

К слову, если бы Китай не был под санкциями, то покупка новых станков ASML все равно обошлась бы в огромные суммы. Всего один такой современный станок стоит сейчас около 300 миллионов долларов.

Итак, что на данный момент Китай с большой вероятностью достиг в плане нанометров:

• 7 нм на иностранном оборудовании. В перспективе (следующий год или даже текущий) на этой же технике можно будет выпускать продукцию 5 нм. А при определённом прогрессе и условиях – 3 нм;
• 65 нм на собственном оборудовании. Однако китайцы вполне могут быстро «проапгрейдить» эти машины дополнительными компонентами так, чтобы они выпускали чипы вплоть до 32, 28 и даже до 20 нм. В таком сценарии нет ничего фантастического.

Всё написанное выше, конечно же, не претендует на истину в последней инстанции, поэтому любые комментарии от людей «в теме» или около неё крайне приветствуются.

Дополнительная информация: нанометры, новые санкции США, следующие шаги Китая

Теперь ещё немного информации, которую следует знать для полноты картины.

Техпроцессы от разных производителей могут быть неравны, даже если называются одинаково. К примеру, самые актуальные 3 нм от Samsung и 3 нм от TSMC. Техпроцесс тайваньской компании считается более продвинутым, так как плотность транзисторов и другие параметры там лучше.

В итоге производители чаще всего выбирают именно TSMC, а Samsung уже не первый год сталкивается с проблемами, причём схожая ситуация была и с предыдущими техпроцессами. В свою очередь, 7 нм SMIC эксперты называли похожими на 7 нм TSMC.

Современный литографический станок ASML. Импортозаместить такое крайне непросто.

«Прорыв» японцев. В начале статьи я упоминал, что нидерландская ASML сейчас монополист рынка. По крайней мере, его части, касающейся станков для получения самых передовых техпроцессов. 

Менее года назад много шума наделала новость о появлении своих 5 нм машин у японской Canon. Однако, как я понял, в реальности эта машина почти не конкурент ASML. Она не хуже, а просто сильно другая и предназначена для других, более узких сфер. Поэтому монополизму голландцев, кроме потенциала Китая, в перспективе ничего не угрожает.

Суверенные 28 нм и ниже от Китая. Ещё одна любопытная новость была в конце декабря прошлого года. Это новый станок от китайской SMEE (не путать со SMIC), способный выпускать чипы по нормам 28 нм. Однако новой информации по теме с тех пор я не видел. Перешла ли компания к массовому выпуску и поставке данных устройств – неизвестно.

Также непонятно, выдаёт ли 28 нм такая машина уже по умолчанию или же 28 нм от неё можно добиться различными хитростями. В последнем случае она будет сопоставима с теми станками, о которых идёт речь в этом тексте (кстати, их производители: всё та же SMEE в альянсе с ещё одной китайской компанией – AMEC).

Если же 28 нм новая машина SMEE выдаёт изначально, то это может быть куда более серьёзной заявкой на прогресс. С такой системой Китай обеспечит себя суверенными чипами уже вплоть до 14 и 10 нм. А такие нормы производства Китаю сейчас критически нужны. 

Одна из не самых новых машин SMEE. Такие уже вовсю работают внутри Китая.

Новые санкции США против Китая. В этом году США не ослабили свои действия против Поднебесной, а, напротив, заметно их усилили. Весной американцы уговорили ASML вскоре прекратить обслуживание уже проданных в Китай продвинутых станков. В конце лета США надавили на ASML ещё сильнее, запретив продавать в Китай некоторые заметно более простые машины.

Для ASML всё происходящее крайне негативно. По некоторым данным, Китай, покупая даже не самые передовые станки (те уже давно под санкциями), обеспечивает европейской компании сейчас около половины (!) всей выручки.

Впрочем, давят не только на голландцев. Буквально несколько суток назад стало известно, что США в итоге заставили следовать своей воле и японцев. Те держались заметно дольше европейцев, но сейчас якобы тоже готовы подчиниться. 

В частности, речь идёт о компании Tokyo Electron, которой запретят поставлять свою продукцию для изготовления микросхем в Китай. Произойти это может до президентских выборов в США, одновременно с публикацией нового списка санкций против Китая. Tokyo Electron, разумеется, понесёт крупные потери. Вдобавок японцы опасаются ответных действий Китая, который может запретить, например, экспорт в Японию галлия и графита.

EUV-литография – главное, что нужно Китаю для прогресса в создании микросхем. Во всём данном тексте упоминаются исключительно DUV-станки для создания чипов. Однако та же ASML уже впереди и давно поставляет более продвинутые EUV-машины. Собственно, они попали под санкции самыми первыми, и у Китая таких систем нет.

Станки с технологией High-NA EUV – наиболее передовая техника ASML. В первую очередь они были поставлены американской Intel, а уже потом TSMC и Samsung.

По-хорошему, именно с помощью EUV нужно создавать микросхемы по нормам 7, 5 и менее нанометров. Иначе производство может стать слишком дорогим и требовать множества расходных материалов. Intel, TSMC и Samsung сейчас заказывают у ASML именно EUV-оборудование. Однако Китай такой возможности лишён и производит 7 нм (те же Kirin и Ascend) на базе классических DUV-машин от ASML.

Эксперты верят в реальность производства на таком оборудовании 5 нм, а позже даже 3 нм. Однако последнее, в свете отказа голландцев обслуживать ранее поставленную технику, может стать для Китая крайне труднодостижимым. А даже если Китай ухитрится и таки достигнет 3 нм, как быть дальше – все равно непонятно.

Решение в собственных EUV-станках. Это вопрос не самого ближайшего будущего, однако если Китай добьётся в нём ощутимого прогресса, волны санкций США станут бессмысленными. И Поднебесная начала работу над такой техникой отнюдь не вчера. Ещё в ноябре 2022 патентную заявку на такое устройство первой среди китайских компаний внезапно подала Huawei. Это тогда наделало много шума.

Более того, в марте 2023 года другую патентную заявку на собственную прогрессивную EUV-машину подала упомянутая выше компания SMEE. В отличие от Huawei, у неё большой опыт в создании литографического оборудования. Причём известно об этой заявке стало известно лишь сейчас, в сентябре 2024.

Таким образом, минимум две крупные китайские компании вовлечены в создание суверенных EUV-станков, причём серьёзные наработки у них появились уже полтора-два года назад. Это даёт хотя бы минимальную надежду, что переиграть Китай американцам в итоге не удастся. А значит, рынок [в идеале] впервые может получить здоровую конкуренцию, прогресс и более разумные цены на электронику.